張秋晨 吳志隆 蔣凌杰

摘要：文章以柳南高速公路改擴(kuò)建工程為依托，分析了既有橋梁存在的病害及其產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)的加固處治措施，在提升既有橋梁的承載力和耐久性的同時(shí)又節(jié)省了工程造價(jià)，可為類似改擴(kuò)建工程提供參考。

關(guān)鍵詞：改擴(kuò)建;舊橋;病害;加固處治

0 引言

20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，伴隨國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，部分早期修建的高速公路己經(jīng)不能滿足交通量增長(zhǎng)的需求，此類高速公路已經(jīng)逐步實(shí)施拓寬改造[1]。高速公路改擴(kuò)建的一個(gè)重要內(nèi)容是對(duì)既有橋梁進(jìn)行擴(kuò)建、改造、加固，其中涉及對(duì)既有橋梁現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)建后新、舊橋梁共同工作性能，未來(lái)使用狀況等。因此，在橋梁擴(kuò)建前對(duì)既有橋梁的病害情況總結(jié)分析并對(duì)其進(jìn)行加固處治是十分必要的。

本文依托福建泉州至南寧高速公路柳州（鹿寨）至南寧段改擴(kuò)建工程，歸納總結(jié)既有橋梁存在的病害并對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行總結(jié)分析，根據(jù)各橋不同病害情況“對(duì)癥下藥”，在提升既有橋梁承載力和耐久性的同時(shí)又節(jié)省了工程造價(jià)，可為類似的改擴(kuò)建工程提供有益參考。

1 工程簡(jiǎn)介

泉州至南寧高速公路鹿寨至陶鄧段路線長(zhǎng)158.662km。主線既有橋梁2583.47m/70座，其中大橋757.19m/4座，中橋773.53m/16座，小橋124.6m/4座，主線上跨分離式立交橋445.23m/10座，橋式通道552.92m/36座。橋梁上部結(jié)構(gòu)類型包含預(yù)應(yīng)力小箱梁、預(yù)應(yīng)力空心梁、鋼筋混凝土空心板、整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土板等。

加固設(shè)計(jì)前對(duì)全線既有橋梁進(jìn)行了全面檢測(cè)評(píng)定，并開(kāi)展了專項(xiàng)研究。

路段內(nèi)的2座橋梁上構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力混凝土工形組合梁。檢測(cè)結(jié)果表明：工型組合梁未出現(xiàn)裂縫，主要病害為混凝土破損、露筋及蜂窩麻面等耐久性病害。其主要病害的產(chǎn)生是因?yàn)闃?gòu)件施工過(guò)程中質(zhì)量控制不好，如混凝土振搗不密實(shí)，脫?？刂撇粶?zhǔn)確、尺寸偏差、鋼筋保護(hù)層厚度不足等。

2 上部結(jié)構(gòu)病害及病害分析

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土空心梁

路段內(nèi)26座橋梁上構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心梁。檢測(cè)結(jié)果表明，該類上構(gòu)主要病害有以下兩類：

第一類為空心梁混凝土破損、露筋及蜂窩麻面等耐久性病害。上構(gòu)露筋銹蝕和混凝土破損主要為構(gòu)件施工過(guò)程中質(zhì)量控制不好所致，如混凝土振搗不密實(shí)，尺寸偏差、鋼筋保護(hù)層厚度較薄等。

第二類為鉸縫混凝土剝落、滲水及開(kāi)裂。其主要病害成因?yàn)椋涸擃悩蛄恒q縫為淺鉸縫，通過(guò)在兩片空心梁翼板間預(yù)埋鋼板的焊接及澆筑混凝土形成鉸縫，在長(zhǎng)期荷載作用下，尤其在超載較普遍的情況下，鉸縫頂焊接鋼板易出現(xiàn)疲勞損壞，而鉸縫混凝土又為素混凝土，當(dāng)兩片空心梁變形不協(xié)調(diào)時(shí)鉸縫混凝土以及橋面鋪裝層均會(huì)出現(xiàn)裂縫，當(dāng)雨水侵入時(shí)會(huì)加速損壞鉸縫混凝土。

