论文部分内容阅读
【摘要】随着交通量的增大及其他一些使用原因，造成桥梁破坏或承载力及耐久性降低。为提高桥梁荷载等级，延长桥梁服务年限，旧桥的加固、维修已成为迫在眉睫的专项工程。本文介绍了桥梁工程常见病害，分析了桥梁的病害产生的原因，探讨了常见病害的维修加固措施。
【关键词】桥梁 病害 维修 加固
中图分类号：U445 文献标识码：A
前言
在经济全球化的大形势下，我国的交通运输业也正蓬勃的发展着，原有的低标准、低通行能力的公路已经不能满足国民经济迅速发展的要求，伴随着车辆的逐渐增多、交通量不断的增大还有一些其他使用方面的原因，都容易造成桥梁的破坏、承载力和耐久性的降低。分析桥梁的常见病害，探析加固的方法，使桥梁的荷载等级得到提高，服务年限得到延长，已经成为了一项刻不容缓的工程，必须引起大家的重视。
一、桥梁工程常见病害
目前公路桥梁在投入运营使用之后所承受的负荷有3 个特点：
交通量不断增大；重型车辆增加及超载现象严重；超限运输的出现和增加。
在承受负荷运营的同时，又在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车船撞击的多种因素影响下，发生了各种大大小小的病害，如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、混凝土剥落、钢筋锈蚀、支座变形、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、墩台基底脱空、桥头路基冲塌以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等，已经破坏了桥梁的正常良好使用状态。桥梁受到损伤后，需要对桥梁结构的损伤原因和病害程度进行分析研究。实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，但基本可归纳为2 大类，即第1 类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝，其裂缝的分布及宽度与外荷载作用有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。第2 类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝。
1、结构性裂缝
众所周知，混凝土的抗拉强度很低，钢筋的抗拉强度远大于混凝土的抗拉强度，所以在正常使用阶段钢筋未达到抗拉极限强度时混凝土就已经达到抗拉强度了。所以说在正常使用阶段混凝土结构出现裂缝是不可避免的。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004 规定：钢筋混凝土构件和B 类预应力混凝土构件，其计算的最大裂缝宽度不应超过相应规范的规定限值。
2、非结构性裂缝
非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇注方法、养护条件和使用环境等等多因素影响，主要有收缩裂缝和温度裂缝。
二、桥梁工程常见病害分析
1、地基不均匀沉降引起的病害
公路桥梁地基的不均匀沉降会导致严重的病害， 如桥面裂缝甚至桥梁塌陷、损毁。地基的不均匀沉降通常是由以下三种原因引起的：
（1）施工环境因素公路桥梁工程为露天工程，周围环境的变化难以控制， 另外若在现有工程周边开展其他工程的施工则有可能因打桩深挖施工不合理而导致现有工程地基被破坏；
（2）设计因素如果进行施工设计前没有对公路桥梁施工地段进行充分的地质考察， 则工程设计无法充分结合地质因素， 易导致设计不合理、材料选用不合理， 进而导致地基稳定性不足， 产生不均匀沉降；
(3）施工因素如果施工中不能严格按照施工图纸和施工规范开展施工操作， 或者施工过程中不重视现场管理， 则会导致偷工减料、操作不规范等问题， 无法保证地基稳定性。
2、桥面裂缝
桥面裂缝一方面是车辆超载及车辆刹车磨损造成的， 另一方面是施工因素造成的。首先， 施工过程中环境温度的变化会引起桥面材料的热胀冷缩，从而导致裂缝的产生。由于我国公路桥梁多采用半刚性的桥面结构， 温度的变化极有可能造成桥面裂缝的产生。其次， 混凝土材料的配合比对桥面的完整性也有着显著影响， 如果施工中混凝土配合比的设计不够合理， 或混凝土材料拌合过程中没有严格按照规定的配合比施工， 就会造成混凝土材料比例不佳， 进而在施工过程中或竣工投入使用后产生桥面裂缝。
3、梁端头局部破损
梁端头局部破损是公路桥梁结构中最为常见的局部破损之一， 这种破损出现之后修补难度较大，对公路桥梁的外观完整性和工程的使用寿命有着不利的影响。梁端头局部破损多由设计中对缩量的计算失误、施工中没有控制好伸缩缝施工质量和养护工作不到位等原因引起。
4、剥蚀
剥蚀指公路桥梁表面出现起皮、蜂窝乃至整体性剥落的现象。按成因可将剥蚀分为冻融剥蚀、水质剥蚀和风化剥蚀等， 其中冻融剥蚀对公路桥梁造成的损坏最为严重， 剥蚀面积较大。剥蚀不但严重影响公路桥梁工程的外观， 也会加速内部材料的老化， 影响公路桥梁的稳定性和耐久性。
