市政桥梁常见病害及加固改造方法探析

市政桥梁常见病害及加固改造方法探析

张成东

天津瑞玮工程技术咨询有限公司 300142

摘要：“经济发展，交通先行”，在我国经济高速增长的同时，交通业也得到了大力发展，城市的交通量快速增加，对道路通行能力提出了更高的要求，而桥梁作为道路不可或缺的一部分，保障其具有足够承载能力以及发挥其正常使用功能就显得格外重要。众所周知近些年来城市交通拥堵以及超载现象频繁发生，这使得早期建造的桥梁，在使用过程中频繁承受疲劳荷载，其结构各部分很容易发生损伤和病害，造成使用功能下降，实际使用寿命大幅减少，甚至危及生命财产安全，因此对病害及缺陷进行及时加固是保障桥梁发挥其应有功能最行之有效的方法。本文结合实际工程应用，对市政桥梁常见病害及其加固方法进行剖析。

关键词：市政桥梁；桥梁加固；修补；施工技术

市政桥梁承担着巨大的交通运输压力，由于车辆数量的急剧增多，加之各种超载现象屡见不鲜，桥梁的损坏正日趋加重，要想确保交通运输安全与便捷，就要保证桥梁质量，对病害桥梁进行适时加固或改造，是提高设备质量、延长桥梁的使用寿命最便捷高效的方法。

1桥梁加固改造的意义

1.1延长使用寿命

一座桥梁使用年限短则几十年，长则上百年，少数历史桥梁亦可使用数百年之久，甚至一座城市因一座桥而闻名于世，可见一座桥梁如在最初规划时选择得当，日常使用和养护得当，将大大提高桥梁的使用功能。一座桥记载着一座城市的发展变迁，为一个小区域交通提供着诸多便利，另外桥梁工程是一项投资较大的工程，在桥梁漫长的服役期对其进行适度加固改造以延长使用寿命，必将发挥其巨大的社会价值。

1.2降低成本

桥梁是交通的命脉，重大桥渡无论是从规划到批复，还是设计施工到投产运营都需要慎之又慎，除非桥梁已经严重不能满足交通要求，或者后续加固成本严重超越新建桥梁成本，甚至加固改造本身的技术条件限制不能再保障桥梁功能正常发挥时，才考虑废弃或重建。对于桥梁进行加固改造，可以省去拆除旧桥、重新建设的双重费用，节省大量的资金投入，并且还可以大幅缩短工期，节约时间成本，最大程度上减少对交通的影响，甚至是在通车的情况下完成加固改造，综合减低社会成本。此外，旧桥的拆除与新建还会增加对环境的污染，所以桥梁加固还具有一定的生态意义。

1.3提高安全性

桥梁加固不仅可以延长使用寿命，降低使用成本，最重要的还是保障使用的安全性。例如自汶川地震以来，随着桥梁抗震规范的完善，对既有桥梁抗震能力提出了更高求；加之近些年来城市匝道桥梁因超载滑塌造成车毁人亡事故频发，对一些特殊桥型结构的改造的必要性也日益凸显，所以对桥梁进行适时加固改造，可以行之有效的提高其安全性，继而保障其使用功能的正常发挥。

2桥梁加固改造的一般原则和目的

加固必须结合桥梁实际情况，依据现行技术标准和规范，采取切实可行、经济合理的整治措施，修复受损构件，改善结构耐久性能，使其满足使用功能要求。其主要目的是对桥梁混凝土进行全面的耐久性修补处理，包括破损、露筋修补、裂缝处理、阻锈、防水、防腐保护等，阻止及延缓全桥结构退化的趋势。加固尽可能采用对原结构损伤小的维修方法，重视新旧结构的差异性和加固措施的可操作性，细化加固工艺流程，确保加固质量安全可靠。修复加固处理后的桥梁结构，应能满足设计荷载作用下通行安全和使用功能要求，并便于后期跟踪观测。

3桥梁病害类型

我国市政桥梁绝大部分是混凝土梁式桥，而混凝土结构特性就是自重大、结构容易开裂。桥梁在长期的使用过程中难免产生许多病害，针对混凝土桥梁其病害按结构部位大体可分为上部结构病害，下部结构病害及附属结构病害。

