公路桥梁安全问题与加固问题研究

公路桥梁安全问题与加固问题研究

黄钧力

黄钧力

肇庆市高新技术产业开发区市政交通管理中心526238

摘要：随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展，过去年代修建的桥梁负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。由于受到当时的设计、材料、施工等方面的影响和局限，先天不足，加上不能适应目前交通量的迅猛增长，使得桥梁的检测和加固成为必要，桥梁结构是典型的不可逆结构，受自然因素如腐蚀、冲刷、预应力损失等，非自然因素如意外损伤、超载、开裂等的影响，一旦建成，其结构性能会随运营时间的增长而不断下降。本文对钢筋混凝土梁式桥的常见病害进行了分析，并介绍了常用的加固方法。

关键词：道路工程；梁式桥梁；加固方法

随着交通运输事业的发展，交通运输量大幅度增长，行车密集及车辆载重越来越大，尤其是推行拖挂运输和集装箱运输后，重型车辆日益增多。现有桥梁中的相当一部分（主要是50、60和70年代修建的桥梁）已满足不了使用上的要求。桥梁造价昂贵，在运输中发挥着重要的作用，但由于运营时间及设计施工等方面的原因，部分桥梁不适应当今经济快速发展的需要，并出现各种病害和缺陷。采用适当的加固技术对恢复和提高旧桥的承载力和通行能力，延长桥梁的使用寿命，以满足现代化交通运输的需要，对于我省相对贫困的省份，可以节省大量资金和缩短建设时间，取得良好的经济效益。对于一座需要进行加固的混凝土桥梁来说，首先需要对桥梁的技术状况及其缺陷、病害进行全面而细致的调查。

一、桥梁加固的目的与意义

1、桥梁加固的目的

自桥梁建成之始，不久就会产生已建桥梁的维修、改造和加固的需求，也就是针对已经变旧的桥梁，不能满足继续使用的状况进行处理的方法。

2、桥梁加固的意义

桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性。加固桥梁可以预防和避免桥梁的坍塌造成物资损失和人身伤亡。

二、桥梁病害成因

1、桥梁设计、施工及运营对桥梁的影响。在桥梁的建造过程中，设计不合理、截面尺寸和钢筋配置不符合力学要求、施工质量问题达不到设计要求、建筑材料使用不当、品质不良等等。这些方面如果出现问题将使桥梁在使用伊始就存在质量隐患。桥梁在使用过程中，混凝土的干缩、徐变现象以及预应力构件的预应力损失不可避免，造成裂缝产生、构件强度降低；同时，环境中有害的化学物质会对结构造成侵蚀，导致混凝土强度降低，钢筋产生锈蚀。此外，交通超载、车辆的撞击损坏、桥面磨损等人为因素的破坏是经常发生的；严寒酷暑的温度影响、洪水的冲击、地震造成的破坏也不可避免。

2、环境因素对桥梁病害产生的影响。严寒酷暑的温度、气候、洪水的冲击等桥梁外部环境对桥梁会产生影响，以致混凝土桥梁的劣化现象。多种原因相互作用，恶性循环，形成桥梁的劣化与损伤。常见的劣化现象有裂缝、撞损、剥落、蜂窝、冲刷、钢筋锈蚀等。裂缝是混凝土桥梁最常见的劣化现象。钢筋锈蚀是钢筋混凝土构件破坏的主要原因。

3、超载超限对桥梁的危害。车辆的超载超限对桥梁的损伤很大，出现了不同程度的病害和损坏，桥面板严重坑洼不平，梁板出现较多的裂缝、断裂、受力钢筋外漏、锈蚀。车辆的超载超限已成为严重的桥梁的杀手。超限产生过大的弯矩和剪力使梁板产生过大弯曲变形和剪力破坏，产生弯曲裂缝，支座附近产生剪切裂缝。过大的荷载使装配式板桥的铰缝混凝土开裂，导致桥面横向分布削弱，桥板承受荷载增加；严重时铰缝混凝土破坏，形成单块板受力，使桥板断裂，产生险情，严重威胁桥梁和行车安全，如不及时采取措施，将形成事故。

