桥梁病害整治及加固施工探究

2024-03-09孙奇云

城市建设理论研究（电子版） 2024年5期

孙奇云

中铁二十五局集团第一工程有限公司广东广州 510000

1 工程概况

白腊寨2号四线大桥，桥上为四线过渡至三线，道岔区及中间正线采用无砟轨道，站线采用有砟轨道。中心里程DK394+552，孔跨布置为：1×24m简支箱梁+1×32简支箱梁+（6×32）m变宽预应力混凝土连续梁，全长265.28m；桥高约36m，最大墩高21m。如图1。桥址区处于西洋河右岸，地形起伏大，自然横坡20°～50°，横向冲沟发育。线路横跨两条“V”字形冲沟，两冲沟在平面图上呈“Y”字形，在线路的右侧约180m交汇。地面多被第四系坡残积粘性土覆盖，植被为乔木和灌木。桥址区两条冲沟呈“Y”字形；与线路小角度相交的董堡—那桑圩正断层倾向线路右侧（山外侧），断层面倾角50°～75°，大于斜坡坡度（20°～42°）；岩层倾向线路左侧（山体内侧），属切层坡。斜坡整体稳定性较好。勘察期间未见桥址范围山体有滑坡、溜坍等不良地质现象，如图1。

2 桥梁病害成因与分类

桥梁病害的成因多种多样，主要包括以下几个方面：1、自然因素：自然因素是桥梁病害形成的重要原因之一。例如，气候变化引起的温度变化、风、雨等自然力的作用会导致桥梁材料的膨胀、收缩和腐蚀。地震、洪水等自然灾害也会对桥梁结构产生破坏性影响。2、人为因素：人为因素是导致桥梁病害的另一个重要原因。错误的设计、施工不合规范、材料质量问题、过载运输等人为行为都可能引发桥梁的病害问题。3、使用磨损：桥梁长期使用和频繁的交通荷载会导致桥梁的疲劳破坏、结构变形和表面磨损等问题。同时，车辆的振动和震荡也会对桥梁结构造成损伤。

白蜡寨2#四线大桥病害情况为：（1）3号墩3号（从左至右第三个）支座上板右侧梁底混凝土局部掉皮；（2）3号墩3号支座大里程侧上、下钢板防腐漆脱落，支座灌浆层边角处开裂，如图2；（3）3号墩上方梁部底面出现3道表面裂纹，裂纹沿箱梁底板底面横向发育，靠山侧中间一道裂纹高度方向上延至底板顶附近，靠西洋河侧3道裂纹高度方向均上延至底板顶附近；（4）连续梁所有支座均未安装防尘罩；（5）其余支座及梁体未见明显异常；（6）桥梁左侧边坡坡面骨架护坡、平台完好，桥梁桥墩及左侧排水沟完好，未见开裂等变形迹象，排水沟左侧有新的小冲沟。防护桩上端右侧局部悬空；（7）4号墩右侧与防护桩之间边坡抹面脱落，部分坡面已发生坍塌。桥梁右侧两条支沟已经铺砌，部分沟槽堵塞、破损。

图2 3号支座处梁底板底混凝土表层局部掉皮

根据桥梁病害的不同特点和危害程度，可以将其分为以下几类：1、混凝土病害：混凝土病害是桥梁中常见的问题之一，包括混凝土龟裂、腐蚀、碳化、空鼓等。这些问题会导致混凝土的强度和稳定性下降，进而影响桥梁的使用寿命。2、钢结构病害：桥梁中的钢结构也容易受到腐蚀、疲劳和变形等问题的影响。例如，钢梁的锈蚀会降低承载能力，钢柱的疲劳会导致结构的破坏。3、墩台病害：墩台是桥梁承重部分的支撑结构，容易受到地震、冲刷和水位变化等因素的影响。墩台的沉降、倾斜和开裂都会对桥梁的稳定性和安全性产生不良影响。4、桥面系病害：桥面系包括桥面铺装、防护栏杆等，其病害主要包括裂缝、脱落、磨损等，这些问题会影响桥梁的行车平稳性和行车安全。