2.3 鋼筋混凝土板

鋼筋混凝土板包括整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土板及預(yù)制鋼筋混凝土板，其主要病害有以下幾類：（1）板底縱向裂縫;（2）板底橫向裂縫及外腹板豎向裂縫;（3）預(yù)制鋼筋混凝土空心板橋鉸縫砂漿（混凝土）脫落、開(kāi)裂及滲水。

2.3.1 整體現(xiàn)澆板板底縱向裂縫成因分析

鋼筋混凝土板縱向裂縫一般發(fā)生于整體現(xiàn)澆板，由2007年及2010年路面改造工程施工圖設(shè)計(jì)文件可知：上構(gòu)采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的橋梁均存在縱向裂縫，部分裂縫縱向貫通，且部分裂縫寬度超過(guò)規(guī)范限制值。經(jīng)2007年及2010年維修加固后，仍有兩座橋梁鋼筋混凝土板底存在縱向裂縫，且部分裂縫寬度超限值（>0.2mm）。根據(jù)橋梁上構(gòu)特點(diǎn)及縱向裂縫分布位置，分析其病害成因?yàn)椋罕韭范蝺?nèi)橋梁上構(gòu)整體板大多為預(yù)制板改現(xiàn)澆板施工，原設(shè)計(jì)為裝配式預(yù)制板、單向受力，施工中改為整體現(xiàn)澆板、雙向受力[2]，如仍然按原設(shè)計(jì)配筋，橫向配筋不足，或支座脫落造成上構(gòu)扭剪所致。

2.3.2 板底橫向裂縫及腹板豎向裂縫成因分析

由2007年及2010年路面改造工程施工圖設(shè)計(jì)文件可知：部分橋梁上構(gòu)空心板經(jīng)粘貼鋼板加固后，裂縫未發(fā)展，說(shuō)明加固后抑制了裂縫的發(fā)展。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)外腹板存在豎向裂縫，從裂縫形態(tài)看，裂縫分布較無(wú)規(guī)律，多數(shù)裂縫兩頭小、中間大，可初步判定裂縫由溫度或收縮等因素造成。部分橋梁上構(gòu)采用纖維布加固后仍有裂縫存在，且存在超限裂縫，表明纖維布加固未能抑制裂縫的發(fā)展，加固效果不佳。隨著交通量的發(fā)展及重載車輛的增多。實(shí)際車輛荷載往往超過(guò)原先采用的設(shè)計(jì)荷載，對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件而言，結(jié)構(gòu)承載力儲(chǔ)備相對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件較小，故容易出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)的裂縫病害。

2.3.3 鉸縫病害成因分析

路段內(nèi)共有34座預(yù)制鋼筋混凝土板橋，其中有26座橋鉸縫出現(xiàn)了填縫料脫落、滲水及開(kāi)裂現(xiàn)象。鉸縫病害成因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）在原橋梁建設(shè)年代，對(duì)該類橋梁的建設(shè)均未將鉸縫作為主要控制因素，故導(dǎo)致施工過(guò)程中控制不好鉸縫質(zhì)量，如填筑的混凝土強(qiáng)度偏低，鉸縫填筑不密實(shí)，空心板側(cè)面未充分鑿毛，實(shí)際車輛荷載超過(guò)設(shè)計(jì)車輛荷載等，導(dǎo)致鉸縫部位成為受力（橫向）薄弱環(huán)節(jié)。在汽車荷載作用下，鉸縫受力復(fù)雜，局部應(yīng)力集中或疲勞破壞[3]，從而出現(xiàn)損壞，鉸縫上方的橋面鋪裝層也會(huì)因鉸縫的損壞而出現(xiàn)縱向裂縫。

（2）鉸縫開(kāi)裂后，其橫向傳力功能減弱，在汽車荷載作用下使得空心板單板受力過(guò)大，與相鄰空心板之間產(chǎn)生撓度差?？招陌邈q縫內(nèi)混凝土與空心板側(cè)壁逐漸分離，雨水滲入并侵蝕混凝土。隨著病害的加劇，空心板間鉸縫內(nèi)混凝土發(fā)生開(kāi)裂、擠磨，局部甚至發(fā)生脫落整體[4]。

鋼筋混凝土空心板橋鉸縫損壞及失效會(huì)改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力，單板受力情況更使得單板橫向分布系數(shù)劇增，影響結(jié)構(gòu)安全。

