高速公路桥梁结构病害及加固技术分析

吴璟

（安徽省交通控股集团池州高速公路管理中心，安徽 池州 247100）

随着时间的流逝，道路桥梁会在交通流量和自然环境的影响下，陆陆续续的出现各种各样的问题，这些问题不仅会影响行人的车辆安全，也会影响到市政市容，甚至是日常的使用。如果在问题出现之后，不采用措施进行修理改善，日后的安全隐患可想而知。因此，通过对道路桥梁的日常检查和安全维修，以及必须进行的桥梁加固和改造等方法，就能最大程度地保证在长期的交通流量压力下道路的安全使用以及使用的时间。

1 高速公路桥梁加固的重要性

据调查，在大多数发达国家和地区中，存在许多历史悠久的桥梁，这些桥梁数量非常广泛，提升了桥梁的加固难度。根据相关资料显示，美国有超过百分之四十的道路桥梁受到不同程度的破坏，其中较为闻名的有处于美国西佛罗里达州的，连接于波因特普莱森特与俄亥俄州的一座吊桥，这座吊桥因为老化发生断裂，给当地人民的日常带来了极大的不便和困扰，甚至对经济的发展也造成了不可磨灭的损失。

随着我国对基础建设的投资，交通运输事业取得了令人瞩目的飞速发展，道路桥梁的发展面貌日新月异，其中的成果不仅在我国取得成就，甚至在世界上都取得了令人瞩目的发展。中国作为全世界最大的发展中国家，虽然在建设时考虑了不同地区的经济情况和社会发展，以及技术水平等多方面的能力，也给予了比较先进的技术和材料等，但是还是会与先进国家存在许多的差别。因为我国人口的大基数，交通的流量压力增长迅速，超载和超运输量的情况时常出现，这些不规范的现象都会对道路和桥梁造成不可磨灭的伤害，会直接提升桥梁破损的概率。

时间在不停地流逝，道路桥梁终究有一天会变成破损、老旧。在幅员辽阔的中国，如今依旧存在着旧路旧桥数量大、危害多等问题，同时还存在不同程度的风险，而产生问题的主要原因在于结构的不合理和建设安装阶段的不严谨、检查维护的频率低等方面，所以对破旧道路桥梁的改造不容忽视。

在我国国情的基础下，对旧桥的维修改善加固在操作上是可执行，在经济发展上是合情合理的一个举措。在较小的资金流下，采用合理的维修加固技术，以此修复和加强老旧道路桥梁的承受、载重、运输能力以及日常通行使用的能力，这个高性价比的举措不仅可以给社会带来巨大的经济效益和社会影响，还可以延长使用时间提高运输的能力。对旧路旧桥的维护加固，只需要花费建设新桥梁的不到五分之一的资金，可有效提高了建设性价比，在中国加固桥梁的资金仅仅只有新建桥梁的21%～25%。

2 高速公路桥梁结构的病害

2.1 地基沉降不均匀

道路桥梁出现质量问题较为常见的因素之一包含路桥的地基发生沉降不均匀，从而影响整个结构的安全稳定性，容易在表层炸裂出裂痕，甚至会发生倒塌，断裂等会造成人员伤亡的事故。所以施工和监理单位要根据发生地基不均匀沉降的原因，分析原因制定相应的一系列措施，从而在问题发生以前进行预防，在发生时进行补救，最大程度地避免项目可能造成的损失。在施工过程中，要按照设计和规范进行施工，切勿偷工减料，因小失大。施工单位还要创造良好的施工环境，形成有利条件使施工质量较大程度地满足施工设计的要求。监理人员也要去工地进行质量监督，及时发现各种不规范的操作。监理人员还要保证施工材料的质量问题，从源头避免地基可能会存在的问题。通过以上措施的实施，地基不均匀沉降的问题将会得到质的提高。

