高速公路桥梁常见病害及预防性养护技术研究

冯应乾

（甘肃省酒泉公路事业发展中心高速公路养护所，甘肃酒泉 735000）

0 引言

高速公路是连接不同区域往来的重要基础设施，随着国家投入增加，高速公路覆盖范围逐步延伸拓展，在促进经济发展和往来方面做出重大贡献。而高速公路桥梁由于长时间使用，受到荷载、环境等多方因素的影响，不可避免出现病害，致使工程耐久性和承载力下降，为了避免病害进一步恶化造成更大的损失，推行预防性养护是极其必要的。通过预防性养护技术有效应用，能够及早发现和消除潜在安全隐患，减少工程安全事故概率，对于延长桥梁使用寿命，创造更大的效益具有重要意义。

1 预防性养护的概念

高速公路桥梁是现代交通基础设施中的关键组成部分，承担着大量车辆的运输任务。由于长期受到交通负荷、自然环境和气候等因素的影响，桥梁容易出现各种病害和损坏。实行预防性养护旨在通过定期的检查、保养和修复工作，预防和减轻高速公路桥梁设施日常磨损和损坏。其核心理念是采取早期干预和维护措施，以防止潜在的问题发展成大规模的损害，降低维护成本，延长设施的寿命，提高运行的安全性和可靠性。

2 高速公路桥梁常见病害分析

桥梁预防性养护工作主要是深入剖析桥梁可能出现的病害，并进行合理有效的养护，以此来消除病害，提升养护工作质量。常见的病害如下：

2.1 高速公路桥梁铺装问题

一是在高速公路桥梁上，裂缝和坑槽是桥面铺装常见的问题。这些裂缝和坑槽可能由于多种因素引起，包括交通负荷、气温变化和地理环境等。二是沥青铺装在高速公路桥梁上广泛使用，但随着时间的推移，其表面可能磨损。交通量和气象条件可能导致沥青表面出现破损、剥落和损坏，从而降低了道路的舒适性和安全性[1]。三是渗水和排水问题，积水可能导致路面水蚀，而排水不畅可能导致冰冻和积水，增加了事故风险。此外，长期渗水可能损害桥梁的基础结构。四是桥梁铺装随着时间的推移会老化，失去其最初的活性和弹性。这可能导致路面材料变得脆弱，容易破碎和裂缝，从而影响道路的安全性和舒适性。

2.2 伸缩缝结构问题

伸缩缝通常包括金属或橡胶部件，这些部件容易受到腐蚀和损坏的影响，受到湿度、盐分和交通污染等因素影响，可能导致金属部件锈蚀，而日照及风蚀可能导致橡胶部件老化和损坏，降低伸缩缝的性能和寿命。伸缩缝损坏不仅对车辆产生颠簸和损坏，还可能引发交通事故，见图1。伸缩缝结构需要具有良好的密封性能，以防止水分和杂物渗入桥梁结构中。但伸缩缝的密封部分可能出现老化、开裂或失效，导致渗水和杂物进入结构内部，从而引发腐蚀和损坏[2]。

图1 伸缩缝破损

伸缩缝的目的是允许桥梁进行伸缩，以适应梁体自由变形和车辆荷载的变化。当伸缩缝结构出现问题时，运动可能受到阻碍，导致结构的受力情况不正常。这可能导致桥梁的结构问题，如开裂或变形。而且伸缩缝结构一旦损坏，可能导致交通噪声增加，威胁到路面行车舒适度和安全性，也会对桥梁附近的居民造成噪声污染[3]。

2.3 上部结构病害

高速公路桥梁上部结构是桥梁的重要组成部分，用于支撑和稳定整个桥梁。如果桥梁出现上部结构病害，可能对桥梁的结构完整性和安全性产生严重影响。上部结构通常由钢材或混凝土构成，腐蚀和锈蚀是上部结构病害的常见原因之一，特别是在潮湿或腐蚀性环境中，可能导致上部结构的锈蚀，降低了其承载能力。随着时间的推移，上部结构的材料可能老化，导致混凝土变得脆弱，而钢材可能失去其初始的强度和韧性，不可避免地弱化上部结构的性能。上部结构的基础也可能出现问题，如地基沉降、侵蚀或不稳定性，这些问题的存在将会威胁到上部结构的稳定性。而且如果上部结构未能有效地排水，可能导致水分渗透和湿度变化，进一步加剧腐蚀和损伤问题。

