桥梁工程的常见病害及施工处理技术研究

2023-07-29高琦

工程建设与设计 2023年13期

1 引言

桥梁工程是现代交通体系的重要构成部分，其承载的功能以及涉及技术的复杂性均与日俱增，在通行车辆长时间高荷载下，不少桥梁工程暴露出桥面裂缝、钢筋腐蚀、地基下沉等病害，工程的病害问题已成为影响桥梁工程质量、危及桥梁工程使用安全的关键阻力，有必要对当前桥梁工程中常见的病害问题加以研究，采用预防为主、防护结合的工程施工理念，优化工程施工处理技术，切实降低桥梁工程病害问题发生的概率，提高桥梁工程的整体性能与安全系数。

2 桥梁工程的常见病害

2.1 裂缝病害

裂缝病害是桥梁工程中的常见病害问题。桥面或其他桥梁结构出现裂缝，不仅会影响桥梁工程的整体美观度，对桥梁上的通行车辆产生较为明显的负面影响与不佳的行驶体验，更会削弱桥梁工程的使用功能与安全系数，增加车辆行驶的风险性。

桥梁工程中常见的裂缝病害包括两类：（1）非结构性裂缝。其发生概率较大，主要是桥梁工程施工时浇筑的混凝土出现非结构性裂缝，桥梁在露天环境下，雨雪冲刷、高低温天气以及车辆荷载长时间的作用等均会导致桥面混凝土出现裂缝。若施工单位采购与进场的混凝土原材料配比不达标、混凝土浇筑后的养护工作不到位等也会导致非结构性裂缝。此类非结构性裂缝的安全风险系数较大，若处理不够及时，裂缝会进一步增大，影响桥梁工程的功能耐久性与力学性能[1]。（2）结构性裂缝。此类裂缝在桥梁工程中发生概率较小，主要是桥梁结构内部应力超出桥梁混凝土自有的抗拉强度而出现的裂缝，例如，混凝土的密度不足，在一定的荷载作用下，混凝土的抗拉强度过小而实际桥梁应力过大，桥梁工程会出现结构性裂缝。此类裂缝通常出现在质量不达标的桥梁工程中。对于裂缝病害，需首先分析裂缝发生的部位以及出现的原因，从根源着手，做好混凝土原材料配比拌和、混凝土摊铺、混凝土养护等工作。

2.2 钢筋腐蚀病害

钢筋腐蚀病害也是桥梁工程中的常见病害问题。当前，在高荷载要求下，桥梁工程中普遍且大量使用钢筋作为结构负载材料，利用钢筋的预应力以及优质的跨度来提高桥梁工程的承载力与力学性能，尤其是对于大跨径桥梁工程而言，其承载要求较高，更需要利用钢筋为其提供良好的结构负载与力学支撑。但是在桥梁工程中，若对进场的钢筋材料不注重保管与贮藏，将钢筋长期暴露在露天环境下，在雨雪的冲刷下，钢筋会因氧化反应而出现腐蚀现象，进而影响钢筋自身的力学性能；若钢筋长期暴露在空气中，在水、空气以及一些酸性物质的作用下，钢筋的钝化膜会遭到破坏，钢筋会出现腐蚀病害，使钢筋的机械性能大幅下降，严重的会因钢筋承载力不足而出现桥梁坍塌现象。

2.3 地基下沉病害

地基沉降是桥梁工程出现不均匀沉降的重要原因。若前期对桥梁工程所在区域的地质条件、水文条件、土壤条件等勘察不到位，将桥梁工程架设在软土地基上且未做处理，则桥梁工程的地基稳定性与安全性较差，在后期桥梁工程施工时会导致桥梁出现不均匀沉降问题。尤其是在后期桥梁工程投运后，在长时间高荷载作用下，基础结构的不稳定导致桥梁工程的自有承载力不断弱化，桥梁工程出现不均匀沉降，行驶在桥梁上的车辆会出现明显的跳车感，路面的颠簸愈加强烈，行车的舒适度与安全性大受影响[2]。此外，地基下沉导致桥梁工程不均匀沉降后，不同结构的异常下降导致桥梁工程结构之间产生额外应力，若此应力超过桥梁工程混凝土自有的抗拉强度，则桥梁工程会出现结构性裂缝，破坏桥面的使用功能。