3 桥梁加固方法及施工技术

桥梁病害整治与加固施工是保障桥梁安全和可持续发展的关键环节。常见的桥梁加固方法包括以下几种：1、梁体加固：梁体加固是针对桥梁梁体的病害问题进行的加固措施。常见的梁体加固方法有添加剪力连接、加固钢板、碳纤维增强材料等。施工技术包括梁体清理、表面处理、加固材料的施工和固化等。2、墩台加固：墩台加固是针对桥梁墩台的病害问题进行的加固措施。常见的墩台加固方法包括加固梁、加固支座、加固墩身等。施工技术包括墩台清理、裂缝修补、加固构件的施工和连接等。3、桥面系加固：桥面系加固是针对桥面系的病害问题进行的加固措施。常见的桥面系加固方法有铺装修复、防水层加固、防护栏杆修复等。施工技术包括旧材料清理、新材料的施工和固化等。4、基础加固：基础加固是针对桥梁基础的病害问题进行的加固措施。常见的基础加固方法包括增加基础承载面积、加固桩基等。施工技术包括土方开挖、基础处理、加固材料的施工和固化等[1]。

在进行桥梁加固施工时，需要注意以下几个关键技术要点：1、施工前的调查与评估：在进行加固施工之前，需要对桥梁的病害问题进行全面调查和评估，明确加固的重点和难点，确定合理的施工方案和措施。2、施工材料的选择与优化：根据桥梁的具体情况和病害类型，选择合适的加固材料，并进行材料的优化设计，以确保施工质量和效果[2]。3、施工过程的控制与监督：在施工过程中，需要进行严格的施工控制和监督，确保施工工艺和质量符合设计要求。关键要点包括施工工序的合理安排、施工方案的执行、材料的正确使用、施工质量的检查和监测等。同时，加强施工现场的安全管理，确保施工人员的安全和施工过程的顺利进行。4、施工技术的熟练运用：桥梁加固施工需要熟练掌握各种加固技术和施工工艺。施工人员应具备扎实的专业知识和丰富的实践经验，能够熟练运用各种施工工具和设备，保证施工质量和进度。5、质量控制与验收：在施工完成后，需要进行质量验收和评估。通过对加固效果的检测和评价，确保桥梁的安全性和使用寿命得到有效提升。

4 桥梁病害整治与加固施工的未来发展趋势

4.1 新材料的应用

新材料的应用是桥梁病害整治与加固领域的重要发展方向。随着科技的不断进步和材料科学的发展，新材料在桥梁工程中的应用不断扩大，为桥梁病害整治与加固提供了更多的选择和可能性。高性能混凝土是一种具有出色性能的新型建筑材料，其抗压强度、耐久性和抗裂性能优于传统混凝土。在桥梁病害整治与加固中，高性能混凝土可以用于替换老化或病害严重的混凝土结构，提高桥梁的承载能力和抗震性能。纳米材料是一种具有特殊物理、化学和力学性能的材料，其颗粒尺寸在纳米级别。纳米材料的应用可以改善桥梁的材料性能，例如使用纳米材料改善混凝土的抗渗性、提高钢材的抗腐蚀性能等[3]。此外，纳米材料还可以用于制备高强度、高韧性的复合材料，增强桥梁的承载能力和抗震能力。聚合物材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，广泛应用于桥梁病害整治与加固中。例如，聚合物纤维可以用于增强混凝土结构，提高桥梁的抗拉强度和抗裂性能。聚合物涂层可以用于防水、防腐蚀，延长桥梁的使用寿命。除了上述材料，还有许多新材料在桥梁病害整治与加固中有着广泛应用。例如，高性能钢材、复合材料、玻璃纤维增强材料等。这些新材料的应用可以提高桥梁的耐久性、抗震性和安全性，延长桥梁的使用寿命。然而新材料的应用也面临一些挑战。首先是材料成本的问题，一些新材料的成本相对较高，对工程造价有一定影响。其次是材料的长期性能和可靠性需要进一步验证，需要进行充分的实验和实际应用验证。此外，新材料的生产、加工和施工技术也需要不断完善，以确保正确应用于桥梁工程。