2.2 伸缩缝病害

伸缩缝的病害损坏是比较常见的影响道路桥梁质量安全的因素。伸缩缝出现病害的原因主要包括几个方面。1）设计缺陷；2）进行建造时使用的伸缩缝型号不规范；3）路桥的地基施工以及预制的梁板柱的尺寸大小不一致，在实际施工时造成的板之间的空隙和设计时的空隙不同；4）在设计时没有实地考察，现实施工时伸缩量不相符合；5）“反开槽法”在实际的施工过程中出现粗心马虎，错误操作引起的损害。

在施工过程中，搭建桥梁采用了 “搭接角钢+橡胶条”的简易伸缩缝装置。这种方式的最上层平铺沥青混凝土，伸缩缝的上部的高度和桥面相同。这种设计虽然使伸缩缝的平整度得到了提高，但是桥梁的混凝土和板之间的同时伸缩的情况却被忽视了。所以，如果采用这种施工方式，在路桥开始使用后，会产生混凝土开裂，因为温度原因在冬季出现冷缩，在夏季高凸出来的情况，从而引发温度裂缝，严重影响路桥的使用情况，降低使用寿命。

2.3 墩柱出现病害

桥梁的墩柱如果出现损坏也会影响到桥梁的使用情况。桥梁的墩柱在建成后一直投入使用，随着时间的流逝，不仅要受到雨雪、大风、流水压力的侵蚀，还要遭受来自上层结构和车辆荷载的重力。通过各种自然因素和重力的影响，桥梁的墩柱会受到超负荷的影响，轻则出现表面裂纹，柱身轻微偏移，重则出现断裂等严重损害。

2.4 冻融现象

天气情况也会影响到桥梁的质量安全，特别是在冻融现象出现时。冻融伤害的产生主要包括几个方面：1）自然环境的因素；2）桥梁自身的混凝土结构，钢筋质量不达标；3）在后期使用时维修保养的频率不高。在中国的西部地区，因为天气的变化莫测，冻融现象经常出现，一冻一融交替反复的循环，从而结构脆变出现裂痕。在一些地区虽然对桥梁进行了加固，但是因为新旧混凝土的交融出现问题，还会产生裂缝。冻融现象的出现更是使这个情况变得更加严重。

2.5 梁端头损坏

梁的顶端出现破损也是造成桥梁损害的因素之一。梁的端头出现损坏在道路桥梁的结构中是出现损坏较为常见的一个部位，而且修复难度较大，修复完好的概率较低。梁的端头出现损坏主要包含几个方面：首先，设计阶段失误。在初步设计阶段，设计人员没有实地考察，计算出现差错，设计与实地不符，从而在实际使用中经过长年累月的反复碾压，造成梁端头的损坏，导致装置反应不灵敏；其次，施工阶段失误。在实际的施工现场，施工人员没有严格按图施工，从而造成后续的破损。因此在日常施工时，梁端伸缩缝的施工应该放在重要位置，仔细施工，着重检查；最后，日常的维修养护不到位。如果日常的养护工作不到位，伸缩装置的损坏就会时常发生，严重影响了道路桥梁的日常使用，降低使用期限。

2.6 桥梁钢筋腐蚀

对桥梁的使用寿命起到关键性作用之一是建造桥梁时使用的钢筋质量，如果桥梁使用较好质量的钢筋，则会显著延长其使用寿命。在实际的项目中，保护层的厚度以及化学物质的浸入等原因，通常情况下是造成钢筋腐蚀的主要因素，所以对钢筋的腐蚀防治工作要作为桥梁施工的工作重心。如果桥梁的钢筋出现严重的腐蚀，钢筋的力学特性就会发生明显的降低，对桥梁的混凝土以及各个部位的结构都发生严重的损害，更严重的情况下将会影响到桥梁的安全，可能发生坍塌、断裂等事故。根据实验结论可以看出，钢筋所处的环境情况以及混凝土保护层的厚度、强度都会对钢筋的腐蚀程度造成不同程度的影响。混凝土保护层起到隔绝钢筋与周围环境的作用，避免钢筋受到空气和化学物质的侵害。但是因为混凝土自身存在细小的空隙，所以不能百分之百起到隔绝的作用。特别是在混凝土刚性塑变发生炸裂时，会让更大面积的钢筋与周围环境接触，而后发生腐蚀。

