发布时间：2022-06-06所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘 要: 桥梁病害对桥梁结构造成巨大破坏，影响桥梁外观质量，降低桥梁承载能力，严重影响桥梁的使用功能。随着我国交通运输事业的迅速发展，交通量日益增大，因车辆超载偏载而造成的交通事故越来越多。综合以上原因，对桥梁病害进行修复和加固是未来工程技术人员研究的
摘 要: 桥梁病害对桥梁结构造成巨大破坏，影响桥梁外观质量，降低桥梁承载能力，严重影响桥梁的使用功能。随着我国交通运输事业的迅速发展，交通量日益增大，因车辆超载偏载而造成的交通事故越来越多。综合以上原因，对桥梁病害进行修复和加固是未来工程技术人员研究的重点。本文针对不同桥梁类型，阐述了病害产生的原因及维修加固方法，希望可以为同类桥梁的修复与加固提供一些经验和参考。
关键词: 公路桥梁; 病害; 加固
0 前 言
截止 2019 年底，我国桥梁数量为 87. 83 万座，数量位居世界第 一。其中混凝土桥梁占 90% ，配筋混凝土桥梁占 85% 。四五类桥梁数量 42 606 座，占比约 4. 85% 。而我国桥梁平均寿命仅 30 年左右，远远不能满足 50 年、100 年的设计使用年限要求。其主要原因为工程材质病害导致的耐久性不足，设计缺陷，施工不当，车辆超载或偏载，桥梁承载能力不足等方面。如将危桥全部拆除重建，不仅耗费资金巨大，而且时间上也不允许。国内外经验表明: 拱桥的加固费用约为重新建桥的 20% ～ 30% ，梁桥的加固费用约为新建桥梁的 30% ～ 40% ，维修和加固旧桥所产生的费用远小于新建桥梁。因此，桥梁工程维修加固技术对未来的交通运输发展具有重要作用。
1 混凝土桥梁表观缺陷成因与加固技术
混凝土桥梁结构主要表观缺陷为蜂窝、麻面、孔洞、混凝土剥落、露筋、磨损、裂缝、钢筋锈蚀，其产生原因见表 1。这些缺陷的形成是结构性或非结构性的，主要与外部荷载、施工质量及混凝土材料相关。混凝土表观缺陷在一定时间内不会影响结构使用功能，但在荷载作用、环境作用及自然老化影响下这些缺陷会加快发展趋势，引起结构性损坏，造成桥梁使用功能退化，因而需要引起重视，在短期内进行修复和加固[1 - 2]。
对蜂窝、麻面、露筋、剥落的混凝土表面可采用水泥砂浆修补，在修补前，需对混凝土表面进行凿毛处理，对已生锈的钢筋进行除锈处理，使混凝土表面保持湿润、清洁。然后用 1 ∶2 ～ 1∶2. 5 水泥砂浆抹面压实。当混凝土结构表面裂缝在限值范围内时，也可采用此法。当裂缝宽度大于限值时，采用压力灌浆法在结构内部裂缝中灌入环氧树脂或其他化学浆液，用来封闭裂缝，可恢复并提高其强度和耐久性。对于蜂窝、孔洞较严重或露筋较深时可采用混凝土修补，对混凝土表面进行清理，用清水洗刷并保持湿润后，采用比原混凝土强度高一等级的细石混凝土修补，修补方法可采用现浇、涂抹、压浆等[3]
2 不同桥型病害成因与加固技术
2. 1 混凝土梁桥病害成因与加固
钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥在我国公路桥梁中使用较普遍，其上部结构主要病害为主梁裂缝，例如箱梁顶底板裂缝、腹板斜向裂缝。T 梁的腹板裂缝、翼缘板裂缝及底板裂缝。其产生原因包括混凝土徐变造成的预应力损失，导致预应力减小，超载车辆导致开裂，横向配筋不足，腹板设计厚度不足，同时箍筋配置过少，没有设置抗剪的弯起预应力钢束，施工张拉控制不足造成预应力损失等[8]。
目前针对上述病害常用的加固方法有粘贴钢板和碳纤维布加固技术，或者采用施加体外预应力加固。粘贴钢板加固是采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的受拉区或薄弱部位，使之与结构物形成整体，通过钢板与原结构物的共同作用，改善原结构物的应力状态，限制裂缝进一步发展，提高桥梁的承载力，达到补强效果; 碳纤维布加固原理是将抗拉性能良好的 FRP 布用树脂类粘结胶粘贴在混凝土结构表面，使其与原结构形成整体，在荷载作用下共同受力、共同工作可以有效提高被加固构件的承载力，包括抗弯、抗剪及抗震能力。粘贴碳复合纤维材料加固对原结构应力分布几乎没有改变，保证了原有结构的受力状态。但粘贴碳纤维复合材料在桥梁加固中不宜使用过多，如果过多可能会引起混凝土突然脆性破坏，桥梁的受力结构改变。