4.2 智能监测与维护

随着传感器技术、大数据和人工智能的发展，桥梁的智能监测与维护将成为未来的发展方向。通过实时监测桥梁的结构状态和病害情况，可以及时采取相应的维护和加固措施，提高桥梁的安全性和可持续发展能力。传感器技术是实现桥梁智能监测的关键。通过在桥梁结构上布置传感器，可以实时监测桥梁的结构位移、应力、振动等参数。传感器可以采集大量的数据，并通过无线通信技术传输到监测中心。这些数据可以用于评估桥梁的健康状况，及时发现结构的异常变化和病害问题。大数据和人工智能技术的应用可以对传感器采集的数据进行处理和分析。通过建立桥梁的数字模型和数据分析算法，可以实现对桥梁结构的实时监测、预警和诊断。通过分析数据，可以识别出潜在的结构问题，提前采取维护和加固措施，避免事故发生。智能监测与维护的好处显而易见。首先，它可以实现对桥梁结构的实时监测，及时掌握桥梁的健康状态，提前预警和处理潜在的病害问题，提高桥梁的安全性和可靠性。其次，它可以提高维护的效率和准确性，避免无效的维护和浪费资源。另外，智能监测与维护还可以为桥梁的管理和养护提供数据支持，优化维护计划和资源分配。然而智能监测与维护也面临一些挑战。首先是技术挑战，包括传感器的可靠性、数据处理和分析的复杂性等。其次是数据安全和隐私保护的问题，保护桥梁监测数据的安全和隐私是一个重要的任务。此外，智能监测与维护还需要解决成本问题，包括传感器的安装和维护成本，数据处理和分析的成本等。

4.3 可持续发展与环保要求

为了实现可持续发展目标并降低对环境的影响，需要在选择材料和施工工艺时注重环保要求。首先，在材料选择上应优先考虑环保性能。选择符合环保标准的材料，如环保型混凝土、可回收材料和绿色建筑材料等，可以减少对环境的污染。环保型混凝土采用环保添加剂和替代材料，减少水泥用量，降低二氧化碳排放。使用可回收材料，如再生钢材、再生聚合物等，可以减少资源消耗和废弃物产生。绿色建筑材料具有低碳排放、可再生和可降解等特点，对环境影响较小。其次，在施工工艺上应注重环保要求。合理规划施工过程，减少对土壤、水源和大气的污染。严格控制施工废弃物的排放和处理，采用合适的处理措施，如分类回收、资源化利用和安全处置。减少施工对周围环境的噪声和振动影响，保护周边居民的生活环境。此外，桥梁病害整治与加固施工还可以借助可再生能源和节能技术，降低能源消耗和碳排放。例如，在施工现场使用太阳能和风能发电设备，减少对传统能源的依赖。合理设计施工工艺和流程，减少能源浪费，提高施工效率。通过注重环保要求和可持续发展，桥梁病害整治与加固施工可以更好地保护环境和资源，实现经济、社会和环境的协调发展。同时，环保施工也有助于提高工程形象和社会认可度，促进可持续发展理念在桥梁工程中的应用。然而实现可持续发展和环保要求也面临一些挑战。首先是技术和成本的问题。环保材料和技术往往比传统材料和技术更昂贵，需要进一步降低成本，提高可行性。其次是管理和监督的挑战，需要建立健全的环境管理体系和监测机制，确保环保要求的落实和执行。

4.4 多学科综合应用

桥梁病害整治与加固是一个复杂的工程领域，涉及到结构工程、材料科学、土木工程、机械工程等多个学科领域的知识和技术。在实践中，多学科综合应用是推动桥梁病害整治与加固的技术创新和发展的关键。首先，多学科综合应用可以拓宽解决问题的思路。不同学科领域的专业知识和经验可以相互补充和借鉴，为桥梁病害整治与加固提供更多的解决方案。例如，结构工程师可以提供桥梁结构的强度分析和设计，材料科学家可以研发更耐久的材料，土木工程师可以优化施工方案，机械工程师可以设计加固设备和工具等。各学科之间的交流与合作可以促进技术创新和问题解决的效果。其次，多学科综合应用可以提高整体施工效率和质量。不同学科的专业人员可以在项目团队中共同参与，进行密切的合作和协调。他们可以共同制定项目计划和施工方案，共同解决技术难题和挑战，提高施工效率和质量。通过充分发挥各学科的优势，可以实现优化设计、合理施工和高效管理。此外，多学科综合应用还可以促进知识的交流和学科的发展。不同学科领域的专家和研究人员可以通过学术研讨会、交流会议等形式分享研究成果和经验。这有助于加深对桥梁病害整治与加固的理解，推动相关学科的发展和进步。同时，多学科综合应用也可以培养具备跨学科综合能力的人才，为桥梁病害整治与加固领域输送更多的专业人才。然而多学科综合应用也面临一些挑战。不同学科之间的专业术语和方法有差异，可能导致沟通和理解上的困难。此外，项目组织和协调的复杂性也需要克服。需要建立良好的团队合作机制，加强跨学科交流和合作的平台和机会。