2.4 沉降病害

沉降是指桥梁结构在使用过程中由于多种因素而下沉或沉降不均匀，这可能对桥梁的稳定性和安全性造成严重影响。沉降病害可以由多种原因引起，包括地基沉降、地下水位变化、土壤膨胀和收缩、地震活动、桥梁结构自身问题等，这些因素可能是单独存在，也可能是多种因素联合作用，最终导致桥梁出现沉降问题。桥梁出现沉降问题，表现为整体下沉、结构不平衡或不均匀沉降，可能导致桥梁的变形、裂缝、扭曲和损坏。沉降问题也会威胁到桥梁安全性，导致桥梁荷载分布失衡，发生倾斜，情况严重时会诱发严重的安全事故。另外，沉降问题也会导致结构受力不均匀，老化速度加快，缩短使用寿命。

2.5 腐蚀

高速公路桥梁腐蚀病害危害较大，不仅会影响到路面行车安全，还容易诱发安全事故。这一病害诱发原因多样，例如，化学物质如盐分、酸雨和污染物质可以与高速公路桥梁结构发生反应，导致混凝土表面的腐蚀。这些化学物质会破坏混凝土的保护性氧化膜，从而使混凝土更容易受到腐蚀。水分渗透也会导致高速公路桥梁被腐蚀，当水分渗入混凝土内部，它可以携带溶解的盐和氧进入混凝土结构，从而引发钢筋的锈蚀。氧气在腐蚀过程中是必需的，当钢筋暴露在空气中并与水分和氧气接触时，氧气会与钢筋表面发生反应，形成铁氧化物（锈），从而引发腐蚀。不恰当的设计或施工问题，如混凝土质量不达标、不足的混凝土保护层、不合格的防水措施等，都可能导致腐蚀问题的出现。腐蚀通常导致混凝土表面剥落，表现为混凝土疏松、脱落或表面裂缝，还会导致钢筋表面产生锈迹，钢筋逐渐失去原有的强度和延展性。腐蚀使得桥梁结构的承载能力下降，可能引发结构的减弱、变形和损坏，最终危及高速公路安全。

3 高速公路桥梁病害的预防性养护技术应用要点

3.1 裂缝处理技术

裂缝作为常见的桥梁病害，与桥梁结构安全性和耐久性联系密切，如果处理不及时可能诱发严重的结构问题。对于此类问题，高速公路桥梁管理机构应该建立定期的检查和监测程序，以及时发现裂缝问题。这些程序可以包括视觉检查、无损检测技术和传感器监测，通过定期检查可以帮助确定裂缝的类型、位置和严重程度[4]。对于检测确定的裂缝问题，应结合裂缝类型和严重程度进行分类评估，在此基础上分析哪些裂缝需要立即处理，哪些可以在以后的养护周期内处理，根据主次关系来安排后续的养护施工活动。针对不同类型和严重程度的裂缝，采取合适的补救措施，例如，填充裂缝、使用裂缝密封材料、裂缝注浆、结构加固等。在进行裂缝处理时，应选择高质量、耐久的材料，以确保补救措施的长期有效性。高速公路桥梁管理机构应建立详细的维护记录，包括裂缝处理的日期、方法、使用的材料以及评估结果。这些记录可以为将来的维护和决策提供有用的信息。根据历史监测数据结果，可以编制科学合理的预防性养护计划，便于及时有效地处理裂缝，确保高速公路桥梁结构始终保持良好状态。除此以外，应结合桥梁裂缝严重程度编制合理的预算计划，并配置相应的资源，主要是用于材料购买和设备维护，以此来支持预防性养护工作高质量展开，对于延长高速公路桥梁服役寿命具有重要意义。

3.2 路基排水预防性养护

路基排水性能良好与否，很大程度上影响着高速公路桥梁基础稳定性和耐久性，如果不良的排水条件可能导致路基材料的软化、冻融循环引起的损害、支护结构的侵蚀以及路面损坏。故此，高速公路桥梁管理机构应按照养护流程检查排水系统，包括清理排水沟、检查排水管道和检查排水设施的状态，有助于及早发现潜在问题。排水沟和水槽应定期清理，以确保排水畅通，有助于防止积水，特别是在降雨或融雪时，减少路基材料的软化和损坏的风险。定期检查排水管道是否堵塞或受损，如果管道阻塞会导致水流倒灌，威胁到路基稳定性和安全性。更为重要的是，在新高速公路桥梁的设计和建造中，应考虑合适的排水系统，包括排水沟、排水管道和排水设施。排水系统的设计应满足预期的降水和水流情况，对于现有高速公路桥梁，可以考虑改进排水系统，以此来有效提高路桥性能[5]。