4、地震对混凝土桥梁的破坏地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。

三、钢筋混凝土桥梁安全评估及加固原则

1、评估。为保障对现役桥梁的安全运营，管养单位必须建立有效的桥梁检测和预警系统。定期对桥梁的劣化与受损情况进行全面检测，依据受损情况现状进行安全性评估，确定实际荷载能力，判断是否对桥梁的承载力和耐久性构成威胁。桥梁的承载力评估，我国目前主要采用检测与计算相结合的方法对桥梁安全的承载力进行评定。管养单位在日常管养过程中对管养桥梁主要按照《桥涵养护规范》（JTGHll一204），对照桥梁技术状况评定标准对管养桥梁按照五类桥梁的划分进行区分并分别采取养护措施。需要时委托具有桥梁检测资质的单位进行检测并采取措施进行加固维修。

2、公路桥梁既有加固技术分析

（1）增大截面加固法

作为传统的加固方法，增大截面法运用较为广泛。其主要目的是补强加固结构的刚度、强度、承载力，并且该方法施工简单，但是施工工期较长，且局限性较大，加固后的效果是否良好还需要进一步确定。

（2）黏钢加固既有构件法

该方法一般用来加固钢筋混凝土中由于纵向主筋锈蚀导致承载力下降的结构，主要方法是用黏结剂将钢板黏结在加固结构构件下面，然后采用连接器进行安全性连接。

该方法的主要优点是简单、工期短、造价低，但由于黏结面常因外界荷载、环境变化容易导致剥离破坏而发生加固失效现象，因而增加了后期维护的成本。

（3）既有加固结构体系转换方法

该方法主要用于临时桥梁的加固。主要形式是增加或者改变了原有的加固体系，加固方法简便，但是加固后整体结构的适应性需要进一步确定。

（4）既有加固结构的桥面补偿方法

该方法原理简单，操作简便，主要做法是在加固结构顶面铺装一层混凝土来增大原结构的受压高度和整体刚度。但增加厚度后的桥梁有效承载力是否提高还需要进一步确定。

（5）既有钢筋混凝土构件结构裂缝修补加固法

裂缝往往是钢筋混凝土结构的主要病害之一，造成结构刚度降低，结构变形增大，通过对结构裂缝进行灌浆补强处理可以减少裂缝对结构安全性影响，该加固方法简单、经济、施工工期短，但是结构裂缝修补加固针对的裂缝宽度有限，不能普遍适用。

（6）既有桥梁结构的CFRP（碳纤维增强复合材料）加固法

CFRP材料作为一种新型的材料，以其高强度、轻质、耐腐蚀等特点得到了广泛的运用。其主要做法是利用黏结剂将CFRP材料黏结在加固结构的表面来提高加固结构的抗弯能力。尽管该方法加固效果较明显，而加固工期短、成本低，但该方法的缺陷也和黏钢加固一样，存在提前剥离破坏的问题。当前，CFRP材料加固技术已经在国内外得到了广泛的运用，其加固形式也演变了不同形式，如外贴CFRP材料，内嵌CFRP板，内嵌CFRP半条，甚至给CFRP材料施加预应力来提高桥梁的承载力等。

可见，不同的加固方法均存在不同的优缺点，不能简单地根据加固方法的特点选择加固的方式，桥梁结构加固方法也是由复杂多变的环境决定的，因此需要针对加固桥梁的具体情况进行桥梁加固方法的研究分析，结合施工环境等外界条件，选择合理的加固方法。