三、常见病害维修加固措施
1、旧桥上部结构加固、改造技术
( 1)桥面补强层加固法。在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层, 一般先造除旧桥面,使其与原有主梁形成整体, 达到增大主梁有效高度和抗压截面强度、改善桥梁荷载横向分布能力, 从而达到提高桥梁的承载能力的目的。
( 2)增大截面和配筋加固法。当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时, 通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸, 增配主筋, 提高梁的有效高度和抗弯强度, 从而提高桥梁的承载力。
( 3)锚喷混凝土加固法。借助高速喷射机械, 将新混凝土混合料连续地喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上, 凝结硬化而形成钢筋混凝土, 从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋, 加强结构的整体性, 使其能承受更大的外荷载作用。
( 4)粘贴钢板(筋) 加固法。当交通量增加, 主梁出现承载力不足, 或纵向主筋出现严重腐蚀的情况时, 梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓, 将钢板粘贴锚固载混凝土结构的受拉缘或薄弱部位, 使其与结构形成整体, 以钢板代替增设的补强钢筋, 达到提高梁的承载能力的目的。
( 5)改变结构受力体系加固法。这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系, 达到提高桥梁承载能力的目的。如: 在简支梁下增设支架或桥墩, 或把简支梁与简支梁纵向加以连接, 由简支变连续梁, 或在梁下增设钢衍架等加劲或叠合梁等, 以减小梁内应力, 达到提高梁的承载力目的。
( 6)体外预应力加固法。对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板, 采用对受拉区施以体外预加力加固, 可以抵消部分自重应力, 起到卸载的作用, 从而能较大幅度的提高梁的承载能力。
( 7)增设纵梁加固法。在墩台地基安全性能好, 并具有足够承载能力的情况下, 可采用增设成灾能力高和刚度大的新纵梁, 新梁与旧梁相连接, 共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布, 使原有梁中所受荷载得以减小, 由此使加固后的桥梁承载能力和刚度得到提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时, 则兼有加宽的作用。
( 8)拱圈增设套拱加固法。当拱式桥梁的主拱圈为等截面或变截面的砖、石或混凝土等实体板拱时, 且下部构造无病害, 同时桥下净空与泄水面积容许部分缩小时, 可在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈, 即紧贴原拱圈底面上, 浇筑或锚喷混凝土新拱圈, 外形上就像时在原拱圈下套做了一个新拱圈。
2、桥梁下部结构的加固
（1）擴大基础加固法：此法一般适用于基础承载力不足或埋深太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。
（2）增补桩基加固法：桥梁墩台基底下有软卧层或墩台基础未达到坚硬岩层时， 墩台发生沉陷；当桥梁墩台采用桩基础时，对此采用增补桩基加固法是一种常用而且行之有效的加固方法。在桩柱式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原桥梁承台，以此提高基础的承载力，增强基础的稳定性。
（3）钢筋混凝土套箍或护套加固法：桥梁墩台由于基础埋深不够， 或因施工质量控制不严等原因，导致墩台开裂破损时，有时会出现贯通裂缝，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。墩台身损坏不是很严重的可以在墩台身设置几道围带，每个围带的宽度则根据裂缝的情况和大小而定。墩台损坏严重， 有大面积表面破损、风化和剥落时， 可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。
（4）桥台新建辅助挡土墙加固法：由于桥台台背水平土压力过大，引起桥台倾斜，为平衡桥台后土压力，可在台背后加建一挡墙，以抵御过大的台后土压力。
结论
桥梁工程病害的产生不外乎施工条件、施工材料、施工工艺和施工设计这几方面原因， 因而只有强化管理和控制才能尽可能地避免病害产生。合理选择施工材料和强化施工过程控制是避免公路桥梁病害发生的最为经济有效的途径， 因而实际施工中应从这两个方面加强控制。
【参考文献】
［1］CECS 25：90 混凝土结构加固技术规范［S］.
