公路桥梁养护管理与危桥改造技术要点

2022-11-16高鹏

科技与创新 2022年8期

高鹏

（中交瑞通路桥养护科技有限公司，陕西西安 710075）

现阶段，部分公路桥梁使用年限较长，受到结构自身老化、外部环境侵蚀、行车荷载加大等多种因素影响，在使用期间出现结构开裂、桥面坑槽等质量病害问题，进而影响交通路况，同时也缩短了路桥工程的实际使用寿命。因此，如何提升养护管理水平与有效改造危桥工程，是一项亟待解决的重要问题。

1 公路桥梁养护管理的有效措施

1.1 编制专项公路桥梁病害养护方案

在公路桥梁使用期间，各类型质量病害问题的外在征兆、产生原因、造成影响存在差异，如结构裂缝病害会削弱桥梁结构承载性能与整体性，桥面坑槽病害会破坏桥面平整度并引发翻车等交通事故出现，栏杆老化病害会阻碍桥梁安全防护设施使用功能的发挥，严重时使得桥体松动。在这一工程背景下，如果对各座桥梁、各处病害缺陷部位采取完全一致的养护措施，难以取得理想养护效果。因此，为满足公路桥梁的实际养护需求，养护人员应预先进入现场实地考察，掌握桥梁病害类型、产生原因、客观发展规律、桥体受损程度、易造成影响等关键信息，对各项信息进行综合分析，在分析结果基础上编制专项桥梁病害养护方案，重点体现桥梁养护活动的针对性。例如，对于桥面坑槽与细微裂缝病害问题，可采取局部修补法，清理桥面缺陷部位附着的灰尘污渍与杂物，对桥面铺装层破损处开展铣刨、凿毛作业，清理预埋钢筋表面锈迹，必要时更换腐蚀程度严重的钢筋或加铺钢筋网，在原位重新摊铺、振捣压实铺装层，重点控制铺装层厚度，做好新旧桥面铺装层的接缝处理作业。而对于桥梁构件老化磨损严重的病害问题，可采取更换支座、加固墩台等养护措施，如更换老化严重的支座，并使用树脂砂浆材料对其加以找平处理，选用扩大基础法或是钢混套箍法等加固技术来加固墩台[1]。

1.2 做好预防性养护工作

根据公路桥梁养护工作开展情况来看，支座老化、栏杆老化、路面侵蚀等病害问题在前期有着明显的外在表现，预留出足够的反应时间，可以将桥梁质量病害问题消灭于萌芽状态，避免对桥体结构性能、使用寿命、交通路况造成实质性的影响。因此，需要做好公路桥梁预防性养护工作，采取人工巡查等方式，定期巡视检查公路桥梁路况及桥体使用情况，判断是否具有出现结构开裂、桥面侵蚀等病害问题的可能性，在病害出现前开展相应的养护工作，维持桥体结构的最佳状态。例如，检查路面与桥面是否存在排水不畅情况，如果桥面/路面长时间汇集积水，会加快桥面/路面的老化侵蚀速度，最终引发内部钢筋锈蚀、桥面/路面侵蚀、防水失效等病害问题的出现。对于此类问题，可采取定期清扫疏通引水槽及泄水管、安装脱落泄水管、更换大口径泄水管、重新设计泄水孔与泄水管道位置等养护措施。而针对栏杆老化病害问题，定期检查桥面两侧栏杆的使用状态及稳固情况，更换变形扭曲、破损严重的栏杆，对松动栏杆进行加固处理。此外，需要定期开展公路桥梁全面性评价工作，采取指标评价法，根据同类项目案例与以往工作经验，设定各项指标的权重系数值，对公路桥梁的上部结构、下部结构、基础结构、配套设施、使用功能的情况进行评价打分，以百分制为例，如果公路桥梁最终评分低于75 分，或是单项评分低于下限值时，表明公路桥梁存在安全隐患，或是如果一项及以上使用功能无法正常发挥，需要及时开展专项养护工作，必要时将桥梁认定为危桥，对其进行加固改造，或是拆除重建。

