公路桥梁检查及养护处治对策研究

魏 拓

(辽宁省交通运输事业发展中心 沈阳市 110005)

1 公路桥梁检查

公路桥梁检查主要包括初始、日常、经常、定期和特殊五种检查方式。其中特殊检查属于桥梁适应性评价范畴,其他检查侧重桥梁的技术状况评价[1]。

1.1 初始检查

针对新建成或者改建后的桥梁应及时进行初始检查,宜与桥梁的交工验收质量检测同时进行,且在工程交付后1年内完成。

初始检查是由专业检测机构实施,检查及测量内容主要包括:(1)桥梁上、下部结构及桥面系的病害调查及记录,并按养护规范设置永久观测点;(2)测量复核桥长、桥宽、截面尺寸等基础数据;(3)检测桥梁混凝土构件的钢筋保护层厚度以及强度等指标;(4)针对单孔跨径大于150m的特大桥或特别重要桥梁需进行静动载荷试验,掌握桥梁控制断面的结构强度、刚度等质量状况,以及桥梁整体的动力响应状态;(5)针对特大桥、大桥,以及高速公路或一、二级公路上的中桥、小桥,若有水中基础,还应开展水下检测;(6)测量缆索体系桥梁的拉索及吊杆的成桥状态下的索力值,以及检测索夹螺栓紧固力等;(7)针对钢管混凝土拱桥还应检测钢管内部混凝土的密实状况。

1.2 日常巡查

日常巡查工作应由管养单位的桥梁工程师来完成,通常以乘车目测为主,日常巡查以桥面系外观查看为主,包括桥路连接处是否异常;桥面铺装、伸缩缝、栏杆或护栏是否有缺损;桥梁的线形是否明显不顺适等检查内容。

1.3 经常检查

经常检查工作也由管养单位的桥梁工程师来完成,需抵近桥梁结构,近距离以目测辅以简单的量测工具进行实地检测,并填写“桥梁经常检查记录表”。经常检查要对桥梁的上、下部结构和桥面系进行全面检查外,还需对交通工程安全以及其他附属设施的完好情况,以及永久标志点、观测点进行查看。

1.4 定期检查

桥梁定期检查是管养单位了解桥梁运营状况及技术等级,指导下一步养护决策的重要抓手,该项任务必须委托专业的检测机构,委派桥梁检测、维修施工经验丰富的技术人员开展相关工作。定期检查需对桥梁各构件外观进行抵近检查,并详细标明、记录病害的范围,与既往检查情况进行对比,分析病害的严重程度及发展趋势,递进分层对桥梁构件、桥梁部件、桥梁上下部结构和桥面系、全桥进行评价,提出维修及管理养护建议。对于单跨≥60m 的桥梁,还应复核桥梁的永久观测点,测量桥梁线形、变位及桥面高程等指标。

1.5 特殊检查

针对以下情况的桥梁,需进行特殊检查:(1)各类常规检查无法判明桥梁构件病害问题产生的原因及损伤程度的桥梁;(2)拟通过加固提高桥梁荷载等级的桥梁;(3)需判断水中基础状态的桥梁;(4)遭受特殊灾害、撞击、超重车等情况引起使用安全问题的桥梁。

桥梁特殊检查具有较强的目的性,应包括一项或多项特殊检查内容:(1)材质性能及退化程度的鉴别测试;(2)结构的刚度、强度和稳定性检算,荷载试验、使用安全鉴定等;(3)桥梁抗灾害能力及遭受洪水等意外荷载作用后的检测鉴定;(4)水中墩台等不易排查构件的检测评定;(5)定期检查中严重的结构类病害,应定期跟踪观测,并及时分析、预测远期的发展趋势。

2 桥梁常规病害及整治措施

桥梁常规病害常见于技术状况等级为2类、3类桥梁,多数为施工质量问题或结构特点所造成的耐久病害问题,归纳总结如下:

2.1 边梁受渗水侵蚀问题

公路桥梁的边梁受渗水侵蚀现象十分普遍,长期会造成钢筋锈胀、混凝土剥落破损,显著影响梁体的耐久性,降低承载能力,危及桥梁使用安全。这类病害产生的主要原因包括:一是桥梁泄水管(槽)周边防渗施工不到位,或设置过短;二是桥面纵坡设置有问题,导致护栏底部积水,渗入两侧边梁梁体。典型梁体破损状态见图1。

图1 边梁受侵蚀破损、严重露筋

针对此类病害应先整修桥梁的排水系统,根据病害产生的直接原因采取更换设置过短的泄水管(槽),或对泄水管(槽)周边进行防渗维修,亦或增设桥面泄水孔等措施;然后进行钢筋除锈并涂刷防锈剂;最后对破损部位用聚合物砂浆修补。

2.2 普通钢筋混凝土梁体裂缝问题

由于部分桥梁的上部梁体为普通钢筋混凝土结构,长期在混凝土收缩及行车荷载共同作用下,梁体底板在正弯矩显著影响区域(多位于四分点截面之间)会出现横向结构裂缝,这是结构自身特点造成的,但应根据裂缝开展情况及时处置。

当梁体裂缝宽度<0.25mm时,可暂不处理;若裂缝宽度≥0.25mm,则需采用环氧树脂胶表面封闭维修。无论哪种情况在管养工作中都需加强观测,如果梁体裂缝仍持续发展,则应结合路段交通量和重车比例,以及施工过程中是否存在质量问题等因素,综合分析并采取进一步的加固措施。