3 高速公路桥梁结构的加固技术

3.1 扩大基础

加固高速公路道路和桥梁结构中的基础可以通过扩大基础来进行加固，当桥梁的基础承载力比较弱时可使用该方法，当墩台属于混凝土刚性实体以及砖石时也可使用该方法。另外对于沉降不均匀的桥梁基础，而且地基的土质极为坚实时可以采用扩大基础法对其进行加固。当桥梁底部中的地基承载力出现不足时，可以在桥梁基础下增加一些桩，这样可以有效提升其承载力，不过一般来说，添加桩的数量应按照桥梁地基的变形程度来制定。

使用扩大基础法的施工过程较为简单，但其具有非常明显的缺点，在使用该方法时必须让新基础与老基础连为一体，让其共同承担桥梁上部的所有荷载，所以这种加固方式的资金成本极高，无法完全控制最终的加固效果。

3.2 增加截面

在加固高速公路桥梁结构时，可以使用加大截面来进行加固，这种方式还可称为外包混凝土加固法。加大截面加固法的原理为利用增加混凝土结构的配筋以及横截面面积来加固道路桥梁。另外，也可以通过提升主梁的梁柱高度和宽度，或者桥面面板的总体厚度来达到加固目的。这种加固方法的操作比较简单，而且具有较强的适应性。若是施工人员的技术水平比较高，可熟练运用，能有效提升桥梁的横向刚度，增加主桥桥梁的实际加固效果。但是加大截面这种加固方法具有明显缺点，其在实际施工中需要进行长时间的湿作业，当加固之后，高速公路桥梁的净空会有所减少。

3.3 使用碳纤维

碳纤维加固法的原理为使用专业的树脂将碳纤维和混凝土结构的表面进行粘贴，这时混凝土结构以及碳纤维会形成全新的受力体，有一部分负载将被碳纤维所承受，钢筋的应力也会因此减少，从而达到加固目的。使用碳纤维加固法不会提升桥梁结构的截面面积以及自重，而且还不会减少其净空高度，施工过程也比较便利，并不会对高速公路桥梁的原始结构造成损伤。另外，由于碳纤维具有较强的抗疲劳性以及耐腐蚀性，所以其加固效果非常持久与明显。不过需要注意当温度高于60℃时环氧树脂会软化，因此若是高速公路桥梁的地面温度经常高于60℃，则不可使用该加固法。

3.4 预应力加固

预应力加固方法在高速公路桥梁结构中，主要为加固混凝土受弯结构，该方法的最终目的为改善桥梁结构的整体受力效果。预应力加固法的原理为在外部对受弯部件施加一定的预应力，其可以有效抵消桥梁因为外部荷载过重而出现的不良影响，提升高速公路桥梁结构的抗弯曲能力以及抗承载能力，让桥梁得到均匀的受力，保证高速公路桥梁在使用时的安全。除此之外，在高速公路桥梁结构中使用预应力加固技术，还可以缓解混凝土出现裂缝和已有裂缝的加深。如今我国的高速公路桥梁结构的预应力加固技术较为成熟，使用这种方法可以利用预应力下撑拉杆开展加固工作，让桥梁中的承重结构得到紧密结合，以此形成一个整体，使其成为全新的超静定结构，从而增加高速公路桥梁的受力性能。

3.5 裂缝修补

裂缝修补加固法可以修补高速公路桥梁中的存在裂缝，因此其属于修补施工工程技术。这种技术的适用范围非常广泛，当高速公路桥梁的表面存在裂缝时，其可以进行修补、填充以及灌浆等施工技术，一般选择施工技术时应根据实际的施工环境，以及施工对象的具体情况而定。表面裂缝修补加固法主要使用于裂缝较浅的高速公路桥梁表面，其裂缝深度不宜大于20mm。该技术的施工步骤为：1）使用特殊材料涂抹高速公路桥梁表面，例如水泥浆以及环氧胶泥等，将操作频率控制在5min/次，直到其厚度为1mm；2）基于上步基础进行沥青涂抹，这样有防腐保护的效果；3）使用玻璃纤维覆盖高速公路桥梁的表面，这样可有效减少外界因素对高速公路桥梁表面造成的不良影响。

