浅析桥梁的主要病害及加固方法

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

浅析桥梁的主要病害及加固方法

韩洪艳

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

本文分析了公路混凝土桥梁病害的原因，阐述了桥梁综合加固技术的构思，对有效和合理地解决公路桥梁的病害问题具有重要意义。

桥梁；病害分析；加固方法

一、前言

根据交通部门数字表明，我国通车公路上现有各种桥梁32万座，已普查出的危桥达10万于座，第二次全国公路普查资料得知，我国国道、省道和县道公路桥梁中技术状况评定为三类的有28095座，计857440延米；四类的有5424座，计178451延米；危桥3402座，计145575延米。根据现行技术规范的规定，凡评定为三类及其以下等级的桥梁就需安排中修、大修或加固。因此旧桥、危桥的加固和改造任务十分繁重。

二、桥梁常见病害原因分析

在现代建设中，很多公路桥梁都会因各种原因不同程度地存在缺陷、病害，这些病害严重影响了桥梁的使用性能，再加上超载、超限车辆的日益增多，大批桥梁的技术状况，已不能满足行车安全的需要。若不及时修补和加固，甚至会危及桥梁的使用及安全性能。因此，需要对桥梁病害情况进行成因分析，然后针对具体问题制订相应的方法进行桥梁维修、加固，才能确保公路的畅通。我国桥梁常见病害有：桥面铺装开裂、伸缩缝损坏、钢筋锈蚀、支座破坏和桥梁墩台基础的病害等。这些病害的原因主要是荷载引起的裂缝及砼受到破坏而造成的。

（一）荷载引起裂缝的原因分析

荷载引起的裂缝主要表现在设计计算阶段、施工阶段、使用阶段，以及温差、和伸缩引起的裂缝；尤其是使用阶段产生的裂缝更为明显；桥梁在荷载作用下产生的裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式，在使用阶段产生的裂缝特征如下：

1 中心受拉。裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时，裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。

2 中心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。

3 受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时，裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时，裂缝少而宽，结构可能发生脆性破坏。

4 大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件，类似于受弯构件。

5 小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件，类似于中心受压构件。

6 受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏，沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝；当箍筋适当时发生剪压破坏，沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。

7 受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。

8 受冲切。沿柱头板内四侧发生约45°方向斜面拉裂，形成冲切面。

9 局部受压。在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短裂缝。

（二） 砼受到破坏的原因分析

桥梁病害的分析和评定，属于科学研究中较为复杂的一个问题。众所周知，混凝土是一种复杂多相复合材料，其抗拉强度远低于抗压强度，在约束下变形产生的拉应力超过其抗拉强度时，混凝土就会发生开裂。然而，混凝土结构的裂缝问题，在许多情况下，难以用单一或十分准确的原因加以解释。从整体理论角度来看，混凝土结构的耐久性不是一个单一问题（如钢筋锈蚀、碱-骨料反应、冻融、硫酸盐侵蚀等），而且还与工程的环境条件、结构设计、混凝土的生产工艺过程以及荷载作用等有关。

以混凝土的劣化为例，初因是微裂缝和孔隙的存在，有些甚至是不可见裂缝（肉眼正常视力在明视距离 1m 能辨认宽度 0.1mm 的裂缝，称为可见裂缝）。在侵蚀和荷载双重作用下，混凝土水密性逐渐丧失，由于钢筋锈蚀、碱 - 骨料反应、冻融循环或硫酸盐的侵蚀，使孔隙内静水压力增大，导致混凝土的膨胀和开裂，从而也使混凝土的强度和刚度降低，甚至丧失整体性。

三、加固的主要技术方法

混凝土结构的加固技术，有传统的加大截面法、喷射混凝土加固技术、体外预应力加固技术、外粘钢板（或玻璃钢板）以及缠绕钢丝法等加固技术。近年来，还有广泛使用的 FRP （纤维增强塑料）加固修复混凝土结构新技术。在改善混凝土的使用性能和耐久性方面，有各种混凝土裂缝修补技术，以聚丙烯纤维为代表的高性能纤维混凝土的应用，碱 - 骨料反应抑制剂、以及渗透型钢筋阻锈剂的推广使用等。而且，桥梁维修加固的新材料、新技术和新工艺，随着科学和社会的进步还将不断推出。