3 下部結(jié)構(gòu)病害及病害分析

下部結(jié)構(gòu)主要病害為：（1）墩臺(tái)裂縫;（2）橋臺(tái)滲水;（3）墩臺(tái)混凝土破損、露筋。

3.1 墩臺(tái)裂縫成因分析

根據(jù)裂縫分布及形狀大致可分為如下四類：

（1）U臺(tái)臺(tái)帽及蓋梁裂縫

該類裂縫主要位于臺(tái)帽或蓋梁的側(cè)面，其產(chǎn)生受多方面因素影響，如混凝土質(zhì)量、鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土收縮徐變、溫度及其他不可預(yù)計(jì)的外力及沖擊力等。

（2）U臺(tái)側(cè)墻開(kāi)裂

該裂縫的產(chǎn)生與臺(tái)后土壓力、基礎(chǔ)的沉降及實(shí)際汽車荷載超過(guò)設(shè)計(jì)汽車荷載等因素有關(guān)。

（3）修補(bǔ)處砂漿開(kāi)裂

主要發(fā)生于墩、臺(tái)身或蓋梁表面缺陷修補(bǔ)處，部分裂縫寬度較大。產(chǎn)生原因?yàn)槎?、臺(tái)身或蓋梁表面缺陷修補(bǔ)材料受溫度影響或自身干燥收縮產(chǎn)生。

（4）橋臺(tái)或蓋梁擋塊斜向開(kāi)裂

該類裂縫寬度大，部分裂縫貫通臺(tái)帽。主要產(chǎn)生原因?yàn)榱后w橫向位移，致使擋塊受擠壓產(chǎn)生裂縫。

3.2 橋臺(tái)及蓋梁滲水成因分析

造成橋臺(tái)及蓋梁滲水污染的原因?yàn)榕_(tái)背排水不良、橋面伸縮縫處及橋墩橋面連續(xù)處開(kāi)裂，雨水滲透所致。

3.3 墩臺(tái)混凝土破損、露筋成因分析

對(duì)于混凝土構(gòu)件出現(xiàn)破損、露筋等影響結(jié)構(gòu)耐久性的病害，其成因多是由于構(gòu)件施工過(guò)程中某些方面控制不好所致，比如混凝土振搗不密實(shí)，尺寸偏差，外力撞擊構(gòu)件表面以及鋼筋保護(hù)層厚度較薄等。

混凝土表面破損等缺陷雖然不對(duì)結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成直接影響，但此類病害對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有不利影響。適時(shí)進(jìn)行表面缺陷修補(bǔ)，對(duì)保證結(jié)構(gòu)正常使用、延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。

4 橋面系病害分析

在2007年及2010年路面升級(jí)改造后，橋梁橋面鋪裝狀況得到了一定的改善，但本次擴(kuò)建前發(fā)現(xiàn)9座橋梁橋面鋪裝層仍存在開(kāi)裂現(xiàn)象，開(kāi)裂主要發(fā)生于橋面連續(xù)處。2座預(yù)制鋼筋混凝土空心板橋橋面出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫位置與鉸縫位置基本對(duì)應(yīng)。

4.1 橋面連續(xù)處橫向裂縫成因分析

（1）在車輛荷載作用下，梁板產(chǎn)生撓曲變形時(shí)，梁板端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，相鄰兩跨梁板端存在相對(duì)轉(zhuǎn)角，橋面連續(xù)構(gòu)造為抵抗梁板端的轉(zhuǎn)角承受負(fù)彎矩作用，由于橋面連續(xù)構(gòu)造的厚度較薄，其抗彎剛度小，在反復(fù)的彎拉應(yīng)力的作用下而產(chǎn)生裂縫。

（2）梁板下設(shè)支座，梁板端部在車輛荷載作用下產(chǎn)生豎向位移，相鄰兩跨間梁板承受的車輛荷載作用大小或作用時(shí)間不一致時(shí)，產(chǎn)生的豎向位移也不一致，橋面接縫裝置因此需承受反復(fù)的垂直剪切作用，從而導(dǎo)致橋面連續(xù)構(gòu)造由于車輛荷載的疲勞作用而產(chǎn)生裂縫。

