公路桥梁病害分析和维修加固实例研究

张庆华

（山东省临沂市公路事业发展中心，山东临沂276000）

0 引言

随着我国国民经济及交通运输事业的发展，公路上车辆载重和轴重逐步增大，早期建设的桥梁，由于设计荷载标准较低，钢筋混凝土材料强度低，且钢筋含量普遍偏少，导致结构安全储备低，经多年超负荷使用，一些桥梁受损严重，降低了桥梁的承载力，这会对公路交通安全与畅通带来一定影响。若全部新建这些桥梁，不仅需要大量资金，且建设周期长，施工中迫使车辆绕行，会造成一定的社会经济损失。因此，维修加固提高旧桥承载力、延长其使用年限成为桥梁养护中的重要工作。一般而言，加固原有桥梁的费用约为新建费用的15%～30%，但不能将桥梁加固引入误区，不能对所有桥梁盲目加固。是否对某一座旧桥采取加固措施，要从技术的可行性、经济的合理性、使用的长远性等角度作出科学论断。对现有桥梁进行维修与加固，可恢复和提高旧桥的承载能力及通行能力，延长其使用寿命，同时可节约大量的建设资金。有些旧桥虽可加固，但也只能延用四五年，之后会逐渐出现更严重的受损现象，甚至会加快受损进程，这类旧桥或危桥就无加固价值。因此，对现有桥梁做出加固措施决定之前，进行旧桥检测和适应度分析是必不可少的。

1 公路桥梁常见病害及原因分析

桥梁常见病害有基础病害、墩台身病害、混凝土结构开裂、桥头跳车等，这些病害会对桥梁的使用安全性、舒适性造成影响，还会降低其使用性能、缩短其使用年限。

1.1 桥梁基础病害

常见的桥梁基础病害主要有基础不均匀沉降、基础发生滑移和倾斜、局部冲刷严重、基础结构产生异常应力和开裂等，这主要是由于设计荷载标准偏低。桥梁的承载能力是由设计时采用的荷载标准决定的，早期建造的桥梁，特别是二十世纪七八十年代建造的桥梁，一般为汽-15，挂-100，设计荷载偏低。随着交通量的增加和荷载等级的提高，原有桥梁已无法满足现今交通的需要，有些桥梁已经出现裂缝、断板等严重病害。

1.2 桥梁墩台身病害

常见墩台身病害主要有墩台结构发生位移和变形、混凝土裂缝、钢筋外露锈蚀、材料老化脱落等。出现这些病害的原因是洪水、泥石流、地震、强风、船舶撞击等对墩台的直接物理作用，早期桥梁墩台尺寸偏小、年久失修自然老化等。

1.3 混凝土结构开裂

混凝土结构开裂病害常表现为桥梁空心板、箱梁、T 梁等梁体开裂，桥面铺装混凝土破损，会大大降低桥梁承载能力，严重影响车辆行驶的安全性与舒适性。原因主要有设计荷载标准偏低、构造设计不当导致局部应力过于集中、车辆超载行驶等。

1.4 桥头跳车

桥头跳车是桥梁运行使用后普遍存在的病害，随着时间的推移，台后路面与桥面的高差会越来越大，不仅影响车辆行驶舒适性，还会对桥面产生过大的冲击力，加重或诱发其他病害，同时造成桥头伸缩缝频繁损坏。主要原因是台后原地面承载力不足、填筑材料质量不满足要求、压实度不合格等导致台后路基与桥台间存在不均匀沉降。

2 桥梁病害维修加固实例分析

对桥梁下部结构维修加固的常见方法有扩大基础抛石防冲、增设承台桩基、桩柱外包钢筋混凝土、拓宽墩台身、修建挡土墙等。针对桥梁上部结构梁体开裂，可采用注浆加固、粘贴钢板、体外预应力、桥面叠合补强层等方法恢复和提高其承载能力。针对桥头跳车，主要有路基开挖换填、注水泥浆等方法，可提高桥头路基承载能力、减小不均匀沉降，配合接线路面裂缝处理后罩面等，可提高行车舒适性。当前有很多新材料、新技术、新工艺应用于桥梁维修加固中，如碳纤维加固法、聚丙烯纤维混凝土加上碱-骨料反应抑制剂、渗透型钢筋阻锈剂等。针对某一座桥梁的具体病害，往往需要多种方法并用。

临沂市兰山区文泗路汤头沂河大桥（见图1、图2）位于临沂市兰山区北部李官镇和汤头镇境内，该桥上部为50 孔20m 装配式钢筋混凝土T 梁，每两孔一联，每十孔设置一处制动墩，制动墩两侧设置两道伸缩缝，全桥共计30 道D60 仿毛勒式伸缩缝。下部为柱式墩台，钻孔灌注桩基础，每十孔设置一处制动墩，全桥共计4 处制动墩。设计荷载为汽-20、挂-100，桥梁中心桩号为K0+646.0，桥梁全长1008m，桥宽为净9m 行车道+2×1m 人行道栏杆，工程竣工于1999年，竣工验收合格。