3 桥梁工程常见病害的处理技术

3.1 优化施工管理方法与技术

预防病害是桥梁工程常见病害的施工处理手段之一，在病害发生之前，通过合理、科学的施工管理方法与技术防患于未然，可以切实降低桥梁工程病害的发生率，提高桥梁工程的使用寿命与安全系数。因此，针对桥梁工程病害防治与处理，应建立完善的病害预防、监测、发现、管控与防治工作体系，通过过程化管理、全生命周期质量管控以及桥梁工程投运后的精细化养护与管控等，及时发现桥梁工程中的病害问题。例如，在桥梁工程施工之前，利用各类先进的勘察设备与仪器对桥梁工程所在区域的地质条件、地形地貌、水文条件、土壤条件等进行全面且详细的勘察，为桥梁工程施工工艺选择、施工方案设计提供精准的工程地质勘察数据；在桥梁工程施工过程中，利用先进的设备与仪器对桥梁工程中的材料质量、施工工艺实施状况等进行全方位检测，利用GPS-RTK 技术对桥梁工程开展高精度控制测量，保证桥梁工程的施工质量；在桥梁工程施工养护投运阶段，利用各类传感器对车辆行驶时的颠簸参数等进行精准测定，分析桥梁工程使用的安全系数，利用LiDAR 技术对桥梁工程的地基沉降数据进行采集，动态分析桥梁工程地基的沉降状况，及时发现桥梁工程的不均匀沉降并做出应对。通过在桥梁工程施工前、施工中、施工后的优化管理，可以切实降低桥梁工程的病害率，提高桥梁工程的施工质量。

3.2 钢筋混凝土裂缝处理技术

针对桥梁工程中常见的混凝土裂缝现象，不仅应树立及时处理的意识，充分认识到混凝土裂缝若是拖延处置会对混凝土结构的功能产生不可挽回的破坏，还要运用正确的、合理的、恰当的裂缝处理技术对混凝土裂缝加以修补。通常，对于小裂缝（宽度＜2 mm），可采用刷涂环氧树脂材料对裂缝进行修补，先将裂缝内填塞的杂质，如树枝、碎石等，清理出去，并将裂缝周围的杂质一并清理干净；再将环氧树脂刷涂在裂缝之上，刷涂厚度约为1 mm，通过多次刷涂、间隔刷涂将桥梁工程中的小裂缝修补完成[3]。对于宽度较大的裂缝，尤其是承载要求较高部位的裂缝，应采用更加严格、要求更高、效果更好的裂缝修补与加固方法，以减少桥梁工程裂缝带来的结构稳定性下降等影响。常见的大裂缝施工处理方法包括灌浆法、碳纤维布加固修复法等。灌浆法是从结构加固的层面，利用钢筋预应力对桥梁工程的结构进行加固处理，以提升桥梁工程的整体承载力，减少桥梁工程裂缝对桥梁工程承载力的削弱作用。碳纤维布加固修复法是利用碳纤维布材料有效覆盖桥梁工程的裂缝，利用碳纤维布良好的延展性与强度提高裂缝处的结构承载力，减少桥梁裂缝对桥梁工程结构承载力与稳定性的影响。碳纤维布加固修复法的施工流程，先对桥梁裂缝处以及相关劣化层进行打磨，将桥梁工程中的劣化层全部处理干净，再利用环氧树脂浆液灌注的桥梁裂缝处，并将碳纤维布覆盖粘贴在环氧树脂浆液灌注处，实现碳纤维布与桥梁工程的有效黏结，完成对桥梁裂缝的有效处理和对桥梁结构的有效加固。