体外预应力加固是运用预应力原理，通过布置预应力筋对原梁体主动施加外力，以改善原结构受力状况的加固方法。对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁桥，采用此方法使其产生与原桥的不利弯矩方向相反的轴力和弯矩，可以抵消部分自重应力，起到卸载作用。相对于粘贴钢板和碳纤维布加固方法，该方法自重增加很少，却能改善和调整原结构受力状态，提高梁体刚度和抗裂性能，可大大减小交通损失和维护费用。其缺点是体外预应力筋无保护措施，易在火灾下失效; 转向和锚固装置因承受较大且复杂应力，易产生局部裂缝等损伤; 锚固失效意味着预应力丧失，所以锚具防护要求高; 体外预应力在极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效[4]。
2. 2 系杆拱桥病害成因与加固
系杆拱是一种近年来较为常见的无推力拱桥，其承重结构由拱肋、吊杆与系杆( 拉杆) 组成。系杆常用钢绞线或高强钢丝组成，或用配有较多预应力筋的预应力混凝土系杆或钢梁承担。其造型优美，造价相对不高，被广泛应用于公路桥梁中。系杆拱桥典型病害包括吊杆、系杆、拱肋三个大方向。吊杆病害有吊杆钢索锈蚀，断裂或断丝，吊杆扭曲，吊杆横梁锚垫板下混凝土周围开裂，吊杆防护破损。系杆由于自身防护不足，加之外荷载和外部腐蚀介质作用，绝大部分索体存在不同程度的病害，甚至出现系杆断裂情况。当部分系杆需要被更换时，也因其采取的永久锚固方式而面临更换困难的情况[5]。
拱肋病害有管内混凝土脱空，其原因是拱肋排气设计不当，拱肋曲线线性难以保证混凝土密实，钢管与混凝土两种材料对温度的线膨胀系数不同; 钢管锈蚀，其原因是防腐涂层剥落、起皮、开裂，无法起到保护钢管作用; 钢管局部变形，其原因是由钢管弯曲时引起的褶皱; 钢管涂层损坏、焊缝质量差、开裂锈蚀，主拱外包混凝土开裂、拱轴线变形也是拱肋的常见病害。
系杆拱桥主要维修加固有更换吊杆，更换或新增系杆，拱肋处理。更换吊杆具体步骤为: 受力验算→施工准备→安装临时兜吊系统→确定启动索力→拆除旧吊杆→安装新吊杆→测量桥面标高、索力。全桥索力更换完成后，统一进行索力测试，对部分索力有偏差的吊杆进行索力调整。锚具表面涂缓释膏，预埋管填防腐油脂或填充缓释膏，安装防水罩。对外露的锚具、锚垫板进行防腐处理，并在相应位置涂抹黄油密封，在上、下锚管内安装高阻尼橡胶减震器，以减轻索体震颤，并进行相应索体防护及防水处理。
面对永久锚固式系杆更换困难的情况，目前还没有特别有效的解决手段。常用的新增系杆法不能彻底解决原系杆的耐久性问题。原为更换法中拔除旧系杆的手段只适用于系杆锚固长度较短的情况，工程人员应结合桥梁的实际情况，采取相应的更换手段。
拱肋处理包括钢管混凝土脱空处理，宜选择在夏季高温的中午进行加固，此时脱粘的宽度最大，容易压浆密实; 钢管局部处理，因薄壁管引起的局部变形，如后续没有进一步发展可不予处理，但在日常性养护中需加以观测; 钢管焊缝修复，若发现焊接处有异常情况，应分析裂缝发展原因并按照有关焊缝修补工艺的规定，及时补焊修复，修复完毕应进行无损检测，确认焊缝缺陷不存在，否则应重新修补，焊缝修补次数一般不应超过 2 次。
2. 3 斜拉桥病害成因与加固
斜拉桥是由主梁、塔柱和斜索组成的超静定体系，由于其跨越能力大、材料用量省、施工简便以及造型优美，在世界范围内取得飞速发展。
斜拉桥主要病害有拉索腐蚀，腐蚀是物质与介质作用而引起的破坏。由于腐蚀过程是自发的，拉索的破坏将会始终存在; 拉索回缩，斜拉索在张拉过程中分丝板会与锚杯内杯相接触，分丝板除了承受拉力和冷铸体的反力外，还将承受侧向挤压力和摩檫力，而分丝板厚度较薄，分丝板会因受力过大而变形，导致钢丝回缩，影响斜拉索的疲劳寿命; 拉索振动，拉索多暴露于大气中，在风或索锚固端运动作用下发生明显振动。斜拉索振动频率与主桥基频接近时，还会引起共振。斜拉索的振动会增加拉索索力，加剧斜拉索和锚具的疲劳破坏，还会损坏斜拉索保护装置。斜拉索索力退化，原因有拉索断丝、温度影响、锚固区病害、自然灾害等因素[6]。