需要注意的是，寒冷地区气温较低，冻融循环可能对排水系统造成损害。使用耐寒材料和防冻融措施，可以减少冻融损害的风险。排水系统中的水流可能包含污染物，因此应采取适当的环境保护措施，以确保不会对周围环境造成不利影响，建造环境友好型的高速公路桥梁工程。由此看来，选择合理可靠的路基排水的预防性养护技术，可以确保高速公路桥梁的排水系统良好运作，有效减少路基材料的损害，提高高速公路桥梁的结构稳定性和耐久性，降低维护成本，对于增强高速公路的安全性和可靠性具有重要意义。

3.3 边坡预防性养护

高速公路桥梁附近的边坡是桥梁结构稳定性和周围环境的关键组成部分，不良的边坡条件可能导致坡地滑坡、侵蚀、沉降和结构损坏等问题。为了避免边坡结构受损，预防性养护前要充分实地勘查，收集相关数据建立模型，综合评估边坡结构稳定性，如果发现潜在风险应及时编制合理方案予以处置[6]。具体的边坡预防性养护技术如下：一是植被管理。保持边坡上的植被可以有助于减少侵蚀和坡地滑坡的风险。植被可以固定土壤，减缓水流速度，防止土壤侵蚀。二是排水管理。合适的排水系统是确保边坡稳定性的关键因素，应设计和维护有效的排水系统，以排除过多的水分，防止水分渗入边坡。三是边坡加固和保护结构。如果评估发现边坡存在稳定性问题，可以采取加固和保护措施，如土工织物、支撑结构、护坡工程等，以增强边坡的稳定性。四是施工和维护规范。在桥梁和边坡的施工和维护中，应遵守适用的规范和标准。这些规范包括边坡坡度、排水设施和材料使用等方面的要求。五是对于高风险边坡，应建立风险管理计划，包括紧急应对措施，以应对潜在的威胁。除此之外，应该定期组织维护人员接受系统化培训，了解边坡管理的要点和难点，能够依托实际情况编制合理的养护技术。通过培训还可以提高养护人员对边坡问题的敏感性和应对能力，为后续的路桥工程质量保驾护航。

3.4 上部结构预防性养护

为了规避上部结构病害，应设立专门机构，定期监测和检查，可以及时发现问题和解决问题。同时，选择耐久性强、高质量的材料建立上部结构，例如，在结构上涂抹一层防腐涂层，杜绝空气及水分的进入，能够延长结构使用寿命。同时，利用粘贴碳纤维布、预应力碳纤维板加固等技术，借用外力来改善梁板底的裂缝、水蚀等病害对板底的影响，从而加强梁板的耐久性。随着时间的推移，上部结构可能出现不同程度的损坏，因此要定期维护处置，以此来预防基础病害出现。通过有效的排水技术，能够最大程度地降低水文风险出现概率。在新建高速公路桥梁时，使用高质量的防腐涂料可以提供额外的保护层，防止化学物质和水分渗入混凝土结构。采取合理有效的防水措施，如密封接缝、修复损坏的防水层，以防止水分渗透。保持排水系统的畅通，确保雨水和融化的冰雪能够迅速排水，减少桥梁表面的湿度和化学物质积累。同时，也要依托实际情况，制订并执行针对桥梁腐蚀的维护计划，包括定期的检查、维修和替换受腐蚀的部件。

3.5 沥青还原技术

沥青桥面是高速公路桥梁的重要组成部分，对确保道路安全和舒适性至关重要，采用沥青还原技术，能够降低桥梁养护费用。先对路面系统化检查，包括评估路面裂缝、平整度以及变形等情况。对于桥面裂缝少，沥青老化程度低的桥面，可以使用沥青还原技术，如星封层、PRDC 沥青还原剂等，通过在桥面喷洒这些材料，可以还原沥青的性能，改善沥青老化程度，封闭裂缝，阻止水分下渗，从而减轻桥梁病害的产生速度，延长桥梁的耐久性。与此同时，在桥面维护和修复中，应选择合适的沥青混合料，以满足特定的道路条件和交通要求。

通过沥青还原技术的应用，可以提高高速公路桥梁的整体质量和性能，延长桥面的使用寿命，降低维护成本，提高道路的安全性和舒适性，为出行人员提供更好的出行体验。

4 结语

综上所述，高速公路桥梁养护中，结合不同病害，合理化应用预防性养护技术，能够及早发现并解决病害，降低养护成本，增强道路舒适性和安全性，延长路桥使用寿命。