公路橋梁的結構病害與加固淺析

第第頁公路橋梁的結構病害與加固淺析【摘要】經(jīng)濟的發(fā)展和科技水平的提高，使我國的橋梁建設得到飛速發(fā)展，我國的建橋水平也已躍身世界先進行列。然而，橋梁結構性病害卻一直困擾著廣大橋梁建設者，要解決這一問題，需要橋梁建設者對橋梁結構病害的成因及橋梁加固的方法進行研究與探討。

【關鍵詞】公路橋梁，結構病害加固

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和廣大橋梁建設者的精心設計和施工，我國交通基礎建設得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的公路橋梁，我國的建橋水平也已躍身于世界先進行列。然而，在橋梁建造和使用過程中，因結構病害而影響工程質量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮，要解決這一問題，需要橋梁建設者對橋梁結構病害的成因及橋梁加固的方法進行研究與探討。

一、橋梁病害成因

橋梁作為重要的交通設施，要承受作用與其上的重力和附加力。所以，橋梁的結構應具有足夠的強度和剛度，以使其在荷載作用下不產生過大的撓曲和變形。為使其承受軸向壓力時的構件不發(fā)生屈曲，不喪失穩(wěn)定性，還要使橋梁結構的各部尺寸必須具有適當大小，同時也要具有較高的耐久性。但是，由于作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造與施工質量的分散性、計算假定的近似性，致使在長期使用過程中橋梁結構產生病害。具體原因如下：

1、設計荷載偏低，沒有預測到經(jīng)濟和交通事業(yè)的發(fā)展使車輛荷載量增大，因超過了橋梁的荷載能力而導致病害。

2、橋梁施工質量差，未按設計要求和施工規(guī)程實施。

3、結構設計中存在缺陷，如采用橋型結構不當、設計假定不盡合理

4、不重視橋梁后期養(yǎng)護工作，沒有及時消除己產生的病害，導致病害越來越嚴重。

5、洪水等自然災害使橋梁產生損壞。

6、地質條件差，如滑坡、軟基等導致橋梁產生病害。如藏東南地區(qū)地質災害活動十分強烈，且規(guī)模大，破壞力極強，以泥石流、滑坡和崩塌為主，還有少量的潰決、雪崩。這些都是對橋梁安全的威脅。

二、橋梁加固的一般流程

在橋梁結構發(fā)生病害后，需要采取措施進行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應遵循以下工作程序：結構可靠性鑒定―加固方案確定―加固設計―施工組織設計―施工―驗收。

結構可靠性鑒定，主要是對病害結構的病情診斷。加固方案好比處方，加固設計是現(xiàn)行規(guī)范及有關標準對加固方案的深化過程。加固施工是對被加固結構按加固設計進行加固的施工過程，對于大型結構加固，為確保質量和安全，施工前應編制施工組織設計。

三、橋梁加固增強技術

（一）裂縫修補技術。首先應該了解裂縫的種類以及形成的原因，主要有：

1、荷載引起的裂縫。主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：設計不合理，計算的疏漏；結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。在施工階段，隨意堆放施工機具；不按設計圖紙施工，擅自改變結構施工順序等。在使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：第一在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現(xiàn)裂縫而導致鋼筋銹蝕。第二橋梁結構中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產生巨大的應力集中。

2、溫度變化引起的裂縫。主要有年溫差：一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協(xié)調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。日照因素的影響：西藏地區(qū)晝夜溫差較大，橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。

3、凍脹引起的裂縫。對混凝土橋梁的影響較明顯，大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結冰溫度在-78度以下）在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%～50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

裂縫修補的目的在于恢復結構物的防水性和耐久性，主要技術有：

1.表面處理法。在微裂縫的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性。對于寬度發(fā)生變化的裂縫，要設法使用有伸縮性的材料。

2、充填法。適合修補較寬的裂縫，具體做法是沿裂縫鑿一條深槽，然后在槽內嵌補各種粘結材料，如水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環(huán)氧樹脂硅、瀝青及各種化學補強劑等。

3、粘結鋼板封閉法。當鋼筋o構件產生主拉應力裂縫時，可對裂縫先進行處理之后，再在裂縫處粘結鋼板，并用膨脹螺栓對鋼板加壓。鋼板粘結方向應和裂縫方向垂直。

4.注漿法。在裂縫中注入樹脂或水泥類材料，以提高其防水性及耐久性。主要注漿材料是環(huán)氧樹脂，多采用低壓低速注入法。環(huán)氧樹脂注入法與鋼釘并用，可以增強裂縫部位的整體性，是一種防止裂縫繼續(xù)發(fā)展的好辦法。

5、表面噴涂法。噴漿修補是一種在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且粘度高的水泥砂漿保護層，來封閉裂縫的修補方法。噴漿前，需要把結構表面的剝離部分除去，再用水沖洗清潔，并在開始噴漿之前把基層濕潤，然后再開始噴漿。

（二）橋梁加固增強術。

梁式橋上部結構加固增強技術主要有加大截面加固法、外部粘貼加固法、外部預應力加固法、改變結構體系加固法、增設縱梁加固法。

加大截面加固法采用增大構件的截面面積，根據(jù)荷載大小和凈空條件不同，可分為以加大截面面積為主和加配鋼筋為主兩種加固方案。

外部粘貼加固法系用型鋼、玻璃鋼等材料通過環(huán)氧樹脂等粘合劑粘貼在結構外部，以提高結構承載能力的一種方法。適用于構件尺寸受限制但又必須大幅度提高結構承載能力的場合，必須保證粘和劑的質量

外部預應力加固法指運用預應力原理，在增設的構件或原有構件上施加一定初始應力的一種加固方法。采用對受拉區(qū)施加預加壓力，可以抵消部分自重應力，起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知，設計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使橋梁結構出現(xiàn)裂縫等病害。因此，嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理，是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當重要的一個環(huán)節(jié)