公路桥梁病害成因及加固方法研究

李海霞

（青海省大通公路段，青海西宁810000）

0 引言

随着城市人口的逐渐增多，城乡一体化政策的进一步推进，为减轻城市压力，满足群众日常的出行需求，公路桥梁的数量逐年递增，随之而来的各类公路桥梁病害也层出不穷。为改善这种情况，降低日常使用对公路桥梁的损害，增加其使用年限，需要定期对公路桥梁的质量进行检修与维护，针对其病害分析成因，选择相应的加固方法改善其质量，有效缓解日益复杂的交通状况，为我国交通运输领域的发展提供保障。

1 公路桥梁病害的成因

1.1 裂缝问题

1.1.1 温度裂缝

在热胀冷缩的作用下，混凝土内部结构会发生相应的变化，拉应力逐渐加大，严重时会超过其临界值，如无法及时恢复，则会造成混凝土裂缝。而且不同温度造成的裂缝表现形式也有所不同，主要包括截面均匀温差裂缝、截面上下温差裂缝和截面内外温差裂缝[1]。

1.1.2 收缩裂缝

收缩裂缝主要受混凝土中的水分多少的影响。当混凝土中的水分逐渐减少时，其体积变小、硬度增加，在凝缩现象的影响下，混凝土收缩情况愈加严重，形成收缩裂缝。

1.2 混凝土问题

1.2.1 碱性骨料

在公路桥梁混凝土配制中，应用碱性骨料较多。碱性骨料由于化学反应的作用，会形成吸水能力较强的碱-硅酸盐凝胶。如不及时清除，会大量吸收混凝土中的水分，形成收缩裂缝。

1.2.2 碳化现象

碳化也是一种较为常见的、由于混凝土化学反应造成的现象。混凝土中的氢氧化钙和空气中的二氧化碳与酸性气体容易发生反应，会对钢筋造成一定程度的腐蚀，无法对混凝土表面形成保护作用，严重时可能引发公路桥梁表面的沉降。如不及时处理，则无法为群众的日常出行提供有效保障[2]。同时，碳化现象还会在一定程度上降低混凝土的碱性指标，而逐渐趋于中性的混凝土对钢筋的保护作用会进一步下降。

1.3 桥型病害

1.3.1 梁桥

梁桥是我国公路桥梁建设中普遍使用的一种类型，其病害主要分布于主梁和T 梁的位置。其中箱梁顶底板裂缝、腹板斜向裂缝是较为常见的两种公路梁桥主梁裂缝病害；腹板裂缝、底板裂缝、翼缘板裂缝是较为常见的三种公路梁桥T 梁裂缝病害。造成这些病害的原因多种多样，如不及时处理会为公路桥梁的正常使用埋下安全隐患，造成群众的出行困难，甚至会危害群众的生命安全。在梁桥长期使用的过程中，其表面混凝土会发生徐变，混凝土预应力逐渐减低，如这时路桥面行驶超载的车辆，会在一定程度上造成混凝土表面开裂，对横向配筋和腹板厚度都会造成损伤，引发更为严重的公路桥梁病害。

1.3.2 系杆拱桥

系杆拱桥属于无推力拱桥的一种形式，由拱肋、系杆（钢绞线、钢梁、钢丝）和吊杆组成系杆拱桥的承重结构，具有性价比高、造型艺术性较强的优势，在近几年受到公路桥梁建筑师的喜爱。系杆拱桥可能出现的病害主要集中于承重结构上，从拱肋的角度来看，常见病害主要有混凝土脱空、钢管腐蚀和局部变形和涂层损坏的问题。造成这些问题的原因有很多种，如拱肋排气设计与混凝土密实性无法保持一致、钢管年久失修起皮剥落、钢管弯曲而引发的褶皱等[3]。从系杆的角度来看，主要是由于年久腐蚀、荷载力逐年增加而造成的自身防护不足，如不能及时发现问题并更换系杆，可能出现系杆断裂的情况，导致更为严重的安全事故，甚至可能造成公路桥梁无法维修。从吊杆的角度来看，主要是钢索、横梁锚垫板的问题，长期不更换、不检修会降低吊杆的防护性，造成严重的系杆拱桥病害。

