病害桥梁维修加固设计探讨——以某城市桥梁为例

吴胜广

（北京市市政工程设计研究总院有限公司广东分院，广东广州 510000）

1 工程概述

本桥梁位于某城市快速路上，桥梁总长为285m，分两幅修建，跨径组合为4m×25m+（25+35+25）m+4m×25m；单幅桥宽13m，横向布置为0.5m（防撞墙）+12m（车行道）+0.5m（防撞墙）。桥面结构形式为沥青混凝土铺装层；上部结构为装配式预应力混凝土工型梁桥；下部结构为板式桥墩、钻孔灌注桩基础。

图1 桥梁横断面布置

桥梁养护类别为Ⅱ类，养护等级为Ⅰ等，属于大桥。该桥设计荷载为汽-超20、挂-120，该桥竣工时间为2001 年12 月。

检测报告结果显示，该桥左幅桥桥梁技术状况评定为C 级，右幅桥桥梁技术状况评定为D 级，最终被评定为D 级。

2 桥梁检测

2.1 常规检测

经定期外观检测，结合BCI 评分，发现如下主要病害：①桥面系：伸缩缝普遍堵塞、桥面铺装网裂、纵裂；②上部结构：上部结构翼板底板共有十余处锈胀露筋类表观病害，总面积为0.56m2；预制搭板普遍存在锈迹、网裂和纵裂，最大宽度为0.1mm，R2-3-7#预制搭板有4 条纵裂宽度为0.78mm 的受力裂缝；③下部结构：盖梁普遍存在渗水、破损、锈胀、露筋等二十余处表观病害，桥台存在渗水、破损、锈胀、露筋等十余处表观病害及4 条裂缝，支座普遍脱空变形。

2.2 动静荷载检测

动静荷载检测结果显示，该桥右幅第2 跨主梁承载能力满足设计荷载“汽-超20、挂-120”的要求，预制搭板承载能力不满足设计荷载“汽-超20、挂-120”的要求，整体结构承载能力不满足设计荷载“汽-超20、挂-120”的要求。

3 维修加固设计思路

根据桥梁检测结果以及对病害原因的分析，针对桥梁出现的损伤情况，分析损伤病理，提出整体维修局部加固技术思路：

（1）根据桥检结果，分析病害的发生原因，对已发育的病害分别处置：①若产生的病害主要是由于原桥梁结构承载能力不足所产生，则采用缺陷修复和结构补强等措施，确保结构安全[1]；②若产生的病害不危及桥梁安全，主要是施工过程中的质量缺陷和使用过程中的破坏等因素所导致，则采取以缺陷修复为主、局部拆除重建的措施，以提高桥梁结构的使用耐久性；③对桥梁伸缩缝、排水口、支座等附属设施根据检查情况，给予更换、补充和修复，以提高和完善桥梁运营功能，改善桥面服务水平；④对桥梁铺装层，根据检查情况，给予修复和翻新，以提高桥梁整体景观及行车舒适性，以提高桥梁整体耐久性。

（2）结合结构构造特点、场地条件，采取科学、经济、高效的维修加固措施和维修加固工艺，并提出合理的施工指导意见。

（3）针对病害发展情况，分析缺陷发育机制，遵循动态设计的设计思路，适当提高标准，适应发展。

3 主要病害成因分析及处理

3.1 桥面板穿孔、搭板裂缝、渗水

全桥预制搭板都普遍存在锈迹、纵裂、网裂，部分预制搭板出现锈涨露筋，且裂缝有所发展。桥面板搭板开裂，对应桥面铺装产业反射裂缝，进而发展为搭板漏水甚至桥面板穿孔。

桥面板病害主要由于桥面板作为后期现浇构件，整体性差，承载能力不足，在后期高负荷工作中，损伤累计并不断发育，直至破坏[2]。

桥面板作为重要的受力构件，病害发展后隐患较大，需拆除重建。拆除现状桥面板，采用满堂支架、安全挡板及尼龙编织布搭设混凝土拆除临时防护支架，以确保拆除过程中工字梁的安全和稳定，以及防止混凝土块体坠落造成以外事故。拆除桥面板时，原梁体顶面钢筋及悬臂板钢筋均应保留。浇筑20cmC50 钢筋混凝土前，应采用高压水冲洗梁顶面，并涂刷E200 界面剂[3]。