1.3 提升公路桥梁养护技术水平

传统公路桥梁养护技术体系缺乏适用性，存在技术手段单一、养护效果不佳、未做到养护技术全覆盖等局限性，难以满足实际的养护需要。因此，为进一步提高公路桥梁养护水平，需要积极借鉴国内外同类项目的先进技术经验，灵活运用人工智能、大数据、传感检测等信息技术，建立起现代化的公路桥梁养护技术体系：一方面，对公路桥梁的质量评定标准进行量化处理，设立分项工程评分、实测项目计分、分部及单位工程评分等多个项目，采取百分制，如果最终的质量评分超过75 分，表明公路桥梁质量达标，开展一般性养护工作即可，而在质量评分未达到75 分时，表明公路桥梁存在质量安全隐患，需深入开展质量全面检测工作，锁定质量隐患部位，开展专项养护工作，必要时对公路桥梁结构进行加固处理，或是拆除重建，避免养护效果和质量测评结果受到人为主观因素影响。另一方面，推动公路桥梁养护技术体系的智能化、信息化发展。例如，采取数字化桥面检测技术来替代人工巡视检查方法，在结构上嵌入安装多种类检测装置，持续检测公路桥梁结构状态并发送至养护管理系统，解决人工检查效率不足、受地形限制无法到达全部位置详细观察结构情况、养护人员贴近观测公路桥梁结构时存在安全隐患等养护问题。采取智慧感知技术和人工智能算法，在养护管理系统中建立数学模型，向模型中导入所采集现场监测信号进行计算，根据模型输出值来判断公路桥梁结构是否处于健康状态，生成健康监测报告，并在发现结构开裂等病害问题时发送报警信号。

1.4 建立长效的公路桥梁养护制度

公路桥梁养护是一项涉及诸多方面的综合性工程，有着流程烦琐、变量因素多、易受人为主观影响的特征，实际养护效果存在不确定性。针对于此，管养单位需要遵循实际，根据公路桥梁实际使用情况与养护需求来建立长效的养护制度，约束、指导养护工作开展。首先，引入权责机制，将公路桥梁养护管理责任落实到个人，设立若干数量小组，向各养护小组下发明确的工作任务，在任务结束后对养护工作完成度、养护质量进行评价打分，对于高效完成养护任务、有着突出贡献的小组及个人给予奖励，对存在工作纰漏、任务完成度未达标的小组及个人进行追责处理。其次，遵循《公路桥梁养护管理工作制度》（交公路法〔2007〕336 号），明确规定公路桥梁养护工作流程顺序、方法手段、巡视检查与常规性养护工作间隔周期与开展频率、结构开裂等病害问题的正确养护方法等内容，为养护工作的开展提供明确指导。最后，定期召开养护项目工作总结会议，在会上探讨上一阶段公路桥梁养护工作开展情况、养护目标达成度和存在的问题不足，深入分析问题产生原因并采取改进措施，以及在养护工作背景发生变化时重新调整制度内容，如补充新型养护技术的标准要求[2]。

2 危桥改造技术及操作要点

2.1 体外预应力加固

在危桥改造工程中，体外预应力加固是一项在梁体外侧加设钢丝束或钢筋并对其施加预应力的加固技术，由预应力形成的反弯矩来抵消一部分的外荷载内力，用于解决桥体承载力不足、受力状况不佳的问题，可以同时起到加固、卸荷、改变桥梁结构内力等多重作用，多用于中小跨径梁式桥，在加固大跨径桥梁时应搭配其他加固技术使用。根据同类项目案例来看，在一般情况下，应用此项技术可以将桥梁承载力提升30%～40%，不会对原桥结构造成明显损伤，且无需清凿桥体保护层。