［2］胡智慧，杨道江.公路桥梁工程建设与危旧桥测试改造拆除加固维修技术及典型案例分析务实全书［M］.北京：光明日报出版社，2002.
【关键词】桥梁 病害 维修 加固
中图分类号：U445 文献标识码：A
前言
在经济全球化的大形势下，我国的交通运输业也正蓬勃的发展着，原有的低标准、低通行能力的公路已经不能满足国民经济迅速发展的要求，伴随着车辆的逐渐增多、交通量不断的增大还有一些其他使用方面的原因，都容易造成桥梁的破坏、承载力和耐久性的降低。分析桥梁的常见病害，探析加固的方法，使桥梁的荷载等级得到提高，服务年限得到延长，已经成为了一项刻不容缓的工程，必须引起大家的重视。
一、桥梁工程常见病害
目前公路桥梁在投入运营使用之后所承受的负荷有3 个特点：
交通量不断增大；重型车辆增加及超载现象严重；超限运输的出现和增加。
在承受负荷运营的同时，又在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车船撞击的多种因素影响下，发生了各种大大小小的病害，如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、混凝土剥落、钢筋锈蚀、支座变形、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、墩台基底脱空、桥头路基冲塌以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等，已经破坏了桥梁的正常良好使用状态。桥梁受到损伤后，需要对桥梁结构的损伤原因和病害程度进行分析研究。实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，但基本可归纳为2 大类，即第1 类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝，其裂缝的分布及宽度与外荷载作用有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。第2 类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝。
1、结构性裂缝
众所周知，混凝土的抗拉强度很低，钢筋的抗拉强度远大于混凝土的抗拉强度，所以在正常使用阶段钢筋未达到抗拉极限强度时混凝土就已经达到抗拉强度了。所以说在正常使用阶段混凝土结构出现裂缝是不可避免的。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004 规定：钢筋混凝土构件和B 类预应力混凝土构件，其计算的最大裂缝宽度不应超过相应规范的规定限值。
2、非结构性裂缝
非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇注方法、养护条件和使用环境等等多因素影响，主要有收缩裂缝和温度裂缝。
二、桥梁工程常见病害分析
1、地基不均匀沉降引起的病害
公路桥梁地基的不均匀沉降会导致严重的病害， 如桥面裂缝甚至桥梁塌陷、损毁。地基的不均匀沉降通常是由以下三种原因引起的：
（1）施工环境因素公路桥梁工程为露天工程，周围环境的变化难以控制， 另外若在现有工程周边开展其他工程的施工则有可能因打桩深挖施工不合理而导致现有工程地基被破坏；
（2）设计因素如果进行施工设计前没有对公路桥梁施工地段进行充分的地质考察， 则工程设计无法充分结合地质因素， 易导致设计不合理、材料选用不合理， 进而导致地基稳定性不足， 产生不均匀沉降；
(3）施工因素如果施工中不能严格按照施工图纸和施工规范开展施工操作， 或者施工过程中不重视现场管理， 则会导致偷工减料、操作不规范等问题， 无法保证地基稳定性。
2、桥面裂缝
桥面裂缝一方面是车辆超载及车辆刹车磨损造成的， 另一方面是施工因素造成的。首先， 施工过程中环境温度的变化会引起桥面材料的热胀冷缩，从而导致裂缝的产生。由于我国公路桥梁多采用半刚性的桥面结构， 温度的变化极有可能造成桥面裂缝的产生。其次， 混凝土材料的配合比对桥面的完整性也有着显著影响， 如果施工中混凝土配合比的设计不够合理， 或混凝土材料拌合过程中没有严格按照规定的配合比施工， 就会造成混凝土材料比例不佳， 进而在施工过程中或竣工投入使用后产生桥面裂缝。
3、梁端头局部破损
梁端头局部破损是公路桥梁结构中最为常见的局部破损之一， 这种破损出现之后修补难度较大，对公路桥梁的外观完整性和工程的使用寿命有着不利的影响。梁端头局部破损多由设计中对缩量的计算失误、施工中没有控制好伸缩缝施工质量和养护工作不到位等原因引起。
4、剥蚀
剥蚀指公路桥梁表面出现起皮、蜂窝乃至整体性剥落的现象。按成因可将剥蚀分为冻融剥蚀、水质剥蚀和风化剥蚀等， 其中冻融剥蚀对公路桥梁造成的损坏最为严重， 剥蚀面积较大。剥蚀不但严重影响公路桥梁工程的外观， 也会加速内部材料的老化， 影响公路桥梁的稳定性和耐久性。
三、常见病害维修加固措施
1、旧桥上部结构加固、改造技术
