公路桥梁养护与维修加固施工技术

文／谢鸿鑫 广西交投柳州高速公路运营有限公司 广西柳州 545000

引言：

公路桥梁的养护工作包含了桥梁跨越河流、山谷及各类交通路段的维护及修复等各个方面的工作。在进行公路桥梁的养护、加固和维修工程时，必须遵循“安全适用、技术可靠、经久耐用、经济合理、保护环境”的原则，按照《公路养护技术规范》(JTGH10-2009)、《公路桥梁加固设计规范》(JTG/TJ22-2008)、《公路桥梁设计通用规范》(JTGD60-2004)和《公路桥梁地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)等规范操作。在具体实施加固和维修时，要根据桥梁的具体状况，选用恰当的施工技术，达到增强其承载能力和保障公共交通安全畅通的目的。

1.公路桥梁常见病害

1.1 地基不均匀沉降

让公路桥梁出现不均匀沉降现象的主要原因有地基土不均匀性、地下水位变化、土体压缩性差异以及重载循环影响等，在发生不均匀沉降现象后，会让桥梁出现位移或者构件应力集中、裂缝或者断裂等问题，在严重情况下，地基不均匀沉降还会让桥梁的整体稳定性和服务性能受到严重影响，甚至引起桥梁垮塌事故[1]。

1.2 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀指的是桥梁中钢筋由于裸露在外，受到化学或电化学反应而产生锈蚀。这种现象通常由环境中的氯离子、碳化作用或持续的水分暴露引发，这类病害通常源于混凝土的碳化作用和氯离子侵蚀，碳化作用降低了混凝土的pH 值，削弱了对钢筋的保护，而氯离子的渗透则直接腐蚀钢筋。混凝土保护层厚度不足等施工过程中的不当操作，也会加速钢筋锈蚀。判断钢筋锈蚀可以直接通过桥梁的外观检查和结构完整性评估来处理，典型的锈蚀迹象非常明显，有混凝土表面的裂缝和剥落，且这些裂缝通常沿着钢筋分布方向延伸，暴露出锈蚀的钢筋。在严重情况下，锈蚀会导致钢筋截面减小，严重影响桥梁的承载能力和稳定性。

1.3 工程裂缝

由于公路桥梁的材料性质不匹配、设计不当、施工质量不达标或者周边环境侵蚀以及荷载作用等原因，会出现工程裂缝，这类裂缝一般分为结构裂缝和非结构裂缝。结构裂缝通常由于超载、设计缺陷或混凝土收缩不均等原因引起，它们通常贯穿整个构件，对结构的完整性和稳定性构成严重威胁[2]。非结构裂缝则多由温度变化、湿度变化和混凝土自身的收缩膨胀引起，这类裂缝虽不直接影响桥梁的承载能力，但长期存在可能导致水汽和腐蚀性物质渗透，加速结构的损坏。

1.4 上部结构病害

公路桥梁上部结构病害普遍存在于桥面板、梁、桥墩顶部、伸缩缝等构件中，主要表现为结构剥落、变形、锈蚀等多种形式，桥面板的剥落通常由于冻融循环、磨损或水侵蚀造成，导致混凝土表层脱落，影响桥梁安全及舒适性。梁和桥墩顶部的变形则是因长期荷载作用或结构设计不当引起，这种变形会影响整个桥梁的力学性能和稳定性。

1.5 下部结构病害

公路桥梁的下部结构病害有梁盖病害、墩台病害、基础病害及桥面病害，这些病害的发生与桥梁的设计、材料、施工及所处环境等多种因素密切相关。梁盖病害通常表现为裂缝、剥落或变形，其产生原因一般是梁盖材料老化、荷载超标或施工质量不佳。在荷载作用下，梁盖产生开裂，随后因环境因素如冻融循环或化学侵蚀而进一步恶化。而墩台病害包括裂缝、剥落、锈蚀和变形等，这些通常由于结构荷载不均、基础沉降不均或水流侵蚀导致。墩台的结构完整性对于桥梁的稳定性至关重要，一旦受损会对整个桥梁结构安全造成威胁。基础病害通常与地质条件和土壤特性有关，如地基不均匀沉降、土壤侵蚀或液化可能导致桥梁基础稳定性受损。基础的稳固性是确保桥梁安全的基石，任何形式的基础损伤都需引起高度重视。桥面病害则主要体现为裂缝、坑洼或剥落，这些病害通常由交通荷载造成的磨损、温度应力引起的裂缝或者材料老化引起。

