道路桥梁的常见结构病害及加固技术研究

2023-06-10曾建

运输经理世界 2023年4期

曾建

（关岭自治县公路事业发展中心，贵州安顺 561300）

0 引言

结构病害属于常见的道路桥梁问题，施工过程中出现这类问题会降低施工质量和效率。同时，由于道路桥梁是城市交通体系中的重要基础设施，使用过程中出现结构病害，会影响群众正常出行，严重情况下还会引发安全事故。为此，施工单位需要做好对道路桥梁常见结构病害的分析处理，同时应采取必要的加固技术有效处理结构病害，最大限度地避免道路桥梁受到结构病害的影响。

1 道路桥梁的常见结构病害

1.1 盖梁开裂

盖梁为桥墩和支座之间的结构，主要作用为将支座的竖向荷载传递给桥墩，从而起到保持道路桥梁结构横向稳定，支撑和传递竖向荷载的作用。盖梁开裂的表现形式包括如下两种。

第一，盖梁竖向裂缝。常见于墩台对应位置处，原因主要为墩台不均匀沉降，使得墩台一端出现下降，令盖梁不能保持水平状态承受荷载，裂缝形式如图1 所示。

图1 盖梁竖向裂缝示意图

第二，盖梁支座竖向裂缝。常见于支座下端位置处，原因主要为盖梁长时间承受道路桥梁上部结构荷载，加之车辆荷载日渐增多，盖梁实际承载荷载超过设计承载范围[1]。

1.2 墩台开裂

墩台为道路桥梁的主要支撑结构，多为混凝土结构，出现开裂这一结构病害的概率较高，且在道路桥梁上部结构荷载的影响下，开裂范围会进一步扩展，开裂的表现形式也相对较多，具体如下。

第一，竖向裂缝。原因主要为混凝土结构养护力度不足或不及时，使得墩台承载超过其承载范围的竖向荷载。

第二，横向裂缝。原因主要为混凝土多次浇筑时没有处理好接缝位置，或者是墩台长期承载水平外荷载[2]。

第三，斜向裂缝。原因主要为混凝土结构局部剪切应力较大，裂缝形式如图2 所示。

图2 墩台斜向裂缝示意图

第四，网状裂缝。原因主要为混凝土内部水化热反应，或者外界温度变化，令混凝土内部产生温度应力。

第五，桥梁墩帽顺桥轴线横贯墩帽裂缝。常见于支座与桥墩连接位置处，原因主要为混凝土结构局部应力较大，使得支座剪切变形水平低于道路桥梁上部结构水平位移设计值。

1.3 墩柱位移偏位

墩柱同样为道路桥梁的主要支撑结构，需承载行走人群荷载、行驶车辆荷载、道路桥梁结构自重等多项竖向荷载。如果出现了墩柱位移偏位问题，道路桥梁上部结构向墩柱传递的竖向荷载便会转为偏心荷载，但是墩柱是按照承载竖向荷载设计的，竖向荷载转为偏心荷载后会进一步转为弯矩、承受轴力，从而增加墩柱荷载负担。如果墩柱长期承受超过其承载范围的荷载，位移偏位问题会进一步加剧，会对道路桥梁工程的承载能力和稳定程度造成不利影响。例如，图3 中的1#、2#墩柱便出现了位移偏位问题，其中实线为墩柱原本位置，虚线为墩柱位移偏位位置。

图3 墩柱位移偏位示意图

墩柱位移偏位的原因主要如下：墩柱填土压力较大，墩柱在侧向作用下发生位移偏位；墩柱受到行驶车辆、过往船只的撞击；墩柱受到火山喷发、地震等自然灾害的影响；施工单位未掌握好墩柱施工技术标准。

1.4 承载梁端头局部损坏

承载梁端头局部损坏表现为承载梁端头损坏、伸缩缝变形，属于道路桥梁常见结构病害，出现上述病害，容易增加桥头跳车问题的出现概率，不但会导致驾驶安全事故，还会降低道路桥梁工程的使用寿命[3]。承载梁端头局部损坏的原因主要如下：第一，道路桥梁结构设计不够合理，如伸缩缝计算存在误差，导致承载梁端头无法完全承受行驶车辆的荷载，从而出现伸缩设施失灵问题。第二，施工人员未对承载梁端头伸缩缝施工质量进行重点监控，未及时发现并处理施工质量问题，导致道路桥梁在运行过程中出现损坏问题。第三，缺少对桥梁结构的定期养护，导致承载梁端头伸缩设施出现损坏问题。

2 道路桥梁结构的加固技术

2.1 碳纤维片粘贴技术

碳纤维片是一种新型的加固材料，将其粘贴到结构病害位置能够及实现针对性加固，将其粘贴到整体道路桥梁结构中能够提高工程的稳定程度，且该加固技术的成本低廉。碳纤维片粘贴技术应用流程如下：结合道路桥梁结构病害实际情况，制定加固方案，确定应用碳纤维片的规格、质量、干燥程度，并且做好对加固处理表面的基本清洁工作；通过找平装置在加固表面均匀涂抹树脂，随后按照加固方案粘贴符合要求的碳纤维片，在粘贴过程中需要及时通过刮刀等工具捻出粘贴位置的气泡，确保碳纤维片与加固处理表面绝对贴合，从而降低粘贴位置处的空气含量，达到最理想的加固效果。