1.3.3 斜拉桥

斜拉桥是一种超静定体系结构，其主要结构包括主梁、塔柱和斜索三个方面，其实际应用在材料、施工、造型等方面的优势较为突出。近几年在全世界范围内，斜拉桥都有较为广泛的应用。斜拉桥的病害主要体现在拉索、拉索锚固装置和锚头三个方面。其中，拉索的危害主要从腐蚀、回缩和振动三个方向分析。腐蚀是受气候情况、温度、湿度、自然灾害等因素的影响，如不及时处理，腐蚀影响会始终存在于拉索应用的全过程。回缩是指分丝板在张拉的过程中承受了大于实际张力的作用力，在侧向挤压力和摩擦力的不断作用下，分丝板的厚度逐渐减少，一旦超过临界值便无法恢复到原有形态。振动主要受外界环境的影响，风暴天气时，拉索会存在非常明显的振动现象，长久振动会增加拉索的疲劳性，无法保证拉索的安全使用。拉索锚固装置是保证拉索和公路桥梁有效连接的装置，在实际应用中如果长期承受巨大的作用力，会加快拉索锚固装置达到峰值点的速度，降低其使用年限。锚头的问题主要是腐蚀，长期暴露在外界环境下，腐蚀现象加剧，降低橡胶密封圈的效果，影响斜拉桥实际应用的安全性。

1.3.4 独柱墩桥

相比其他种类的公路桥梁结构，独柱墩桥在结构上具有轻巧、（桥下）空间大、施工对公路桥梁交通情况影响小的优势，能够节省公路桥梁的空间面积，充分满足在城市人口增长的背景下，城市发展对空间利用率最大化的要求。但是，独柱墩桥在实际应用当中也存在一定的漏洞，需要技术人员专注对独柱墩桥尺寸方面的研究。上部主梁的横向尺寸和支座间距应该成正比，横向尺寸减小，支座间距也应根据比例相应的缩小。保证车辆在行驶的过程中，主梁安全系数增加，避免出现车辆超载情况下的主梁倾覆事故。

2 公路桥梁病害的加固方法

2.1 公路桥梁裂缝加固养护方法

在对公路桥梁裂缝进行加固之前，首先要明确公路桥梁裂缝处于哪一种状态。

第一，当公路桥梁裂缝还未出现时，要安排检修人员定期对公路桥梁路面裂缝情况进行检修与维护，及时清理伸缩缝中的有害物质，结合以往工作经验制订公路桥梁路面裂缝的加固计划，确保公路桥梁伸缩装置的正常使用。同时，在养护的过程中，还需要注意选择性质极佳的混凝土开展公路桥梁路面裂缝的养护加固。在养护过程中由专人疏导交通，提前通过各种途径发布路段暂停使用与恢复时间的信息，避免交通拥堵的问题，既能够保证群众的出行便利，又能够最大限度地发挥混凝土养护加固公路桥梁的效果。

第二，当公路桥梁裂缝已经出现但是尚未造成严重后果时，交通运输部门需要委派专人进行检修，第一时间确定造成公路桥梁裂缝的原因，及时更换出现问题的零件，最大限度地降低裂缝对公路桥梁正常使用的影响。同时，在检修的过程中，需要设立监督管理部门，确保所有的检修、维护、加固工作都在符合国家规定和公路桥梁实际情况下进行，避免出现偷工减料的问题。经常需要更换的、可能会造成桥梁裂缝的零件有：钢板、橡胶、U 型铁皮。以钢板为例，螺栓是连接角钢和钢板的必备构件，如果螺栓脱离或腐蚀变形，检修人员未及时发现并更换，会造成连接部位受力能力下降，出现断裂的问题。为此，检修人员需要定期检查螺栓的表面情况，及时清理可能会造成腐蚀的垃圾和污垢，对于已经出现问题的螺栓，要第一时间更换并重新进行角钢和钢板的焊接工作，借助钢板加固，降低公路桥梁出现裂缝的可能性。

第三，当桥梁裂缝已经出现并且伴随桥梁沉降现象的时候，证明公路桥梁裂缝问题已经非常严重，如不及时处理，可能会造成严重的安全事故。针对这种情况，交通运输部门应第一时间暂停对该公路桥梁的使用，从下部结构入手进行加固和整修，重点注意公路桥梁地基结构的稳定性，强化地基的加固，确保公路桥梁裂缝问题的有效解决。例如，检修人员在进行公路桥梁裂缝加固的过程中，需要先针对已经出现的裂缝进行分析，根据裂缝的宽度、表现形式等因素，制定具体的公路桥梁裂缝处理方案。针对宽度1.5mm以上的裂缝，可采用压力灌浆法，有效解决公路桥梁内部结构的细微裂缝。同时，针对不同的公路桥梁裂缝表现形式，也可以适当添加黏土、环氧树脂、甲基丙烯酸酯等材料。针对0.2～1.5mm 范围内的公路桥梁裂缝，使用修补胶直接对裂缝进行处理与加固较为适宜，既能够防止公路桥梁裂缝的进一步加大，又能够满足修补加固的美观性要求。0.2mm 以下的公路桥梁裂缝一般分为结构性和非结构性裂缝，不管是哪一种都可以采取填充环氧树脂砂浆的方法进行修补加固处理。