上部结构常见病害包括：混凝土裂缝、混凝土锈胀、剥落、钢筋锈蚀、结构表面泛碱；梁体横隔板病害与横向刚度不足、连续梁下挠与承载能力下降等。

下部结构病害包括：桥墩混凝土露筋、掉块，墩柱网状裂纹、桥墩偏压倾斜、墩顶尺寸偏小抗倾覆能力不足。

附属结构常见病害包括：支座剪切破坏、伸缩缝功能坏损、桥面铺装防水层病害等。

4常见病害成因分析及加固改造方法

对于不同类型的病害，准确分析各病害的形成原因，并提出针对性整治方案及预防措施是加固改造工程的首要任务，本节将对上部结构常见病害的原因及加固方法进行展开讨论。

4.1混凝土裂缝

混凝土桥在使用过程中经常产生裂缝，按照开裂的成因可以将其分为非结构裂缝和结构裂缝。结构裂缝是指构件所受的拉力超过了混凝土所能承受的最大拉应力，此时结构就会产生裂缝；非结构裂缝主要是由混凝土自身收缩徐变或锈胀而引起的裂缝。混凝土结构的裂缝依其形成可分为以下三类:

①静止裂缝:形态、尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝。

②活动裂缝: 裂缝宽度在现有环境和工作条件下始终不能保持稳定，随构件的受力、变形或环境温度的变化而变化的裂缝。修补此类裂缝，应先消除其成因，并观察一段时间，确认已稳定后，再依静止裂缝的处理方法修补；若不能完全消除其成因，但确认对结构的安全性不构成危害时，可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补。

③尚在发展的裂缝:裂缝长度、宽度及数量尚在发展阶段，但经历一段时间后将会终止的裂缝。

针对不同宽度不同类型的裂缝，修补一般采用如下方法:

①表面封闭法：利用混凝土表层微细独立裂缝（裂缝宽度w<0.2mm）或网状裂纹的毛细作用吸收低黏度且具有良好渗透性的修补胶液，封闭裂缝通道。对处于潮湿或腐蚀性较强地区的桥梁，尚应在混凝土表面整体喷涂或粘贴型防水型材料。

②注射法：对于裂缝宽度0.1mm≤w≤1.5mm的静止裂缝可采用低压注射法对裂缝修补，即以恒定的压力将低黏度、高强度的裂缝修补胶液注入至裂缝腔内。 恒压灌注的优点是可以有效避免气阻现象，将胶液注入至裂缝末端。

③压力注浆法：在一定时间内，以较高压力将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内；此法适用于处理大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。

4.2钢筋锈蚀、混凝土锈胀掉块、结构表面泛碱

钢筋锈蚀与混凝土锈胀及结构表面泛碱三者之间有着相互影响的关系，例如当原混凝土配比中氯离子含量超限，或者混凝土保护层厚度不足，随着使用时间的递增，有害物质会逐渐向钢筋表面迁移，当钢筋表面钝化膜破坏后钢筋就会开始锈蚀，继而引发混凝土胀裂，胀裂为水气等有害物质提供和了快速通道，进一步加速钢筋锈蚀；另一方面，当完整的结构受拉区混凝土受力开裂后也同样会加速有害物质的侵入，如不及时对构件进行维修加固，势必造成结构破坏，尤其是在混凝土表面长期受潮，泛碱的情况下，钢筋锈蚀、混凝土胀裂的发展趋势与日俱增。

针对此种病害加固整修方法为：

新建或修补结构可以在混凝土中掺入阻锈剂。对于既有混凝土结构钢筋的防锈一般采用亲水性喷涂型阻锈剂，包括烷氧基类或氨基类喷涂型阻锈剂，亲水性阻锈剂具有良好的渗透性，通过结构表面饱和性喷涂可以有效渗透至混凝土内部，并能很好的吸附在钢筋表面，形成一层保护膜，对钢筋起到保护作用。

喷涂前对混凝土表面仔细清理，清除油污、浮尘等非结构本身物质，对泛碱部位表面采用高压水冲洗，并适度打磨，凿除空鼓、松散、掉块混凝土，对已露筋的部位充分除锈后，直接涂刷阻锈剂，并用环氧类砂浆或混凝土进行缺陷修补，待修补部位强度达标后，对构件进行整体喷涂并养护。

需要注意的是阻锈剂并不能去除混凝土内已有的水、氧、氯离子等有害物质，随着时间的累计，这些有害物质还会不断积累，从而使钢筋受到新的锈蚀风险。因此对于桥梁工程尤其是使用环境腐蚀性较大重要结构，在使用亲水性阻锈剂后，应对混凝土结构表面喷涂憎水性涂层或采取其他有效封闭的措施，以起到滤除或隔绝有害物质的作用。

