公路桥梁结构病害检测及加固措施

惠小磊，谢丹，张国强

（1.陕西交控市政路桥集团有限公司，陕西 西安 710065；2.陕西西公院工程试验检测有限公司，陕西 西安 710065；3西安公路研究院有限公司，陕西 西安 710065）

0 引言

随着我国公路交通量的增加，因设计荷载标准低、承载力不足、桥梁构件破损严重、自然老化等问题，早期修建的很多桥梁已经不能满足当前交通量的负荷要求。一些桥梁技术状况相对较差、存在较为严重的安全隐患。为消除隐患，提升公路桥梁的使用性能，有必要对桥梁进行结构性能检测，掌握桥梁的工作状态。桥梁加固能够在不改变原有桥梁结构的基础上，有效缩短施工周期，并在最大程度上降低施工对交通的影响[1-2]，具体要根据不同病害情况，通过技术、经济等综合分析比较，选择合适的加固方案，使桥梁性能满足要求。

1 工程背景

某桥为三跨简支预制板桥，桥长32m，跨径布置为（10+12+10）m，斜交角为90°，桥宽24.6m，行车道由17块预应力钢筋混凝土空心板梁组成，以小铰缝连接，行车道板梁高0.65m，梁宽均为0.99m。设计荷载等级为：汽-20，挂-100。目前，该桥过往车辆较多，交通量较大，服务水平较低。

2 桥梁结构检测

本文主要对桥梁的桥台翼墙、路基挡墙、桥台结构、桥面铺装、桥梁伸缩缝、桥面线形进行调查检测。

2.1 桥台翼墙和路基挡墙

该桥桥台翼墙和路基挡墙均采用浆砌块石修筑，整体状况良好。台后挡墙受不均匀沉降和台后土推力作用，有不规则开裂现象，位置在南侧3～4#柱、4～5#柱之间，北侧3#～4#柱之间，裂缝最宽处达3cm，长度达2m，如图1所示。

图1 台后挡墙开裂

2.2 桥台结构

桥台结构采用桩接盖梁。桩基础下部长期受水流侵蚀，水蚀较为严重，有多处桩基环向开裂，开裂位置位于靠河道一侧，裂缝位置从河道一侧往台后发育，逐渐变宽，最宽处达0.5mm。盖梁侧面出现了多处无特殊规则的裂缝，且0#桥台5#桩顶上方位置裂缝较多，盖梁裂缝最大宽度为0.78mm，长度为1.0m，其原因可能是台后土推力作用。此外，由于伸缩缝破损，雨水下渗侵蚀墩台盖梁，且有泥浆覆盖，具体状况见图2。

图2 盖梁裂缝

2.3 桥面铺装

沥青铺装破损比较严重，还有较多裂缝。裂缝是桥梁工程中常见的病害类型，大多由于施工技术不当、混凝土质量不合格或温度变化等原因造成。为保证桥梁工程的安全性及舒适度，桥梁工程大多采用沥青混凝土作为桥面铺装的主要材料。但在施工过程中，若自然温差较大，那么沥青混凝土结构的内外温差会随之增大，而混凝土本身具有热胀冷缩的特点，其内部结构很容易受温差影响产生一定的应力，当混凝土抗拉强度不能承受内部应力时，会导致桥面出现裂缝。此外，繁重的交通压力也是造成裂缝的原因之一。当桥梁工程投入使用后，随着过往车辆越来越多，其承重压力会越来越大，在超负荷状态下，车辆与道路桥梁表面不断摩擦、挤压，最终导致桥面受损、开裂，进而降低道路桥梁结构性能，影响行车安全，如图3所示。

图3 桥面破损严重

2.4 桥梁伸缩缝

桥梁没有设置型钢伸缩缝，缝内有垃圾填塞现象，且伸缩缝两侧混凝土破损，桥台前后存在一定的高差，有跳车现象，汽车对桥梁的冲击作用不容忽视，见图4。

图4 伸缩缝破损

2.5 桥面线形

（1）基准点及测点布设

基准点布设方式为：在大桩号桥头设置了2个基准点（BM1,BM2），在小桩号桥头设置了1个基准点（BM3）。本次检查观测点沿用上次检测布设的25处观测点，布置在左、右两侧桥面范围内。测量结果作为后续沉降及挠度测量对比分析的基准数据。

（2）测量结果数据分析

通过对原桥竣工图桥面设计标高连线与实测桥面连线分析，桥面线形较为平顺。从本次桥面测量结果可以看出，桥面左、右侧标高基本相同，受通车与观测时温度影响，部分测点测值存在略微不同，与2017年、2018年对桥面线形测量结果对比，整体趋势一致，无明显突变，如图5～图6所示。