以某桥梁工程的混凝土裂缝处理为例，其施工流程与处理方法如下。

1）针对桥梁结构局部脱空问题，在处理过程中对混凝土结构的热胀冷缩进行了充分考虑。在现场平均气温较高时，敲击拱肋进行检查，敲击过程对脱空面积较大位置进行钻孔检查，根据检查结果通过灌浆对脱空的拱肋混凝土进行处理。案例工程选择的注浆材料为强度较高的无收缩灌浆材料，可有效保证拱肋稳定性。

2）对吊杆进行更换时，以贝雷梁桁架作为过渡吊杆，因此，在更换前需精准测量吊杆上锚垫板顶标高、桥面标高以及下锚垫板底标高。更换吊杆时，对桥面标高、所更换吊杆的伸长量、加载临时吊杆的油压仪读数等数据进行跟踪测量。每级加载临时吊杆后、每次将钢筋隔断后和新安装吊杆张拉后均需对桥面标高、吊杆伸长量等进行精准测量。在吊杆安装完成后，再次对桥面的标高、索力等进行测量，并依据测量结果判断是否需要对索力进行调整。本工程在更换吊杆时利用标高与索力的双重控制，保证挠度在理论值范围内的同时确保索力值在设计标准范围内。

3）在裂缝灌注处理时，为保证灌注施工质量，严格遵循施工工艺进行施工，对灌胶嘴进行合理布置，通过注浆泵压灌注灌封胶。在灌缝施工前先采用空压机对裂缝的密闭性进行检查，保证裂缝密闭性良好，所灌注胶体能够充分密实。

4）考虑到案例工程施工量较大且工期较紧，为保证施工进度，在完善安全质量管理体系的前提下，病害处理施工现场选择多点同时作业，保证施工机械设备有效运转以及施工人员充足，进而确保各项工序有效衔接。

3.3 钢筋锈蚀处理技术

对于桥梁工程中的钢筋锈蚀问题，施工单位要做好钢筋原材料的保管工作，避免钢筋长期堆积且暴露在露天环境下，减少钢筋在使用前出现锈蚀现象；应加强对钢筋锈蚀的防护工作，可在钢筋的表面均匀涂抹防护层，以起到钢筋与水、空气以及酸性物质的隔离作用，减少钢筋的锈蚀。在施工过程中，施工单位应严格控制混凝土中的氯离子含量，以免氯离子与钢筋产生氧化反应，降低钢筋的性能。对于已经出现的钢筋锈蚀问题，可采用电化学方法或喷砂处理法对锈蚀部位及其周边部位进行彻底清理，以免钢筋锈蚀进一步恶化。以喷砂法为例，利用砂水泵有效混合水与砂，并将砂与水的混合物喷到钢筋表面，在压力作用下清除钢筋表面被锈蚀部分。桥梁工程的管养单位应认真做好钢筋锈蚀检测工作，及时发现桥梁工程中存在的钢筋锈蚀问题，并采取适宜的钢筋锈蚀处理方法，如电化学法、喷砂法等，及时加以处理，避免钢筋锈蚀现象进一步加剧。

3.4 桥梁不均匀沉降处理技术

对于桥梁地基不均匀沉降的问题：（1）设计单位要做好桥梁工程施工前的工程地质勘察工作。围绕工程地质勘察的要求，对水文、地质、地貌、地形、岩土特性等参数以及位置数据进行全面勘察，出具详细且准确的工程地质勘察报告，作为桥梁基础工程设计与施工的重要参考。（2）做好桥梁工程的排水工作。通过在桥梁工程两侧合理布设排水设施，有效拦截桥面的水流，将桥面水流顺畅地排到桥面以外，保证桥面无积水，避免桥面因积水而出现积水下渗、影响地基稳定性的问题。（3）对于已经出现不均匀沉降的桥梁工程，可采用土工格栅加筋技术，尤其是对于软土地基，可应用土工格栅加筋技术提高地基的抗拉伸强度与承载性能，有效缓解桥梁工程的地基沉降问题。（4）对于桥梁不均匀沉降，应充分做好沉降监测工作，通过长时间定点监测地基高程数据分析地基沉降情况，及时干预与处理地基异常沉降问题，提高桥梁工程的稳固性与安全性。