4.3梁体横隔板病害与横向刚度不足

混凝土梁式桥中T型梁、I型梁对横隔板依赖较大，通常在跨中和支座位置处设置，用来加强横向整体性，并起到分散荷载传力的作用。但由于横隔板在结构中的地位往往被定义为附属构件，设计时往往弱化设计，受力分析不充分或抄图套用而不进行验算；施工时由于构件较小，且多为空心变截面，位置又处于桥下或是桥高较高支模不便或是空间较小不便于操作，总之很多工程从现场情况来看，横隔板的表观质量都难以达到合格标准；实际上桥梁投产使用后，横隔板的种种病害很快就会显现，包括横隔板跨中竖向裂缝、网状裂纹、混凝土脱落、甚至横隔梁明显变形。

病害产生的原因除施工质量控制不到位以外，其主要原因是横隔板挠度过大，梁体间横向刚度不足，难以抵抗极端荷载与疲劳荷载的反复作用。故针对横隔板病害一般采取以下几种加固方法：

第一种，对于横隔板浅显病害，经过跟踪观察病害稳定或发展缓慢的，采取一般修补，即对网状裂纹进行灌缝或封缝处理，松散掉块进行凿除修补，并粘贴一层或两层碳纤维布及压条。碳纤维布以其强度高，厚度薄，基本不增加构件自重及截面尺寸，适用面广，对高侵蚀类环境有良好的耐受性等特点，被广泛应用于各类工程加固中，桥梁工程应选用连续型小丝束聚丙烯睛基纤维，与配套胶液使用，可提高构件抗拉能力，并对混凝土表面形成封护作用。

第二种，当横隔板跨中竖向裂缝已开展，部分呈掉块趋势时，此时加固除对裂缝、掉块等病害正确修补外，还要对其采取粘贴钢板的加固方式，粘贴钢板可以提高横隔板的刚度，增强抗拉性，约束变形。粘贴钢板采用灌注粘贴法施工，钢板按所需尺寸切割而成，表面充分除锈并打磨出纹道，钢板定位放样后用冲击电钻在钢板和混凝土表面钻孔，钢板预留少量浆液观察孔，混凝土表面应彻底清理并适当打磨；待一切就绪后，混凝土钻孔植入化学锚栓，安装钢板并灌注胶液，待胶液固化后，卸除螺帽，截断外露螺丝杆，并对钢板表面做防锈处理。

第三种，对桥梁进行专业检测发现自振频率超限，横向刚度不足的情况时，除对既有横隔板进行如上加固外，尚应结合桥梁的具体情况，选取适当位置增设横隔梁。

4.4连续梁下挠与承载能力下降

跨中下挠和梁体开裂已成为预应力混凝土连续梁桥最常见的病害，尤其是100m以上大跨桥此类病害较多，当桥梁跨中预应力损失超过一定值后，压应力就会储备不足，在恒载、预应力及超重车辆叠加作用下，梁体底板跨中下缘便会开裂，而裂缝的出现又会削弱箱梁跨中刚度，从而降低结构承载力，病害继续发展，腹板、顶板也会出现开裂病害，尤其是交通量的大幅增长和超载频现的路况下，顶板内侧网状裂缝会极具发展。这类问题不仅影响桥梁的美观，增加养护费用，严重的会造成桥梁结构安全度的降低、使用寿命的缩短等不可预见的危害。

病害主要原因有：①设计导致的先天裂缝，设计时压应力储备偏小，预应力布置不合理、损失估计不足。②施工导致的原生裂缝，施工过程中各类指标、环境条件、工艺质量控制不严。③运营期间的后期裂缝，超重车辆多、混凝土收缩徐变大、结构混凝土老化等。

此类病害的整治方法较为复杂，需要对桥梁各部位进行严格检测，并观测病害发展趋势、快慢程度，分析病害成因后，提出加固方案，并建立模型验算加固效果。对于预应力不足造成跨中下挠和承载力下降的情况，可在底板外侧布置体外预应力束，体外预应力钢绞线采用环氧涂层外包HDPE护套，张拉固定后喷射高性能抗拉复合砂浆防护；对于腹板、顶板已经开裂的情况，可采取在箱体内部对每侧腹板适度加厚，并设置腹板束，对箱体内部顶板粘贴碳纤维布，碳纤维布通长覆盖箱内顶板，并在端部及边角处设置压条，从而恢复主梁承载能力，提高结构刚度，改善箱梁受力。

结束语

自改革开放以来，我国的社会经济发展日新月异，尤其近十几年基建的高速增长，涌现了一大批“特、大、新、难”结构，而任何一座桥梁在长期服役过程中又不可避免的产生一定程度病害，因此未来引入创新“全寿命经济分析”的设计方法，转变招投标思维方式，科学管理招投标办法，完善的桥梁检查制度，准确判断病害发展趋势，分析病害原因，严格加固施工的工序、质量管理，积极探索开发新材料、新工艺，将是保障交通事业长远发展，健康发展，保障人民生命财产安全的必由之路。

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