图5 桥面线形右侧对比图

图6 桥面线形左侧对比图

3 桥梁技术状况等级评定

依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）对桥梁技术状况评定等级的有关规定，对桥梁技术状况进行评定。评定分值见表1。

表1 桥梁技术状况评定表

经评分计算，该桥上部结构分值为46.6，技术状况为4类；下部结构分值为75.9，技术状况为3类；桥面系分值为84.1，技术状况为3类；总体分值为65.8，因此该桥桥梁总体技术状况评定等级为3类。

4 桥梁加固方案及措施

4.1 加固方案设计思路

（1）盖梁裂缝根据结构分析，主要诱因是台后水平土推力且侧面钢筋配置不足导致，也不排除车辆超载、同一桥墩桩基横向不均匀沉降等其他外因引起[3]。本次加固采用加大盖梁尺寸及侧面配筋率的设计方案。

（2）在台后水平土推力影响下，桥台产生水平位移，再加上软土地基的塑性流动和沉降，导致背墙与梁板顶紧。桩柱受力体系转化为柱顶水平向刚性支撑，另一端嵌在基础中，在台后水平力作用下，导致墩柱前缘环向开裂。桩柱开裂明显，最大裂缝宽度为0.50mm。由于河道水流的冲刷，对台后挡墙基础有较大影响，进一步增加了水平土推力，裂缝宽度会持续加大，数量增多，需要进行加固处理[4]。根据跟踪观测结果，采取增大桩截面的加固方案，对桩柱进行植筋加固，在桥台基础部分增设垫层。

（3）沥青层破损严重可能因为沥青层（2cm）较薄，桥梁通行车辆荷载偏大，对铺装造成一定破坏，此外还受桥台跳车等汽车冲击的影响[5]。采取刨除原有沥青铺装层、重铺沥青面层的方案。

（4）对该桥进行限载管制，将限载标准降到20t，并提前告知超等级车辆绕行，尤其禁止超等级车队连续通过该桥。

（5）桥台前后存在一定的高差，有跳车现象，汽车对桥梁的冲击作用不容忽视，故本次加固增设了伸缩装置[6]。

4.2 加固方案及措施

本次加固采用增大盖梁截面和侧面配筋率、增加盖梁侧面抗弯的加固方案[7]，加固方案示意见图7。加大盖梁横向尺寸，从原来100cm加宽至125cm，通过植筋和浇注Sika灌浆料的方式进行加固。施工要求为：凿除原盖梁疏松不密实的混凝土，凿毛并清洁，将级配为10mm的无泥骨料加入SikaGrout214中以防温度升高太快，加入骨料的量按以下比例：骨料∶SikaGrout214=1∶1（重量比）。

图7 桥台盖梁加固方案

由于桥梁桩柱出现较大的变形和裂缝，对桥台桩基植筋，桩基表面由原来ϕ80cm的圆形变为110cm×120cm的矩形。对桥台基础进行垫层处理，垫层厚度为10cm碎石、50cmC25混凝土，具体加固方案见图8。

图8 桩基础加固方案

对全桥非结构性裂缝进行封闭和缺陷修补，提高了桥梁耐久性。混凝土裂缝采用环氧树脂灌缝。环氧树脂具有黏度小、可灌性好、韧性好、固化时间可按施工工艺要求调节以及耐久性好等优点。桥面及桥头各5m范围更换桥面沥青铺装，以减小因破损引起的汽车冲击影响，从而改善桥梁整体受力状态，提高桥梁承载能力和刚度。行车道增设桥梁伸缩缝装置，具体采用型钢伸缩缝，其尺寸、型号满足伸缩量的要求，确保行车平顺。对于缺陷与蜂窝、麻面等，将表面疏松混凝土凿除，采用环氧砂浆修补。对裸露、锈蚀的钢筋清除锈迹，凿除松动的保护层，用环氧砂浆修补。

5 结语

本文主要结合具体工程实践，以某三跨简支预制板桥为例，结合实际，通过观察其外观病害表象，对其技术状况进行了评定分析，剖析病害产生原因，提出相应的加固措施，加固结果表明：

（1）采用增加盖梁侧面抗弯的加固方案，即增大盖梁截面和侧面配筋率，提高了桥梁的结构稳定性；

（2）采用桥台桩基植筋方法，减小了桥梁结构性裂缝，提高了桥梁的结构耐久性。