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拉索锚固装置疲劳，斜拉索的巨大拉力集中作用在索的锚固结构处，通过有限的范围传递到主梁上，若锚固结构与主梁的连接及构造处理不当而使之处在应力峰值点时，锚固装置就会出现疲劳; 锚头腐蚀，斜拉索锚头的防护措施没有斜拉索的防护措施那么有利，由于护筒发生渗漏，导致下护筒积水，加之橡胶密封圈效果不好，锚头会产生锈蚀。
斜拉桥拉索加固内容为拉索更换，确立施工顺序，换索最好按索号顺序依次进行。换索一般以桥塔为中心，两侧对称进行。换索过程中，要控制拉索的索力或主梁的线形，以保证主梁的内力和线形都接近设计值。同时要进行全过程的施工监控，包括换索前、换索中、换索后的索力测试; 桥面标高与索力测试可以同步进行，保证换索过程中不改变原有索力和高程; 对主梁和主塔进行应力观测，以保证在换索过程中拉索、主塔、主梁的内力变化都在容许范围内[7]。
3 独柱墩桥梁抗倾覆加固技术
独柱墩桥梁桥墩结构轻巧，桥下空间较大，与双柱墩相比可以较小地影响原地面的交通。但独柱墩尺寸较小，对于上部较宽的主梁，较小的横向尺寸使得支座间距也相应减小，在车辆超载或偏载作用下，支座受力较大，主梁安全系数低，容易发生主梁倾覆事故[9 - 10]。
防止独柱墩倾覆的加固通常做法是在独柱墩两侧增加支撑柱，或者在承台两侧通过植筋加大承台并增加基础，在其上方增设钢管混凝土或薄壁墩; 在无法增加承台面积情况下，可直接在原承台上设置支撑柱，加固效果见图 1。
如果对桥下净空有一定要求，可以不采用上述方式，可选用能保证加固效果的同时又兼顾桥下净空和美观的要求，经过比较，在墩顶处设置混凝土支撑结构通过植筋与原墩柱连接牢固，形成盖梁，在混凝土结构顶部设置双向滑动拉压支座，可以达成与原结构风格统一协调的加固方式[11]，加固效果见图 2
4 结 语
桥梁维修加固作为新技术在针对我国目前多发的公路桥梁病害及交通事故中应用前景广泛，但维修加固技术还有待探索和提高。在实际工程加固中，应反复验证和试验，在经济、安全、可靠的基础上，完善桥梁加固技术，提高国家经济效益和人民利益，这为交通强国的实现有着积极作用。——论文作者：赵 帅
参 考 文 献:
[1] 孟占领. 公路桥梁常见病害及施工处治方法[J]. 工程建设与设计，2017，65( 2) : 163 - 165.
[2] 魏洋，端茂军，李国芬. 桥梁检测评定与加固技术[M]. 北京: 人民交通出版社，2019.
[3] 樊绩孝. 浅析桥梁结构加固技术方法[J]. 黑龙江科技信息， 2016，20( 35) : 231.
[4] 王若林，朱利明. 混凝土悬臂公路桥病害诊治[M]. 武汉: 华中科技大学出版社，2014.
[5] 姚国文，吴海军，李世亚. 桥梁检测与加固技术[M]. 北京: 人民交通出版社，2014.
[6] 王华冰，刘甲荣. 山东高速桥梁维修加固技术手册[M]. 北京: 人民交通出版社，2011.
[7] 杜朝伟. 在役桥梁结构检测鉴定与加固技术[M]. 郑州: 黄河水利出版社，2013.
[8] 黄 官 平，储 晓 文. 常规公路桥梁典型病害分析与养护对策[M]. 杭州: 浙江大学出版社，2017.
[9] 翁沙羚，辛红升，陈敏. 独柱墩连续梁桥横向失稳机理分析与探讨[J]. 公路交通科技，2012，29( 6) : 64 - 67.
[10] 周列矛. 独柱支墩连续箱梁桥的倾覆事故成因分析[J]. 公路交通科技，2011，28( 7) : 179 - 181.
[11] 黄国勇，兰长青. 墩梁固结独柱墩桥梁抗倾覆分析及加固设计方法[J]. 公路交通科技，2011，28( 12) : 87 - 89.
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