桥梁下部结构病害分析及检测加固措施研究

2021-12-11胡元秋

黑龙江交通科技 2021年11期

胡元秋

(苏交科集团股份有限公司，江苏南京 211112)

0 引言

交通事业蓬勃发展，对于年代较为久远的桥梁，其设计荷载低、承载能力小、桥面窄小，又由于目前的汽车数量激增，超载和超限的现象又频繁出现，使得这些桥梁已经不能够再适应交通运输发展的需求，在长期的运营过程中会出现不同程度的病害，对公路交通安全产生严重影响。在目前的桥梁建设方面，其重心已经转移到了旧桥的检测、维修和加固改造方面。桥梁的下部结构负责传递荷载，决定了桥梁结构能否处于同一高程和平面。下部结构会受到流水压力、填土侧压力、横向风力等多方面作用，在长时间的作用之下会出现墩台开裂、下降、位移、倾斜等病害，进而会影响桥梁的上部结构，威胁整个桥梁的安全，造成严重的经济损失。

1 桥梁下部结构病害

桥梁的上部结构、下部结构以及基础三者之间相互影响，下部结构的病害主要会受到两个方面因素的影响，其一是外界因素，其二是上部结构以及基础状态的变化。不同类型、不同程度的病害，其产生的原因也有不同，对于一些复杂的病害，通常会是由多种原因综合作用的结果。

1.1 墩台开裂

裂缝是桥墩病害中最为常见的，桥墩要受到上部荷载的影响。荷载作用的方式不同，产生的裂缝的样式也是有所不同，其主要的裂缝形式包括了横向、竖向、斜向以及网状的。桥梁墩台之所以产生竖向裂缝，主要原因在于混凝土在进行浇筑之后并没有做到养护到位，其竖向所承受的荷载一旦超出了墩台的承载能力就会出现竖向裂缝。横向裂缝主要是因为在接缝的部位没有处理好或者是水平的外荷载作用所导致的。如果在墩台的局部产生了剪切应力，就会产生斜裂缝。如果混凝土内部出现了水化热现象，同时外界温度有了明显的变化，就会使得墩台出现不规则的网状裂缝。

1.2 墩柱位移偏位

墩柱主要承受了桥梁结构的自重、车辆荷载、人群荷载等竖向荷载。但是当墩柱发生了竖向偏移，墩柱除了要受到竖向荷载还会收到偏心荷载。然而在墩柱设计时往往只考虑到了竖向轴力，但是在偏移的作用下，墩柱的负担就会加大，如果长期处于这种情况之下就会严重的影响到桥梁的稳定性和承载能力。造成墩柱偏移的原因众多，其中主要包括了填土压力过大、外界车辆、船只的撞击、地震等，此外如果在施工的过程中不能够进行严格的把控，也可能会造成墩台偏移。

1.3 盖梁开裂

盖梁位于桥墩与支座之间，起到传递和支撑荷载的作用。盖梁的斜向开裂主要是由于局部剪应力造成的；而竖向裂缝一方面是由于墩台基础发生了不均匀沉降，另一方面是由于盖梁的设计荷载超出了当初的设计值。

1.4 支座病害

支座位于上部结构和下部结构之间，主要起到连接的作用。支座一旦出现问题不仅会影响上部结构，还会对下部结构产生影响。支座产生病害的类型和原因如表1所示。

表1 支座病害类型和原因

2 检测措施研究

2.1 检测主要内容

外观检查是桥梁检测的首要步骤，这个过程中主要检查混凝土的风化程度、剥落、破损现象以及钢筋锈蚀情况等方面，同时还需要对支座的正常工作进行检查，检测其时候具有错位和断裂的现象、墩台是否有滑动、开裂、下沉现象。通过对桥梁外观的检测，需要计算出下部结构以及整体桥梁的BCI值进行计算，同时划分其等级以及技术状态。除了外观的检测还需要对下部结构的主要构件进行无损检测，这方面主要包括了混凝土的强度、碳化程度、保护层厚度、钢筋锈蚀程度以及裂缝的宽度和深度。另外一方面还需要检测桥梁的荷载，其中主要包括了静载试验、动载试验，来检验桥梁的承载能力以及适用性能。

2.2 检测主要设备及技术要求

桥梁外观的检测除了可以通过目测观察，还可以通过一些机械例如测量仪器、照相机、望远镜等。在无损检测方面，主要通过回弹仪来对回弹值进行测量，除此之外还有超声波探伤技术。对于钢筋锈蚀的测试主要可以划分为两类，其一是物理方法，其二是化学方法。对于物理检测方法主要应用了电阻棒法、射线法、声发射探测法、红外热像法、基于磁场的检测方法。电化学检测方法主要包括了半电池电位法、电阻率检测法。对桥梁进行荷载试验主要是为了能够检验桥梁主体结构在加固之后的承载力能够满足设计的要求，同时也为桥梁的运营以及养护提供相应的依据。荷载的检测主要包括了静载试验、动载试验以及跳车试验。

3 加固施工方法研究

3.1 墩台的沉陷和损坏

在软弱地基上修建桥台，软弱的下卧层不能够承受较大的荷载压力，会使得桥台出现沉陷以及水平的推移。如果台后的填土发生了剪切滑动，会使得桥台朝向桥梁的方向进行推移，对于这样的情况，除了需要对桥台进行加固，此外还应当在台后增设防护工程，从而防止台后的填土继续滑移。如果桥台的台深发生了断裂，则主要可以应用钢筋硅、碳纤维等对其进行修复。此外为了能够防止台后土压力对桥台造成的偏移，通常会在台身背后设置挡土墙，减少水平推力作用。如果两个桥台之间的距离较小，则仅需要在桥台之下设置钢筋混凝土支撑梁即可。为了能够降低沉陷，通常均是采用加设桩基的措施，与原来的扩大基础或者承台连成一个整体，避免其出现明显的沉降。

3.2 墩台表面发生裂缝

如果墩台表面的裂缝较大，通常选用水泥砂浆来进行修补；而对于小型的裂缝通常则会选用环氧树脂砂浆来进行填充。如若桥墩处于通航的河流之上，且桥梁的跨径较小，墩柱极易被船只碰撞，发生折断，对交通造成严重的影响。面对这种情况通常会采用套箍钢筋的方式来进行加固，在此过程中应当考虑到河流过水面积的相关问题，避免套箍设置过厚造成阻水过大。在修补桥墩裂缝时应当综合考虑各方面的因素，避免桥墩受到二次伤害。

3.3 墩台承载能力不够

要提高桥梁的整体承载能力，关键在于加固桥梁的下部结构，提高墩台的承载能力，其中主要可以应用扩大基础加固法、增加基桩加固法以及高压注浆法。扩大基础法主要应用于埋置较浅的情况，尤其是出现了过大的不均匀沉降，且地基土质坚实满足了要求。增补桩基加固法主要是通过在桩式基础的周围打入新的桩基，并且将承台和桩顶连接形成一个整体，达到提高基础承载力的目的，但是应用该方法可能会对水陆交通造成影响。高压旋喷注浆法应用的范围广、施工方便、浆液集中且流失较少，而且固体形状也可以控制同时还能够确保固结强度。