3、中小型桥梁的加固施工技术要点分析

中小型桥梁由于自身建设规模与资金限制，易出现一些常见的病害，包括桥梁面层病害、护栏损坏、横梁裂缝和表层混凝土剥落、支座偏移和损坏、墩台表层破坏和钢筋锈蚀等病害问题。桥梁面层的病害问题较为常见，且病害类型较多，在选择加固施工技术时，需首先应当分析其病害的成因。对于桥头面层的压损破坏，多是由于桥头跳车引发，需要刮去破损面层，采用喷射混凝土等技术对面层进行加固，同时应当考虑行车通畅问题，采用分车道加固施工，在施工结束后注意车道间混凝土连接问题。此外还应对跳车现象进行处理，分析跳车原因，采用设置搭板等相应措施。对于面层伸缩缝附近的损坏情况，需首先观察伸缩缝中是不是存在碎屑杂物，如果是因为伸缩缝的堵塞，引发的混凝土膨胀损坏，应当将损坏混凝土和杂物一并清除，并在铺设混凝土时按照规范要求，预留一定宽度的伸缩缝。针对混凝土面层和横梁的裂缝问题，考虑高速公路桥梁在施工加固时应尽量不影响其正常通车，因此可使用当前比较成熟的水泥砂浆灌浆技术，将硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥混合，利用硫铝酸盐水泥的快硬早强特点，进而得到快速灌浆集料，对高速公路桥梁的面层和横梁裂缝进行修补，从而实现维护加固。

关于桥梁下部结构的维修加固，对于桥梁支座的滑移，应当对支座的滑移进行矫正，增加支座垫层，加强支座的固定。对于已经损坏的支座，要依据支座的损坏程度，采用增设辅助支座，或进行支座更换。特别是在进行支座更换时，要注意上部桥面板的承载问题，避免因为支座更换引发桥面板损伤。对于桥墩表层的破损和碳化，需要进行混凝土表层加厚，同时可采取碳纤维布缠绕加固，起到套箍加固的目的。如果利用超声检测、雷达检测等无损检测技术，检测到桥墩内部存在钢筋锈蚀和空洞等病害，可以进行桥墩基础拓宽加固。

4、大型桥梁的加固施工技术要点分析

当前较大跨径的高速公路桥梁多为中承式系杆拱桥和下承式系杆拱桥，文章考虑到系杆拱桥的自身特点，对系杆拱桥的拱肋和系杆上的加固施工技术进行要点分析。中承式和下承式拱桥随着环境的侵蚀和车辆的疲劳影响，拱肋容易发生一定的损伤，而当前的拱肋多采用预应力钢筋混凝土和钢管混凝土，因此拱肋的损伤不仅影响桥梁的耐久性使用，而且可能会造成结构的应力损失，对整个结构的承载力造成一定的影响。因此，在对拱肋进行加固施工时，不仅是对外层混凝土或者钢管进行修补，还需要考虑应力补偿情况。在此，可考虑钢板黏贴修补加固，通过计算分析，对钢板进行预应力张拉，同时采用抗剪螺栓）进行固定，这样可在损伤加固的基础上，补偿应力损失，并提高了结构的刚度。系杆作为拱桥连接的重要构件，一旦出现损坏，容易引发桥面失稳。系杆多采用预应力钢绞线或预应力高强钢丝，其后期维修加固难度较大，且更换困难，文章仅对损伤程度较小的系杆加固施工技术要点进行分析。确定小损伤系杆的损伤部位，查验钢绞线的损伤程度，并将锈蚀部分去掉，然后量取损坏部位的长度，从而采用套筒加固。此处套筒的长度应当比损伤部位的两端各多处10cm，同时为了防止系杆因为损伤裸露，发生进一步腐蚀，套筒需要在安装完毕后，进行封闭处理并灌满黄油。

四、结束语

由于桥梁病害发生的不确定性，桥梁维修加固又无现成的理论体系，因而桥梁维修加固工作是项探索性、实践性较强的工作。只有不断地积累经验，总结分析后期的使用效果，才能判断维修加固方法的科学性、适用性和针对性。随着我国桥梁建设的发展以及现有桥梁的老化，安全评估和加固补强必将成为桥梁工程中的一门新兴学科，推动桥梁工程发展特别是桥梁的加固技术要求新工艺、新技术的不断出现。随着科研工作的不断深入以及广大科研设计等人员的共同努力，新材料、新技术的应用将在今后的桥梁加固改造中发挥日益重大的作用。

参考文献：

[1]张金喜.道路工程建设中的可再生资源[J].建设科技，2005，（05）

[2]陈冰，谢文怀.道路工程施工阶段的成本控制[J].林业科技情报，2001，（04）

[3]黄颖，刘志斌.高速公路桥梁病害分析及加固处理[J].辽宁交通科技，2005，（03）