整体来讲，碳纤维片粘贴技术最大的应用优势便是能够极大程度地提高道路桥梁结构的承载能力，研究资料显示，经过碳纤维片粘贴加固处理的道路桥梁工程最多能够延长50 年的应用寿命。但是碳纤维片粘贴技术的应用存在一定的局限性——尽管碳纤维片能够提高道路桥梁结构的承载能力，但是不能提高道路桥梁工程的建设质量；碳纤维片的质地较为轻薄，耐火性能和张力较低，为保护碳纤维片不受损害，需要涂抹专门的防护液体。不过碳纤维片粘贴技术的发展前景较好，随着科学技术的进步，碳纤维片粘贴技术的这些局限也将逐渐被破解。

2.2 局部修复凿补加固技术

局部修复凿补加固技术主要应用于承载梁端头局部损坏等道路桥梁结构病害的修复和加固处理，但只适用于解决桥面铺装层破碎、脱落问题[4]。局部修复凿补加固技术的应用流程如下：选择与道路桥梁工程相同的水泥类型，预先配置好混凝土；凿补处理桥面铺装层表面（凿补标准为露出其中的骨料），之后清理干净凿补出来的杂质，避免这些杂质对后续加固作业造成不利影响；将混凝土填补到凿补出来的位置。局部修复凿补加固技术的优势在于操作简单、实用性较强，但该技术的加固周期较长、应用成本较高，加固修复期间会一定程度上影响道路桥梁的正常使用，且不适用于大面积桥面铺装层结构病害修复和加固处理，施工单位需要灵活选择及应用该技术。

2.3 封胶灌注加固技术

不同类型道路桥梁结构病害适合应用的加固技术不同，封胶灌注加固技术适用于墩柱位移偏位等变形类结构病害的修复和加固处理[5]。封胶灌注加固技术的应用流程如下：评估整体道路桥梁结构，确定出现结构病害及开裂迹象的位置，分析病害的成因，随后制定针对性的封胶灌注加固方案。需要注意的是，如果道路桥梁结构病害过于严重，如结构变形程度容易引发严重安全事故，或者结构承载能力不足，则无法通过封胶灌注加固技术完全解决，需要配合钢筋焊接技术、预应力加固技术等，或者直接更换变形结构及构件，才能实现对结构的进一步加固，使结构承载能力满足实际承载需求。

2.4 预应力加固技术

预应力加固技术是现阶段应用频率最高的道路桥梁结构加固技术，这是因为该技术能够通过外加装置向道路桥梁结构施加外力，从而将承载能力较低结构原本需要承载的荷载转移至其他结构，从而改善整体道路桥梁结构的受力情况，该技术基本能够满足所有结构病害修复和加固处理需求。采用该技术时，施工单位需要结合道路桥梁结构的整体受力情况进行分析，进而选择合适的支架，再通过支架产生预应力[6]。按照外加结构可以将支架分为水平式支架、下撑式支架、组合式支架三种，支架形式直接决定预应力的作用结构，并且会影响整体道路桥梁结构的受力情况。如水平式支架，通过在两端被锚固的加固筋上打螺栓的方式，将直线加固筋转变为曲线，进而形成预应力；在水平式支架的作用下，道路桥梁结构的缝隙宽度能够缩小，梁体的角度能够降低，从而实现加固效果。组合式支架则更适用于解决道路桥梁结构斜截面、正截面承载能力不足的问题。

整体来讲，预应力加固技术具有适用性较强、施工作业周期较短、结构病害处理效果显著、结构问题再发生概率较低、可提高道路桥梁结构承载能力等诸多应用优势，该技术也因此被广泛应用于道路桥梁结构加固处理。不过要想取得更好的结构加固效果，还需要施工单位做好对整体道路桥梁结构受力情况的分析工作，合理制定预应力加固方案，确保可以全面解决现存结构病害、达到预期的加固效果。

2.5 外包裹材料加固技术

外包裹材料加固技术指的是在道路桥梁结构病害位置处包裹、粘连、焊接、湿法外包材料，应用的加固材料基本为型钢、钢板，需要施工单位结合具体结构病害类型、严重程度、位置、成因选择合适的加固材料，确保能够充分发挥加固材料的加固作用[7]。例如，针对墩台开裂等道路桥梁混凝土结构病害，宜采取湿法外包方式在病害结构外侧粘贴钢板，从而完成对墩台混凝土结构的加固处理。此外，应用外包裹材料加固技术时还需要应用加固添加剂，基本为环氧树脂，经大量试验和工程实例证实，该类添加剂的应用效果较好。

2.6 外包裹纤维塑料加固技术

外包裹纤维塑料加固技术的应用原理与外包裹材料加工技术比较相似，但是两种加固技术实际应用的加固材料及适用的结构病害存在较大差别。具体来讲，外包裹纤维塑料加固技术指的是，在道路桥梁结构病害位置处包裹或粘连纤维塑料，适用于承载梁端头局部损坏等道路桥梁结构病害的修复和加固[8]。纤维塑料为复合型增强材料，具有适用性较强、抗压性能良好、修复效果显著、应用成本低廉、施工操作便捷、后期维护简单等应用优势，经该技术修复和加固的道路桥梁结构往往具备较强的承载能力，且能够解决结构的张力问题，提高结构的抗空气氧化能力和抗风力腐蚀能力，从而降低外界环境因素对道路桥梁使用性能和寿命的影响。但是纤维塑料的可燃性较强，施工单位在采用该技术时需注意采取一定的防护措施。