为提高工字型梁整体稳定性，分别在25m 跨跨中、35m 跨1/4 及3/4 跨处设置横隔板，以改善梁体整体受力性能。横隔板厚度为20cm，高度为1.2m，采用在主梁上植筋后支模浇筑混凝土。

3.2 结构裂缝、破损、露筋

该桥桥台存在竖向裂缝，桥梁翼板与盖梁普遍存在渗水、破损、锈胀、露筋，且结构局部破损、锈胀露筋为主要病害。

桥台竖向裂缝可能是由于温度变化引起混凝土伸缩产生。微小裂缝、破损露筋为桥梁常规非结构性病害，混凝土施工质量、后期养护、钢筋保护层偏薄、混凝土碳化等均可能导致混凝土开裂、破损，钢筋露筋、锈蚀，影响结构耐久性[4]。

混凝土开裂在普通钢筋混凝土结构中是较为常见现象。为了减慢外界的腐蚀介质对混凝土、钢筋的侵蚀作用，保障结构的耐久性，混凝土结构的裂缝需要及时处治。一般情况下，普通混凝土裂缝宽度不小于0.2mm 时不影响结构的正常使用。对于裂缝宽度不超过0.15mm 且属于表层裂缝时可采用刷图封闭胶进行处理，对裂缝宽度超过0.15mm 的裂缝采用裂缝灌注封闭胶处理。

图2 裂缝处理工艺

桥梁结构存在混凝土破损、露筋锈胀将引起保护层碳化剥落，使钢筋直接与大气接触，进一步加剧缺陷。混凝土破损修复可采用可将麻面、松散、剥落的混凝土用吹扫工具清除干净，直至露出新鲜、坚固的基面。基面处需保持整洁，做好保护，避免油污、灰尘等污染。对于混凝土缺陷深度超过10cm，破损面积超过0.1m2时，缺陷部位表面需凿成锯齿状或者方波型，修复基面的判断标准以能够看见新鲜混凝土粗骨料为宜。

针对钢筋锈蚀膨胀较为严重的处理方法：先按照上述方法进行疏松混凝土的凿除及锈蚀钢筋的除锈工作，补焊钢筋，焊接长度不小于主筋直径的10 倍，补焊钢筋长度需完全覆盖锈蚀范围，相应断开的箍筋需焊接恢复。

图3 露筋处理工艺

3.3 支座脱空

本桥为简支梁桥，原设计采用板式橡胶支座。根据检测报告，全桥普遍出现支座脱空变形情况。

支座脱空情况在装配式多支座桥梁中经常发生，主要横向荷载分布不均匀及构件老化速率不一致等因素影响，横向各支座应力应变响应不一致，导致部分支座提前破坏，反力向剩余支座转移，导致支座陆续脱空变形。

支座变形是正常受力引起的，合理的支座变形是允许的，但是变形超过规范允许值必须更换，以免影响支座的正常使用。拟对全桥支座进行更换，并对锈蚀支座钢垫板进行除锈防锈处理。支座采用球冠板式橡胶支座D350mm×78mm，伸缩缝处支座采用相应滑动支座。

4 结束语

桥梁工作环境较为复杂，病害发生、发展具有不确定性，需加强对重点桥梁的观测、检测工作，用科学手段评估桥梁的结构状态。针对桥梁病害，应深入分析病害形成原因及发育机理，结合现状使用条件，提出有效的设计解决方案，为旧桥梁注入新活力，为交通事业发展奠定基础。