针对桥梁常见的病害处理主要有以下几个方面：

（一） 桥面铺装加固

如果是局部破损，将破损处表面凿毛清理干净后涂刷同标号的水泥砂浆或其它粘结材料，然后铺筑一层水泥混凝土铺装层。如果桥面板的碎损特别严重，必须将原有的行车道铺装全部拆除清理干净后重新浇注混凝土桥面板。如有需要，锚入适量短钢筋，配置1～2层钢筋网。或者在旧有桥面板上重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层。此方法既能修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板，又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，改善铰结梁板的荷载横向分布，从而提高桥梁的承载能力。

（二）伸缩缝的维修加固

伸缩缝应注意日常保养，若有损坏或功能失效，应依据缺陷程度确定是进行部分修补、部分更换还是全部更换。若铺装层破坏后，应凿除重新铺筑，凿除破损部位应划线切割（或凿），清除旧料后再浇筑新面层。若材料老化、断裂、变形、不能正常运行时应及时拆除并更换新型伸缩缝。

（三）钢筋锈蚀的维修加固

钢筋发生锈蚀后断面积减小，直接影响结构抗拉和抗弯能力；锈蚀部分的体积可膨胀至原来体积的10%以上，对周围混凝土形成挤压，造成混凝土开裂、剥蚀，降低混凝土对钢筋的握裹力。为维持桥梁的正常运营，需要对出现钢筋锈蚀的桥梁进行维修。主要维修步骤为：凿除松脱、剥离等已损坏部分混凝土；对钢筋作除锈处理，并清理混凝土面上灰尘，除锈后即进行防锈处理；涂以环氧胶液等粘结剂；立模、配料浇筑，或喷浆、涂抹施工。对新喷涂或浇筑混凝土面进行表面处理。

（四）墩台基础的维修加固

桥梁墩台基础在常年使用过程中，除了承受上部构造荷载外，还将承受各种外力的作用。因此，桥梁墩台将会出现不同程度的损坏。桥梁墩台基础常产生的病害有：基础不均匀沉降、滑移和倾斜，以及基底局部冲空，基础结构物的异常应力和开裂等；墩、台身的各种水平、竖向和网状裂缝，混凝土剥落、空洞和老化，结构变形、移位等。应根据不同损坏程度及结构情况进行维修加固，延长桥梁使用寿命，充分发挥现有公路基本设施的经济效益和社会效益。

1基础加固方法有：水泥灌浆加固法、扩大基础加固法、钢筋混凝土套箍加固法、增补桩基加固（打入桩或钻孔灌桩）法、人工地基加固（改良地基）法等。

2墩台加固方法有：钢筋混凝土套箍或护套加固贯通裂缝的墩台法、用支撑法或增设挡土墙法处理墩台滑移、用顶升法加固产生过大沉降的桥梁结构等。

四、工程实例

1 陕西西铜高速公路2013年第二批三类桥梁加固维修工程第二合同段某桥，该桥通车至今，桥梁结构不断老化，主要病害有桥面铺装及伸缩缝破损、渗漏严重；支座悬空、脱落、包裹、滑移、严重变形、橡胶开裂、无钢板、钢板和螺栓锈蚀、垫石破损露筋，渗水、泛碱，个别桥桥墩基础外露、冲刷严重，空心板间铰缝勾缝砂浆脱落严重等。

2 加固方法

（1）裂缝处理

裂缝压力注浆法的施工工艺：裂缝检查→裂缝表面清理→注浆料拌合→安装注浆嘴→裂缝封闭→严格的灌注顺序及注浆控制→注入孔及封缝段的表面处理。

（2）加固区砼表面清理

采用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将该处松散、破损、污损的混凝土清除干净，直至露出坚硬密实的基面，同时应注意保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等物质。