图1 0#台侧桥梁桩基础现状

图2 50#台侧桥梁桩基础现状

2.1 桩基外包钢筋混凝土

计算桥梁下部结构时，除考虑上部传来的恒、活载反力外，还需考虑汽车制动力、活载纵横向偏载对桥墩的偏心弯矩、温度影响力、滑动支座摩阻力、纵向及横向风载等，将这些荷载加载于下部墩台上并依据规范进行组合，从而计算分析墩台强度、刚度及稳定性，进而计算桩基内力和桩长[1-3]。根据地质勘察报告，桥位处地层结构为粗砂、全风化安山岩、强风化安山岩、中风化安山岩，经调查，老桥桩基岸嵌岩桩设计，嵌入砂岩深度不小于3m，老桥桩长为12～14m，满足承载力要求。主河道部分桥墩桩基被冲刷严重，最高外露处达5m。为防止进一步冲刷外露桩基，外包厚度20cm 钢筋混凝土（C30），桥梁上游填筑高度3m 砂砾防护坝，如图3所示。

图3 桩基础外包钢筋构造图

2.2 更换20m 先张预应力混凝土空心板和桥面铺装

老桥T 梁、铺装和栏杆的拆除应在桩基外包混凝土防冲刷措施实施后进行。老桥拆除应做旧桥拆除施工方案设计和施工安全专项设计，并经专家论证审批[4]。拆除原桥上部结构后，原墩台、盖梁顶支座垫石凿除后，尽量利用原钢筋焊接，必要处钻孔后灌满改性环氧类结构胶锚固，锚入深度15cm，呈梅花状布置，间距20cm。为增加盖梁受压区高度提高承载能力，盖梁顶面现浇C30 混凝土支座垫石。桥面铺装为12cmC50 混凝土+防水层+5cm 沥青混凝土，桥梁两侧新浇注入钢筋混凝土防撞护栏，沥青路面以上高度90cm。

2.3 桥头沉陷路基注浆加固

在台背沉降区每边外扩2m 范围内按2m×2m 间距布孔，用钻孔机进行钻孔，根据路基填土高度及上部荷载影响范围压浆处理，深度为5～7m。

2.3.1 钻孔

注浆孔必须采用干钻成孔，布孔见图4，用凿岩机或取芯机进行路面钻孔，路基土用螺旋钻孔施工成孔，孔深挖至设计深度，达到要求后方可进行压浆[5]。

图4 裂缝及塌陷部位布孔示意图

2.3.2 水泥浆的拌制

采用普通的32.5 硅酸盐水泥与水拌制水泥浆。合格的水泥浆应达到和易性好，硬化后孔隙率低，渗水性小，确保孔道饱满、密实、抗压强度高，黏结强度和耐久性高等要求。一般情况下，水泥浆的技术条件应符合下列规定：

该项目路基为砂黏土，根据现场压注情况进行最终确定,水泥净浆比重为1.4～1.6t/m3。浆液流动性过小则可注性差，达不到路基加固效果；浆液流动性过大则水量大，对路基土有较大影响。

浆体流动度控制在14～18s，拌制30min 后控制在50s 内。

初凝时间不小于3h。

2.3.3 注浆

注浆时必须一次性将注浆管置于设计深度，从下而上每隔1m 分层注浆灌注，每层稳压5min。砂黏土的注浆压力控制在0.5～1.0MPa，压注浆液时，应缓慢均匀加压，施工过程中随时观察，如有异常停止注浆，分析原因后再进行施工。

2.3.4 路面恢复

注浆加固完成且养护期结束后，将加固范围内的沥青混凝土路面结构层铣刨，清理至水泥稳定碎石基层结构层顶面，用压路机进行静压处理，碾压完成后恢复原路面结构层。

2.4 接线路面横缝处理、罩面

为减少对原路面结构的人为破坏，保持原结构的整体强度，应尽量减少原路面挖除，尤其是基层的挖补，若非基层结构已被破坏，基层一般不应挖补[6]。该桥头接线路面出现裂缝，宽度约10～20mm，设计方案如下。

进行沥青混凝土面层铣刨、基层开V 型槽处理，根据裂缝宽度及裂缝边部细纹的发展程度确定开槽的宽度。具体施工工艺如下。

铣刨：沿裂缝方向将面层铣刨500mm 宽。

开槽机开槽：采用开槽机沿裂缝将铣刨面层后的上基层开成V 形槽，槽顶宽度100mm，深度为上基层厚度。

吹风机清缝：用吹风机将开槽后的缝隙吹干净。

喷洒热沥青：用设备在V 型槽壁喷洒热沥青并撒布适量石屑。

用铁铲将沥青砂填入已处理好的V 型槽中，控制好松铺厚度，压实后略高于原路面上基层。

压实：用2t 以上平板夯或单轮压路机将填料压紧、压实。

在铣刨的面层侧面喷洒热沥青后，在铣刨的面层槽内填入沥青混合料，控制好松铺厚度，压实后基本与原路面同高。

压实：用2t 以上平板夯或单轮压路机将填料压紧、压实。

3 结语

由于缺乏前瞻性和预见性，老桥设计荷载标准偏低以及近几年重型车辆增加、不可预见的自然灾害、年久老化和设计施工的先天缺陷等原因，桥梁在使用过程中使用功能和结构安全存在不同程度的病害与隐患，加之不重视桥梁后期养护工作，没有及时消除已产生的病害致使很多桥梁成为危桥。为此，首先必须由具备相应资质的鉴定机构对在现役桥梁进行结构分析、鉴定，查明病害或潜在病害的部位、成因和发展趋势，为设计部门进行桥梁维修加固方案设计提供依据和技术支持。然后根据旧桥情况进行技术经济分析，制定技术可行、施工安全和经济实用的维修加固方案或拆除重建。