1.6 支座病害

支座作为桥梁上部结构与下部结构之间的重要连接部件，承担着传递和分配荷载的作用，并且能让桥梁结构适应温度变化和位移。支座病害的典型表现为橡胶支座硬化、滑动支座滑动性能降低或固定支座发生锈蚀，这些病害现象会让支座功能失效，影响桥梁的正常使用和安全性能。例如，支座硬化使桥梁失去适应温度变化的能力，增加结构应力；滑动支座性能降低会限制桥体结构的正常位移，出现局部应力集中的问题。

1.7 混凝土病害

这里所说的公路桥梁混凝土病害主要是混凝土结构碳化、冻融损伤、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀及钢筋腐蚀等问题，其中，混凝土碳化是由于环境中的二氧化碳渗透混凝土并与碱反应，导致混凝土pH 值下降，进而削弱对钢筋的保护作用，引发钢筋锈蚀。冻融损伤主要在寒冷地区发生，水分在混凝土孔隙中冻结时体积膨胀，导致混凝土内部应力增加，久而久之造成裂缝和剥落。碱骨料反应是混凝土中碱金属与活性骨料发生化学反应，产生膨胀产物，引起体积膨胀和裂缝。硫酸盐侵蚀则是由于硫酸盐与混凝土中的钙质反应形成可溶性盐和膨胀产物，导致体积膨胀、强度下降和裂缝。

2.公路桥梁的养护技术

按照《公路桥涵养护规范》和《公路养护技术规范》的相关要求，公路桥梁的日常养护和维护工作有日常巡查、经常性检查和定期检查等，这些检查工作的重点在于对桥梁的上部和下部结构、桥面的铺设情况以及桥台及其相关设施的技术状况进行全面评估，尽早发现桥梁病害或上下部结构的损害问题[3]。一旦检测到这些问题，就必须立刻拟定维修和保养方案。

2.1 桥梁日常养护内容

桥梁检测是养护工作的首要环节，检测时要对桥梁的上下部结构进行定期和详细的检查，识别桥面板、梁体、支座、伸缩缝、桥墩和桥台等部位的裂缝、腐蚀、剥落、变形和其他潜在病害，除了人为检测还可以使用超声波、磁通泄漏检测等设备，以此来提高检测工作的准确性和效率。结构养护主要是对发现的病害进行及时修复和加固，对裂缝进行注浆、封堵，对腐蚀部位进行清理和涂抹防腐涂料，以及对损坏的结构部件进行更换或加固，特别是对梁体和桥墩等承载重要荷载的结构元素进行加固。而设施养护则涵盖桥梁的附属设施，如排水系统、防撞设施、挡土墙、照明和交通信号设备的维护和修理，要定期清理排水沟，保证排水系统畅通无阻，保障道路桥梁的交通和行人的安全。

2.2 科学的养护管理方案

2.2.1 充分掌握公路桥梁整体情况

提升公路桥梁预防性养护的效果，关键在于在养护管理过程中要全面掌握桥梁的整体状况，增强其维修和预防养护的有效性。在养护作业实施前，要制定一套详细而且科学的桥梁检测流程，对公路桥梁的运行状况进行深入的检查和分析，确切掌握桥梁的损伤情况。养护团队需要精准搜集并分析相关数据，整合这些信息深入识别问题所在及其成因。利用现代信息技术手段提高数据分析的准确性，实现公路桥梁养护工作的规范化和系统化，进而有效维护桥梁的稳定与安全。

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2.2.2 建立完善的养护管理系统

各相关部门需积极发挥其在桥梁养护管理中的主导作用，针对实际情况，打造出集综合性和科学性于一体的公路桥梁养护管理体系，系统地收集和分析相关数据，确保这些信息为未来的桥梁养护工作提供可靠的科学依据。科学地实施养护管理系统能明显提高公路桥梁养护施工的效果，建立全面的养护评估机制客观地展现养护工作的成效，清晰反映桥梁的运行状况，为未来的维修与保养工作提供重要参考。这种综合的管理和评估制度有利于保障公路桥梁的长期稳定性和安全性，同时也能有效提升养护工作的效率和品质。