3.6 混凝土置换

在使用混凝土置换的加固技术时，需要注意其适用范围，当加固范围为高速公路道路桥梁的承压区域时，可以使用该技术。若高速公路道路桥梁的承压区域存在承压能力下降或者结构缺陷时通过混凝土置换加固技术来进行加固，这种技术的施工比较便利，不会影响桥梁下的净空。但是该技术容易腐蚀钢筋，因此应根据实际情况选择是否适用该技术进行加固。

3.7 锚喷加固

在加固高速公路桥梁结构时可以使用锚喷技术进行加固，喷射硅的工艺材料、性能以及结构等其他方面与普通的现浇硅有所不同，其具有更多优点。若在施工中增加速凝剂，可以使其具有早期强度高以及快凝等特点。该技术不需要使用侧向模板，其会把浇筑、运输以及捣固组合成一道工序，占地面积非常小、速度比较快，而且使用的设备比较简单，能够减少劳动力，更重要的一点为使用锚喷加固技术进行高速公路桥梁结构加固时，不会中断交通，所以对群众的生活不会带来不利的影响。

3.8 注浆加固

在高速公路桥梁的加固工作中，会经常使用注浆加工技术。在使用该技术时，需要根据实际情况，选择合适的注浆加固方法。若使用花管注浆法进行注浆加固，则需要保证钢管的埋入深度符合设计需求，若是在成孔作业中发生阻碍现象，则需要使用钢钎进行引孔，以此解决存在的阻碍问题。另外，当注浆工作结束后，应重点观察注浆液的沉降现象，若是不再下沉，则代表注浆成功，当混凝土固化后本次加固处理可宣告一段落。

3.9 桥面铺装层加固

桥面铺装层加固应结合桥梁的具体情况开展施工，切忌不得盲目施工，应根据实际情况选择合适的加固以及养护方案，一般来说，在修复桥梁的桥面时，可使用局部修补法，把局部产生的脱落情况进行相应的加固以及维修。在进行维修之前应考虑桥梁自身的承载能力，选择对应的方案，当其承载能力较弱时，则需要将损坏的部分除去，随后使用混凝土进行加固，反之若是桥梁自身的承载能力极强，只需要在损坏处的表面增加一层沥青混凝土，不用拆除就可顺利完成桥面的加固修复工作。

3.10 外包裹型加固

外包裹型加固这一技术主要为采用粘结或者包裹等方式把钢板、型材等固定，对构件外部位置进行加固，其具有受力结构极为可靠、工作量小以及操作方法简单等优点。在对砼结构进行加固处理时，施工人员可采用湿式外包加固技术进行处理，根据实际的破损程度来选择型钢，采用环氧树脂把型钢粘结在砼构件外部，让二者紧密地连接在一起，当以上操作全部完成之后，承压结构的受拉面积和压力将会受到砼结构和型钢的影响产生变化，以此提升桥梁整体结构的稳定性和刚度。

4 结语

不管是哪个地方想发展，则必须修筑道路，建设高速公路道路以及桥梁可有效促进我国社会经济的发挥，而且当经济发展较快时还有助于高速公路桥梁工程的进步。基本所有的高速公路桥梁工程都存在施工工序较为复杂、施工时间较长以及对施工质量的要求较高等特点，因此会增加施工单位的压力。根据数据显示，在高速公路桥梁工程的施工中会因为一些因素导致其出现病害，而病害将会影响其整体质量。所以为了保证高速公路桥梁工程施工的质量必须分析每个施工阶段，以此寻找产生病害的原因，选择合理的方式进行解决。另外，加固高速公路桥梁工程有助于延长其使用年限，并提升质量，可以根据实际情况选择具体的加固方式，例如扩大基础、增加截面等，以此提升群众的出行安全。