（3）粘贴碳纤维布

被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表面浮尘、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构基面，转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。在处理好的混凝土表面上涂一层很薄的底层胶，从而使得混凝土与碳纤维布之间黏结性得以提高。底胶涂布面边界应不小于所粘贴的碳纤维布大小。按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，注意不要在幅宽方向进行裁剪，碳纤维主筋粘贴方向应严格按照施工图执行；每处施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力硬性冲击等干扰；该工程施工过程平均气温一般都高于15℃，估计自然养护至达到设计要求需要5天左右；对粘贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至黏结胶完全固化后，对碳纤维布粘贴面仔细检查，确保碳纤维布贴层没有空鼓或气泡。

（4）钢筋（钢板）阻锈处理

对外露的钢筋（钢板）进行清理，除去锈渍，然后对钢筋锈蚀区域采用多功能渗透性阻锈剂（表面涂刷型）处理，可滚刷或喷涂于结构表面，选用材料应满足加固设计规范要求，并按施工规范进行施工。

（5）砼破损修补处理

在混凝土破损区域清理完成以及钢筋阻锈处理工作完毕后进行砼修补处理。按照公路桥梁加固施工技术规范相关规定及要求，采用环氧砂浆对破损区域进行修补，要求修补后结构表面平整密实。所用环氧砂浆应具有较低膨胀系数、收缩率和放热温度，并且还应具有较高粘结力、硬度及抗冲击性能，其配合比根据试验确定，其性能必须满足规范要求。。应根据材料物理化学特性、修补厚度以及气候条件等因素作好养护工作，确保修补质量。

（6）粘贴钢板

粘贴钢板采用灌注粘贴法，工艺流程如下：

制作钢板→基底处理→混凝土表面钻孔→注胶→固定及加压→固化→检验→防腐处理

（7）锚栓植入

采用钢筋定位仪，精确放出锚栓的具体位置，植入孔位与设计位置最大偏移量不大于5cm。避开原结构受力主筋和结构钢筋，植入深度见施工图；植入锚栓时，应对准孔洞插入，在插入螺栓时应旋转，尽量排除注胶时堵塞在孔内的空气，以确保锚栓表面与黏结胶充分结合。严格遵守黏结胶的化学凝固时间，待黏合胶完全固化后方可进行其它施工操作；

根据国家相关规范、设计图纸和监理细则要求，按其规定的取样频率对植入的锚栓进行拉拔试验，待试验结果达到规范和设计要求时再进行下一步工作

（8）渗水、泛碱

采取的处理措施是：首先必须解决桥面防水层的问题，处理桥面开裂、坑槽等病害，以解决由于防水层受损导致渗水的问题；修复导致漏水的各种附属设施；对泛碱区域，应先凿除泛碱物，然后用环氧砂浆修补平整；修补整平后，在渗水泛碱区域涂刷表面防水剂，以隔断水与混凝土的接触，起到保护混凝土及钢筋的作用。对部分空心板梁内长期积水的，在底板较低处开凿一小泄水孔，用塑料导管将水引出。凿孔和导管直径约3cm，凿开前应探测钢筋位置，避免伤害主筋，尤其是预应力钢束。

维修加固施工顺序见图1：

图1

3 实施效果

施工技术和工艺是实现设计意图的重要保证。进行维修、加固后，经荷载试验表明，达到了良好的加固效果。

结语

桥梁维修、加固方案的选择和设计，对加固工程的质量和经济性有很大影响，是维修、加固改造项目成功与否的关键。各种维修、加固技术各有其优缺点和适用性，方案选择应结合具体工程的特点，针对不同的桥梁病害，综合采用各种维修加固技术措施，尽量考虑综合经济指标，做到技术可靠，经济合理，方便施工。

[1]JTGTJ23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

U445 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A