( 1)桥面补强层加固法。在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层, 一般先造除旧桥面,使其与原有主梁形成整体, 达到增大主梁有效高度和抗压截面强度、改善桥梁荷载横向分布能力, 从而达到提高桥梁的承载能力的目的。
( 2)增大截面和配筋加固法。当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时, 通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸, 增配主筋, 提高梁的有效高度和抗弯强度, 从而提高桥梁的承载力。
( 3)锚喷混凝土加固法。借助高速喷射机械, 将新混凝土混合料连续地喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上, 凝结硬化而形成钢筋混凝土, 从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋, 加强结构的整体性, 使其能承受更大的外荷载作用。
( 4)粘贴钢板(筋) 加固法。当交通量增加, 主梁出现承载力不足, 或纵向主筋出现严重腐蚀的情况时, 梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓, 将钢板粘贴锚固载混凝土结构的受拉缘或薄弱部位, 使其与结构形成整体, 以钢板代替增设的补强钢筋, 达到提高梁的承载能力的目的。
( 5)改变结构受力体系加固法。这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系, 达到提高桥梁承载能力的目的。如: 在简支梁下增设支架或桥墩, 或把简支梁与简支梁纵向加以连接, 由简支变连续梁, 或在梁下增设钢衍架等加劲或叠合梁等, 以减小梁内应力, 达到提高梁的承载力目的。
( 6)体外预应力加固法。对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板, 采用对受拉区施以体外预加力加固, 可以抵消部分自重应力, 起到卸载的作用, 从而能较大幅度的提高梁的承载能力。
( 7)增设纵梁加固法。在墩台地基安全性能好, 并具有足够承载能力的情况下, 可采用增设成灾能力高和刚度大的新纵梁, 新梁与旧梁相连接, 共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布, 使原有梁中所受荷载得以减小, 由此使加固后的桥梁承载能力和刚度得到提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时, 则兼有加宽的作用。
( 8)拱圈增设套拱加固法。当拱式桥梁的主拱圈为等截面或变截面的砖、石或混凝土等实体板拱时, 且下部构造无病害, 同时桥下净空与泄水面积容许部分缩小时, 可在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈, 即紧贴原拱圈底面上, 浇筑或锚喷混凝土新拱圈, 外形上就像时在原拱圈下套做了一个新拱圈。
2、桥梁下部结构的加固
（1）擴大基础加固法：此法一般适用于基础承载力不足或埋深太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。
（2）增补桩基加固法：桥梁墩台基底下有软卧层或墩台基础未达到坚硬岩层时， 墩台发生沉陷；当桥梁墩台采用桩基础时，对此采用增补桩基加固法是一种常用而且行之有效的加固方法。在桩柱式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原桥梁承台，以此提高基础的承载力，增强基础的稳定性。
（3）钢筋混凝土套箍或护套加固法：桥梁墩台由于基础埋深不够， 或因施工质量控制不严等原因，导致墩台开裂破损时，有时会出现贯通裂缝，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。墩台身损坏不是很严重的可以在墩台身设置几道围带，每个围带的宽度则根据裂缝的情况和大小而定。墩台损坏严重， 有大面积表面破损、风化和剥落时， 可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。
（4）桥台新建辅助挡土墙加固法：由于桥台台背水平土压力过大，引起桥台倾斜，为平衡桥台后土压力，可在台背后加建一挡墙，以抵御过大的台后土压力。
结论
桥梁工程病害的产生不外乎施工条件、施工材料、施工工艺和施工设计这几方面原因， 因而只有强化管理和控制才能尽可能地避免病害产生。合理选择施工材料和强化施工过程控制是避免公路桥梁病害发生的最为经济有效的途径， 因而实际施工中应从这两个方面加强控制。
【参考文献】
［1］CECS 25：90 混凝土结构加固技术规范［S］.
［2］胡智慧，杨道江.公路桥梁工程建设与危旧桥测试改造拆除加固维修技术及典型案例分析务实全书［M］.北京：光明日报出版社，2002.