在应用体外预应力加固技术时，应根据工程情况选择具体方法，包括横向收紧张拉、竖向张拉与纵向张拉。其中，在采取横向收紧张拉法时，施工人员预先在梁下缘对称梁中线部位设置预应力筋，对与梁端保持适当距离的部位进行弯起处理，使预应力筋通过支点锚到达梁端锚固钢板部位，在梁端下翼缘处安装U 形套锚固钢板，再使用撑棍将水平段预应力筋拆分为若干节段，使用拉紧螺栓将两对称筋拉紧处理即可。在采取竖向张拉法时，施工人员在梁肋两侧位置安装预应力筋，保持预应力筋的对称状态，并对梁端肋侧部位进行锚固处理，随后将预应力筋中部朝竖直方向开展张拉作业。而在采取纵向张拉法时，要求施工人员在梁底部位沿线安装预应力筋，在到达梁两端设导向块部位时进行弯起处理，并对梁顶板或是腹板部位进行锚固处理，遵循张拉程序沿梁顶方向或是梁底方向开展张拉作业。

2.2 增大截面加固

增大截面加固法是一项通过加大桥梁原构件截面面积或是增配钢筋来提升结构刚度与承载性能的方法，适用于加固桥梁结构中的钢混受压构件、预应力混凝土受弯构件等部位，主要用于加固拱桥拱类结构与下部结构墩身。例如，在某危桥改造工程中，将拱肋构件的截面尺寸由18 cm×25 cm 增加至48 cm×40 cm，加设16Φ16 cm 的通长主筋，将原横系梁尺寸由1 cm×9 cm 增加至39 cm×25 cm，并加设12Φ16 cm 的通长主筋，取得显著加固效果。在应用此项技术时，根据已掌握信息来计算桥梁构件在增大截面加固时的应力应变水平，考虑新旧混凝土协同工作问题，做好受弯、受压等类型构件的加固计算工作，从而确定可加固构件位置、新增混凝土与纵向钢筋强度值、新浇混凝土厚度、纵向受力钢筋与封闭式箍筋直径等技术参数。同时，必须使用强度等级在C30 及以上的普通混凝土或是细石混凝土、钢纤维混凝土，对旧混凝土表面进行凿毛清洗处理，在构件表面均匀涂刷界面剂，开展混凝土现浇作业，分区分段分层完成新设受力钢筋的焊接作业[3]。

2.3 封缝灌浆加固

封缝灌浆加固法主要用于解决宽度超过0.15 mm桥梁结构开裂病害问题，在空气压力作用下向结构裂缝内部灌注水泥砂浆或是环氧浆液，静置一段时间后浆液凝固，即可有效改善桥体结构的完整性承载力，并起到封闭缝隙、恢复结构抗渗功能的作用，此项技术有着操作简单、作业时间短、加固效果显著的优势。在应用封缝灌浆加固技术时，提前清理裂缝表面与内部的灰尘污渍、杂物与松散颗粒，使用丙酮液擦洗裂缝表面油污，保持裂缝部位的洁净状态。如果不具备灌浆条件，可以在裂缝表面开展骑缝钻孔作业，形成灌浆异向孔与排气孔，要求每条裂缝最少分布1 个灌浆孔与排气孔，使用高压空气清理孔眼灰渣。随后，清理压浆嘴底板锈迹与油污，将底盘与灌浆孔眼紧密贴合，将压浆嘴间距保持在20～50 cm 范围内，并沿裂缝走向在表面均匀涂抹环氧树脂来形成密封带，开展气密性检查作业，对密封带密封效果不佳部位进行二次封闭处理。最后，通过灌浆孔向裂缝内部匀速灌注水泥砂浆或环氧浆液，待孔口向外溢出浆液后，完成灌浆作业，按顺序拆除压浆嘴，使用环氧胶泥对压浆嘴粘贴部位进行抹平处理即可。