2.2.3 科学选择养护时机

要对公路桥梁的运行状态进行持续的检测和评估，需要多方面综合桥梁的年龄、材料维护状态以及周边环境情况，并参考以往的养护记录，选择合适的养护时机。并且基于早发现早防治的原则，对风险评估较高的构件进行预防性维护，一般会选择桥梁达到特定使用年限、检测到初期病害发展，或者经历极端天气事件后。在选择养护时机时，还需考虑养护活动对交通的影响，尽量避免高峰时段，以减少对公共交通的干扰。此外，养护计划应充分考虑季节性影响，比如在冬季冻融循环前后加强桥面的养护[4]。科学地选择养护时机，不仅能有效延长桥梁的使用寿命，还有助于提高养护工作的效率和质量，确保桥梁结构的安全和稳定。

2.3 具体的养护施工技术

2.3.1 混凝土碳化预防性养护技术

要提前预防混凝土碳化，就需要使用低碱性水泥、提高混凝土的致密性以及加强混凝土的表面保护，可以选用低碱性水泥减少碳化反应，通过优化混凝土配比、确保充分养护，提高混凝土的致密性，同时在混凝土的表面施加表面涂层或采用硅酸盐类、有机硅化合物等防护剂，形成保护层，阻隔空气中的二氧化碳。除了提前预防，还要定期进行混凝土表面的检查和维护工作，多重措施有效结合才能达到控制混凝土碳化进程的效果。

2.3.2 裂缝的预防性养护技术

以公路桥梁的裂缝宽度为参考依据，能够把裂缝分为超限裂缝和非超限裂缝，处理非超限裂缝的方法相对来说比较简单，使用钢丝刷清除裂缝表面的尘土和杂质，然后在裂缝的两边分别涂上丙酮，作为清洁和去油的步骤，最终涂上一层水玻璃封闭这类裂缝。而处理超限裂缝时，在完成清理和丙酮处理后，需要将环氧树脂注入裂缝，这样不仅能封闭裂缝，还能增强裂缝处的结构强度。这两种方法各针对不同程度的裂缝，能有效地恢复和保护公路桥梁的结构完整性。

在桥梁建设过程中，钢筋遇到水和氧气容易发生腐蚀现象，会对桥梁的稳定性构成威胁。为避免这种情况，公路桥梁的施工过程中必须切断钢筋与水、氧的直接接触。目前，处理钢筋锈蚀的常规方法是先拆除受损的混凝土部分，然后清除钢筋上的锈迹，接着在钢筋表面涂上粘合剂，并使用高性能混凝土来提升保护效果。这些修复措施完成后，在混凝土外层再涂一层砂浆，以此达到更好的预防保养效果。

3.公路桥梁加固维修技术的操作要点

3.1 基础加固

基础加固的主要目标是提高公路桥梁的承载能力，抵御地震、风力和水流等自然因素的影响。在实施基础加固时，常见的做法有扩大桥墩基底、加固桩基和使用地下连续墙等。施工团队要考虑当地地质条件、桥梁设计和使用年限等因素，采用合适的加固方案。例如，在软土地区，常采用深层搅拌桩或压密桩技术增强地基承载力。在老旧桥梁加固中，还需考虑现有结构的承载特性，选择合适的加固材料和施工技术。

3.2 验收钢筋、混凝土等建筑材料

合格的材料才能让加固施工效果完全发挥出来，验收钢筋、混凝土时，需要严格按照设计规范进行抽样检测，并对钢筋的外观质量进行检查，确认其表面没有明显的损伤或腐蚀现象。同时检查水泥、骨料、粉煤灰等材料的成分，对混凝土浇筑后的强度做出措施，验证其是否有达到设计要求。

3.3 采取有效加固维修方式

评估待维修加固的公路桥梁结构是决定加固维修方式的关键步骤，要通过非破坏性检测、结构监测和现场调查，获得桥梁结构的受力情况、损伤程度和材料状况等详细信息，这样才能让加固工程精确针对具体问题进行解决。还需要借助当前的先进科学工具，模拟出不同加固方案的具体性能，并评估其受力特性和应力分布情况，将结构评估、结构分析和材料选择等信息整合到一个具体的加固维修方案中。按照上述方式所确定的方案来进行加固维修施工，要严格控制施工质量，正确安装所有加固的构件，并准确修复受损部分，同时在施工过程中做好监测和质量检查。

3.4 进行公路桥梁裂缝的修补

使用先进的无损检测技术精确地定位和评估裂缝的严重程度，针对不同类型和程度的裂缝选择合适的修补方法，微裂缝通常采用低粘度环氧树脂注入的方式进行修补，有效渗透裂缝并在固化后形成强韧的粘结，恢复材料的完整性。而宽裂缝要使用聚合物改性水泥或灌浆技术，这些材料在灌注后能够提供更高的抗压强度和耐久性。然后再针对性的进行结构加固，如使用碳纤维加固带或钢板粘贴技术，这些加固材料能显著提升结构的抗弯、抗剪能力。在加固过程中，要让加固材料与原有结构之间保持良好的粘结，并对暴露的钢筋进行除锈和防腐处理[5]。裂缝修补完成后，一定要做好各项测试工作，确认修补区域的性能达到或超过原设计标准。