2.2 混凝土表面处理加固方法

第一，定期检查。公路交通运输部门需要委派专业的检修人员定期检查混凝土路面的实际情况，及时发现表面问题、钢筋腐蚀现象、路面雨水积压等情况。一旦发现类似病害，要第一时间通知维护加固部门，针对具体病害选择合适的整改措施，为公路桥梁混凝土表面提供保护层，避免雨水渗入内部，对内部结构造成更为严重的损害。第二，局部修补。局部修补常用于表面出现裂缝的公路桥梁，先对存在裂缝的位置进行铣刨处理，通过凿毛的方式去除已经腐蚀的钢筋，随后铺装1.0～5.0cm 的沥青。对公路桥梁局部病害进行修补，实现其整体承载能力的提升[4]。第三，桥面板浇筑。该方法主要针对公路桥梁表面铺装层病害的加固处理，当局部修补已经无法挽回损害时，可采取桥面板重新浇筑的方法进行加固治理。先拆除已经出现问题的铺装层，根据公路桥梁结构选择适宜比例的钢筋锚入其中，在此基础上铺设1～2 层钢筋网，最后进行桥面板的重新浇筑，确保公路桥梁使用的安全性。

2.3 四种桥型病害的加固方法

2.3.1 梁桥

粘贴钢板、施加体外预应力加固和碳纤维布加固技术是梁桥病害较为常用的加固方法。

第一，粘贴钢板。当梁桥原有结构较为薄弱的情况下，可以在黏结剂的作用下将钢板和原有结构进行粘贴。对原有结构进行二次加固，既能够避免桥梁裂缝的进一步扩散，又能够提升公路桥梁结构的稳定性。

第二，施加体外预应力。该方法主要借助预应力筋对原梁体主动施加外力，改善原结构的受力状况，使其产生与原桥的不利弯矩方向相反的轴力和弯矩，抵消部分自重应力，减轻公路桥梁表面受到的压力，提升梁桥的稳定性。

第三，碳纤维布加固技术的应用。选择具有较强抗拉性能的碳纤维布对出现病害的公路桥梁表面进行粘贴，保证公路桥梁表面能够承受更大的荷载力，在抗震性能、抗弯曲性能方面也有所提升。

2.3.2 系杆拱桥

系杆拱桥型公路桥梁的加固方法分为吊杆、系杆和拱肋三个方面。第一，更换吊杆。在更换吊杆之前，要对公路桥梁的实际受力情况进行计算，根据准确数据进行旧吊杆的拆除与更换工作，更换结束后需要再次测量计算其受力情况，保证更换前后的数据结构一致。第二，更换系杆。系杆更换难度要远远高于吊杆更换，并且到现在为止也没有一种较好的更换方式，一般会采取增加系杆的方法进行加固。但是这种方法并不能彻底解决系杆病害，还需要结合桥梁实际情况做出更为细致的分析。第三，拱肋处理。拱肋加固对于温度有一定的要求，一般选择夏季高温的中午进行，此时脱粘的宽度最大，压浆密实效果更为显著。

2.3.3 斜拉桥

拉索更换是斜拉桥的加固方法，由于斜拉桥所使用的拉索数量较多，所以在更换之前需要先进行拉索编号，确定拉索更换顺序，并严格按照预先制定好的顺序更换。拉索更换一般以桥塔为中心，两侧对称进行。在更换拉索时需要在专业人员的监督下进行，保证主梁内力和线形都与预先制定好的数据值保持一致或接近。在拉索更换结束之后，需要对索力进行测试，更换之后的数据值要优于更换之前。

2.3.4 独柱墩桥

由于独柱墩桥具有一定的特殊性，所以其加固方法也有别于其他桥型，一般选择增加支撑柱、加大承台、植筋、增加基础、增设钢管混凝土、增加薄壁墩等方法进行加固[5]。但上述方法的应用可能无法最大限度地利用桥下空间，独柱墩桥在美观性上的需求也无法得到满足。因此，还可以采用设置混凝土支撑结构的方法进行独柱墩桥加固，在不影响原有公路桥梁风格的情况下，实现独柱墩桥的加固处理。

3 结语

综上所述，针对当前公路桥梁存在的各种病害，有关部门应积极研发缓解公路桥梁问题的加固技术，通过反复的理论试验与实际验证，寻找最佳的加固方法，既能够满足国家对于公路桥梁修复的资金投入、安全性能等需求，又能够增加公路桥梁的使用年限，确保群众可以在舒适度、安全性极高的公路桥梁上行驶，最大限度实现公路桥梁的应用价值。