2.4 碳纤维加固

碳纤维加固是在桥梁结构裂缝部位沿垂直或是受拉方向粘贴碳纤维材料与涂刷环氧树脂浆液，使碳纤维材料与桥梁原有结构组成全新复合体结构的一项危桥加固改造技术，主要用于形成裂缝质量通病的危桥改造工程中，起到强化桥梁结构抗裂性能与抗剪性能、提高强度与刚度的作用。相较于封缝灌浆、增大截面加固等技术，碳纤维加固技术有着节省空间、基本不改变原有构件尺寸、操作简单、耐久性好的优势。

在应用碳纤维加固技术时，提前清理桥梁裂缝等质量缺陷部位的灰尘污渍，凿除松散混凝土，对桥梁构件表面缺陷部位进行修补处理，如采取表面封闭法清理宽度在0.2 mm 内的微小裂缝，将表面凸出部位进行打磨处理，使构件表面保持光滑、平整状态。随后，在加固部位表面均匀涂刷底胶，将所裁剪的碳纤维布按顺序进行铺贴，尽量把碳纤维材料的节段长度保持在6 m 内，对纵向接头部位进行搭接处理，使用滚筒反复挤压碳纤维层，挤出残留空气[4]。最后，将桥梁结构碳纤维加固部位静置一段时间，使粘贴剂自然风干，做好养护工作，禁止在养护期间出现遭受外力碰撞、遭受挤压等问题，在养护完毕后按改造要求，在碳纤维层表面涂刷耐火漆层或其他涂料。

2.5 危桥拆除重建

部分公路桥梁工程的使用年限较长，或是受损程度过于严重，此类工程的改造成本较高，且实际改造效果并不理想。因此，从工程经济效益、保证交通安全角度出发，需要对桥梁受损程度进行评定，如果满足桥面净空宽度小于3 m 且不具备加宽改造条件、桥梁过水断面不足、桥梁使用期间经常出现水淹现象、加固费用超过桥梁新建造价50%以上、加固改造后的剩余使用寿命未达到10 年、改造后的桥梁承载性能未达到实际交通荷载要求等条件，则对桥梁进行拆除重建处理。此外，施工人员还需掌握危桥拆除技术的正确操作方法。以常用的危桥爆破拆除技术为例，首先，为保证桥梁爆破后可以原地坍塌，不向其他方向偏移，并控制桥梁塌落振动程度来减小对新桥造成的影响，需要根据工程情况和已掌握信息来设定炮孔数量、孔深孔距、炮孔截面尺寸、单孔药量和最小抵抗线等爆破参数。例如，在某危桥拆除工程中，原有桥梁类型为钢混简支梁桥，桥长与净宽分别为91.2 m 和17.4 m，桥两端分布2 处桥台、中间部分由4 排桥墩共计12 个桥墩组成，旧桥南北两侧8 m 处各分布1 座新桥，相互之间保持平行状态，最终在每排中间桥墩处与其他桥墩处竖向布置16 个炮孔和10 个炮孔，使用雷管起爆装置，桥墩处炮孔的孔深为50 cm 和30 cm，孔距为35 cm，单孔装药量为200 g 与66 g，盖梁部位炮孔的孔深为95 cm，孔距为30 cm，单孔药量为80 g。然后，设计起爆网络，可选择设计气相起爆并联网络、导火索一次点火三通连接网络、孔外延时复式网络、导爆索开式及环式网络等多个类型的起爆网络，视工程情况而定，并做好爆破振动速度、飞石距离、空气冲击波距离等参数的计算工作，将起爆网络划分为若干区段。最后，反复检查炮孔装药量、炮孔间距等情况，确定一切无误后，组织现场人员设备疏散至最小抵抗线以外，并在桥墩、桥梁外围等部位采取防护措施，如搭设安全网、悬挂遮挡彩条布等，阻挡飞石向外溅射[5]。