4.公路桥梁加固施工技术的具体应用方式

4.1 碳纤维加固技术

碳纤维复合材料（CFRP）以其高强度、低密度和优异的耐腐蚀性能，在桥梁结构加固中发挥着重要作用，碳纤维加固的过程通常包括表面处理、粘合剂选择和碳纤维材料的施工三个关键步骤。表面处理是对桥梁结构表面的清理和研磨，让碳纤维材料与结构表面具有良好的粘结力；选择合适的粘合剂能够提升加固效果，通常选择具有高强度和耐候性的环氧树脂基粘合剂；碳纤维布或板的施工是一个精细且技术要求高的过程。施工前，需根据桥梁的受力特点和损伤程度确定碳纤维材料的层数和覆盖范围，在碳纤维布的铺设过程中，要保证布料无褶皱、无气泡，确保其与结构表面的紧密贴合，还要精准控制施工过程中的温度和湿度条件，防止环氧树脂过早固化或不均匀固化。

4.2 体外预应力加固技术

在公路桥梁的外部搭设防腐能力强的预应力筋，减小或控制桥梁结构中的裂缝和变形，施工前要先对桥梁的结构进行清理，让加固部位表面光滑、无尘埃和杂物，然后在加固部位安装预应力锚固设备，锚固设备安装完毕后，就在预应力钢束或钢丝绳上施加高强度的拉力，确保它们能够承受预期的荷载，然后再灌浆将其固定住。由于体外预应力加固技术可以根据桥梁的具体情况和需求进行定制设计和施工，因此适用于各种不同类型和尺寸的桥梁结构。

4.3 增补桩基加固技术

增补桩是指在现有桥梁基础中打入钢筋混凝土桩、钢桩或其他适当材料制成承重桩，如果原始地基土质不足以承受桥梁的荷载要求，或者桥梁出现地基土层不均匀沉降等问题，增补桩可以通过提供额外的支撑来解决这些问题。在开始加固工作之前，需要对桥梁的基础进行详细的评估，根据地质情况选择适宜的桩型（如钻孔灌注桩、预制桩等），施工中应严格控制桩基的垂直度和位置精度，确保新桩基能有效地与原桥梁结构相结合，并发挥预期的支撑作用。

4.4 粘贴钢板加固混凝土技术

该技术的基本原理是在混凝土结构表面粘贴钢板，借助钢板的高强度和良好的延展性，来增强公路桥梁混凝土结构的整体性能。钢板的厚度、宽度及长度应根据具体的结构需求和计算结果而定，在粘贴前要在钢板背面涂布专用的粘接剂，粘贴过程中让钢板与混凝土表面紧密贴合，无气泡或空隙。可以采用机械固定方式暂时固定钢板，在钢板完全固化后，进行必要的密封处理，还需对加固后的结构进行荷载测试，验证其承载能力和加固效果。粘贴钢板加固技术具有施工快捷、干扰小、成本相对较低等优点，选择该技术时需综合考虑桥梁的具体情况和环境条件，确保加固方案的合理性和有效性。

4.5 增大截面

这种技术通过在现有桥梁结构上添加新材料，如钢筋、混凝土等，来增加桥梁的截面尺寸，该技术既可以用于老旧桥梁的维修和改造，也适用于新桥梁的设计与建设，施工时要先安装支撑和模板，并在原有构件的混凝土表面做好清理工作，在表面制造一定深度的坑槽或沟槽，坑槽的深度不少于6 毫米，每100 毫米×100 毫米的区域内不少于5 个浮锈点，沟槽的间隔不应超过主筋间的距离或200 毫米，然后再通过外加钢筋网、铺设预应力筋或使用碳纤维等高强度材料来加固原有结构，最后做好混凝土浇筑工作。

结语：

总而言之，在我国的现代公路交通管理体系中，做好公路桥梁的养护与维修加固工作是较为重要的内容，随着社会的进步，我国对公路桥梁建设和养护的重视程度显著提升，投入的人力、物力和财力也相应增加。为了保障公路桥梁能够长期而有效地服务社会经济，要不断研究优化桥梁维修和预防保养的相关技术，这样才能提高桥梁的使用寿命。