（3）從施工方面來(lái)說(shuō)，橋面鋪裝層施工前，如梁板頂面清理不徹底、未全面鑿毛或鑿毛的密度與深度不夠，則橋面鋪裝層與梁板間的結(jié)合不好，不能很好地形成一個(gè)整體[5]。另外，梁板預(yù)制件的高度尺寸與梁板安裝高度的偏差易使橋面連續(xù)處出現(xiàn)裂縫。橋面連續(xù)處橫向裂縫產(chǎn)生原因與橋面接縫處理質(zhì)量不佳也有一定關(guān)系。

4.2 橋面縱向裂縫成因分析

橋面縱向裂縫位于鉸縫處，且發(fā)生橋面縱向裂縫的兩座橋梁鉸縫狀況均較差，表明由于鉸縫出現(xiàn)缺損，使鉸縫兩側(cè)空心板變形不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致橋面鋪裝層產(chǎn)生縱向裂縫，而橋面鋪裝縱向裂縫的產(chǎn)生又進(jìn)一步加劇鉸縫損壞，如此往復(fù)導(dǎo)致病害惡化。

5 病害處治設(shè)計(jì)

5.1 上部承重構(gòu)件維修加固方案

根據(jù)各橋型上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果，對(duì)于不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的預(yù)制拼裝箱梁（空心板），對(duì)裂縫、混凝土缺陷處理后，再進(jìn)行粘貼鋼板加固。

5.2 上部一般構(gòu)件維修加固

本路段橋梁在2010年路面改造中對(duì)鉸縫損壞嚴(yán)重的空心板、空心梁均進(jìn)行了維修。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，空心梁和空心板存在鉸縫混凝土剝落、滲水及開(kāi)裂病害。需對(duì)空心梁進(jìn)行鏟除鉸縫處橋面瀝青層，鑿除該處一定寬度的混凝土鋪裝層，而后植筋，增強(qiáng)梁間橫向聯(lián)系。對(duì)更換橋面鋪裝的空心板亦同步對(duì)鉸縫進(jìn)行維修加固，未更換橋面鋪裝的空心板則進(jìn)行灌漿修補(bǔ)。

5.3 橋面系維修處治措施

對(duì)于橋面鋪裝破損面積較小或者裂縫較少的橋梁，采用局部修補(bǔ)的方法進(jìn)行處理;對(duì)于大面積破損或者開(kāi)裂的橋面鋪裝，進(jìn)行全部更換。為保證新舊混凝土良好結(jié)合，鑿除鋪裝后梁板頂需鑿毛，并植筋，植入的鋼筋與橋面鋪裝鋼筋綁扎形成整體。

5.4 其他局部病害處治措施

（1）結(jié)構(gòu)裂縫按如下方法處理：對(duì)寬度<0.15mm的裂縫，進(jìn)行封閉處理;對(duì)寬度≥0.15mm的裂縫，用裂縫灌注膠對(duì)裂縫進(jìn)行灌注（“壁可法”）。

（2）在梁板混凝土剝落露筋處，先用機(jī)械打磨將鐵銹除去，再用改性環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

（3）伸縮縫整體更換，即鑿除原伸縮縫區(qū)域的混凝土，在梁板頂植筋，然后安裝伸縮縫，最后澆筑伸縮縫錨固區(qū)鋼纖維混凝土。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)改擴(kuò)建的高速公路既有橋梁，應(yīng)在保證安全的前提下盡量利用原有結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，并在專項(xiàng)檢測(cè)病害分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修加固設(shè)計(jì)。根據(jù)各橋型結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果采取不同的加固方案，同時(shí)根據(jù)各橋不同病害情況“對(duì)癥下藥”，在提升既有橋梁的承載力和耐久性的同時(shí)又節(jié)省了工程造價(jià)。本文可為類似高速公路改擴(kuò)建工程提供有益的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]高艷玲.高速公路改擴(kuò)建的模式選擇、項(xiàng)目評(píng)價(jià)與相關(guān).策研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

[2]黃 寧.裝配式改整體式空心板橋縱向裂縫機(jī)理及加固措施研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2014.

[3]崔 海，馮淑珍.空心板梁?jiǎn)伟迨芰Φ募庸谭桨秆芯颗c試驗(yàn)[J].中外公路，2014（5）：179-181.

[4]魏洪濤.預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害的研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

[5]顏春水.混凝土橋面鋪裝裂縫成因及防治措施[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010（12）：92-94.