2.3 板式橡胶支座老化开裂问题

支座是桥梁上、下部结构之间紧密联系的纽带,在荷载传递以及协调结构变形方面起着至关重要的作用。橡胶支座是公路桥梁中最常采用的一种产品形式,上世纪80～90年代,上海橡胶制品研究所利用热空气加速老化方法,验证了橡胶支座的使用年限,结果显示,按我国橡胶制品生产水平,支座使用寿命能达到50年[2]。

根据近些年的实际工程检测数据,新桥建成10年后板式橡胶支座陆续出现老化开裂现象,应适时对破损严重的支座进行更换,但现有各规范中未明确支座更换的时机、标准,应综合考虑支座老化开裂的裂缝宽度、长度及压缩变形程度等指标确定支座是否需要更换。建议更换标准为:橡胶支座表面出现裂缝宽度>2mm,裂缝长度>相应边长的25%,竖向压缩变形>高度的10%。

2.4 墩台混凝土受侵蚀问题

桥梁墩台的作用是承担车辆荷载和结构自重,并通过基础将总荷载传递到土体中。随着桥梁运营年限的增加,部分桥梁墩台结构逐步呈现混凝土剥蚀破损,露筋、钢筋锈蚀等病害,主要原因包括:一是雨水、河(海)水长期冲刷,导致墩台底部混凝土破损;二是桥面伸缩缝装置止水带破损,导致桥面流水或融雪剂等沿破损位置渗入,侵蚀墩台混凝土;三是简支梁桥墩顶处桥面连续位置,由于结构特点往往会出现贯通的横向裂缝,也会造成墩台受水侵蚀。

对于墩台混凝土受侵蚀类病害,应根据其产生的原因进行有针对性的维修,多数以更换伸缩缝装置止水带、墩顶桥面灌缝为主,再进行墩台破损部位的修复,并适时采取混凝土表面防腐涂装,提高结构的耐久性。

3 桥梁结构类病害及加固方法

桥梁结构类病害常见于技术状况等级为4类、5类桥梁,多数是承载能力不足或局部有失稳趋势,影响结构安全,主要体现为:

3.1 上部结构抗力不足

(1)表现形式

近些年,由于公路交通量、载重量的不断增加,以及个别桥梁设计、施工质量问题,造成桥梁上部结构承载能力不足,主要体现为预应力梁正弯矩影响区的竖向裂缝,空心板梁的支点截面附近的斜向剪切裂缝,对桥梁使用安全造成严重影响,裂缝开展形态见图2。

图2 梁体抗力不足产生结构裂缝

(2)加固方法

可考虑采用预应力加固法,适用于正截面抗弯能力不足,刚度过小引起裂缝宽度超限或刚度不足,造成梁体挠度超限以及上部结构斜截面抗剪能力不足的情况。施加预应力加固的方法改变了结构原受力体系,预应力施加完成后,原结构会呈现出卸载现象,引起原结构的内力重分布。此方法使结构在外加预应力下成为带柔性拉杆的超静定体系,加固前结构荷载为活载和自重,预应力筋的张拉值是在恒载作用下量测的。所以在分析预应力筋的应力增量时,仅需考虑活载作用。根据加固过程及受力特点,预应力法加固梁体的力学分析可分为两阶段,即施加预应力和活载作用。该方法具有施工易、干扰少、工期短、能大幅恢复或提高承载能力等优点,但外加预应力体系中锚固点以及转向块存在较大集中力,受力也较为复杂,且防腐设计及养护等问题均需重点考虑。

3.2 下部结构基础失稳问题

(1)表现形式

在干线、农村公路旧桥中扩大基础是下部结构常采用的一种基础形式。随着桥梁服役年限的增加,部分桥梁基础由于承载能力不足或埋置太浅,造成局部不均匀沉降、甚至发生垮塌等情况。尤其对于连拱桥梁,一旦基础失稳会造成全桥各跨迅速连续垮塌。

(2)加固方法

可采用扩大基底面积加固法,适用于基础承载力不足或埋深过浅的情况,加固形式见图3。当桥梁基础有显著不均匀沉降,且土质较为坚实时,可利用此方法加固。若扩大部分基底的地基承载力不足,则需打预制桩提高其承载力,并根据地基变形计算确定所需桩量。另外,扩大基底面积由地基强度验算来确定,同时应考虑《公路桥涵地基与基础设计规范》的相关规定,多年未受破坏地基按原设计1.5倍计算承载力。基础面积扩大后,可使墩台基底压力减小到允许值。当地基强度符合要求,而仅表现为不均匀沉降时,采用该方法加固的基底面积由地基变形计算来确定。

图3 扩大基底面积加固法示意图

4 结语

随着我国交通运输基础设施建设的蓬勃发展,存量的道路、桥隧数目也在快速增长,因此公路养护逐步成为交通运输行业的核心工作。桥梁工程具有结构复杂、安全隐患多、影响力大等特点,是管养工作的重中之重。根据现行规范、标准的规定要求,结合常年工作积累的实践经验对桥梁检查方法进行了全面、细致地叙述,同时阐明了桥梁上、下部结构常规病害的典型破损形态,并对病害的具体成因加以分析,提出了有针对性的整治维修方法。此外,重点提及了易对桥梁结构造成安全隐患的常见结构类病害问题,随后又从适用条件、基本原理、附加影响等方面对结构加固方法进行了深入介绍,为今后的公路桥梁管养工作提供参考。