段艷菊

(大連市市政設計研究院有限責任公司 116011)

引言

橋梁作為交通路網(wǎng)中的重要節(jié)點，被廣泛地用于工程建設中，而其中混凝土橋梁最為普遍。隨著時間的推移，橋梁病害逐漸顯現(xiàn)。對現(xiàn)狀橋梁病害加以分析，找準病因，對于病害的處理、橋梁養(yǎng)護以及對今后橋梁設計施工都有很大的借鑒意義。通過對大連市一些舊橋的現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，危害最大、最常見的就是水損害。在長期水害作用下，橋梁表觀性狀、強度甚至內(nèi)部鋼筋都會產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞，直接決定著混凝土構(gòu)件長期耐久性。

目前，混凝土橋梁水害問題研究多偏向于修補材料的開發(fā)和利用，而為了更好地對混凝土橋梁進行維護和維修，更應該系統(tǒng)地了解橋梁水害的特點及水害易發(fā)生位置和水侵害的方式，找準原因才能更好地應用于實際工作。

1 混凝土橋梁水害原因分析

1.1 水對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)損害

要分析水對橋梁的危害，先要了解水是如何對橋梁產(chǎn)生損害的，水一般情況下先是起到搬運作用，有害物質(zhì)如CO2、 O2或其他酸性氣體、氯化物等借助水分滲入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，滲入深度往往取決于混凝土的密實度。一般認為混凝土的孔隙率越大，水分越容易滲入，如果結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫，不論何種原因產(chǎn)生的裂縫，都會加劇水分的進入，而且裂縫越寬越深，水分穿透距離越長。水將有害物質(zhì)運輸?shù)交炷羶?nèi)部后，又和有害物質(zhì)發(fā)生物理或化學作用進而對結(jié)構(gòu)造成破壞，其主要表現(xiàn)有[1]：混凝土碳化、氯離子侵蝕、堿集料反應、凍融破壞和鋼筋腐蝕等。

1.2 易發(fā)生水害的位置

水的來源不同，水害發(fā)生的位置和侵害方式也有所不同。對橋梁造成損害的水的來源主要為降水、流水以及環(huán)境中的水汽等。

(1)降水造成的水害易發(fā)生的位置和侵害方式

1)橋面系[2,3]

橋梁作為開放式的構(gòu)筑物，不可避免與自然界接觸。降水直接作用位置為橋面，理想狀態(tài)下的大部分降水經(jīng)由橋面排水系統(tǒng)排至橋下或順橋面縱坡流至兩端道路，少部分降水雖停留或暫時滲入到瀝青鋪裝層下，最終也會蒸發(fā)變成氣體，不會對橋梁結(jié)構(gòu)造成很大影響。

然而，通過對現(xiàn)狀橋梁調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋梁排水設施設置不足、泄水孔堵塞、排水管損壞等，都會導致降水無法及時排出而滯留在橋面。在這種情況下，瀝青鋪裝層和水泥鋪裝層間的防水層若存在缺陷或破損，會導致水繼續(xù)下滲至水泥混凝土鋪裝層甚至橋梁結(jié)構(gòu)頂面，導致水泥混凝土鋪裝層發(fā)生坑槽、斷裂、破碎等病害，最終損害橋梁上部結(jié)構(gòu)主體。

2)下部結(jié)構(gòu)墩臺表面[3]

伸縮縫位置橡膠止水帶因堵塞或老化等原因失去止水能力，伸縮縫漏水后降水順伸縮縫下流至墩臺結(jié)構(gòu)，對下部結(jié)構(gòu)墩臺造成損害。

3)防撞護欄內(nèi)側(cè)

防撞護欄內(nèi)側(cè)通常是橋面橫坡最低點，橋面降水順橫坡流至防撞護欄內(nèi)側(cè)，然后順縱坡流至泄水孔或兩端道路進而排出橋外。在此過程中，水在護欄內(nèi)側(cè)停留時間相對較長，尤其對根部影響較大。在北方冬季由于融雪鹽的使用，護欄內(nèi)側(cè)根部損壞現(xiàn)象比較普遍。

4)泄水管周邊混凝土[2,3]

目前，排水管多采用PVC或HDPE管材，一部分預埋在靠近防撞護欄內(nèi)側(cè)的混凝土梁內(nèi)部。由于管材和混凝土無法緊密結(jié)合，二者間的細小縫隙使橋面水緩慢滲入梁體，對梁體混凝土造成損害。

5)伸縮縫附近混凝土[2,3]

伸縮縫的安裝方法一般為：在攤鋪瀝青混凝土鋪裝面層后再切割出伸縮縫槽，之后澆筑槽內(nèi)纖維混凝土來固定伸縮裝置。埋在鋪裝層內(nèi)的防水層在伸縮縫槽壁的端頭較難處理，橋面水通過瀝青層下滲至防水層，再順伸縮縫槽壁與后澆筑的混凝土間的縫隙流入防水層底，繼而腐蝕梁體。

(2)流水造成的水害易發(fā)生的位置主要為處于水位變動區(qū)的墩臺。由于流水的沖擊以及水中有害物質(zhì)的侵蝕造成墩臺保護層剝落、鋼筋銹蝕等。

(3)環(huán)境中的水汽是環(huán)境中的有害物質(zhì)對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)侵蝕的催化劑或搬運工，在腐蝕環(huán)境下，這種危害遍布于橋梁的全部外表面。

2 混凝土橋梁水害處理

在處理已發(fā)生水害的混凝土橋梁之前，首先要查明水害的性質(zhì)以及病害程度，以判斷病害是否已經(jīng)危及結(jié)構(gòu)安全、有沒有維修的價值等。如水害性質(zhì)為被稱為混凝土橋梁癌癥的堿骨料反應，那么病害的發(fā)展是無法控制的，則橋梁已無維修的必要；如果病害已危及結(jié)構(gòu)安全，而且結(jié)構(gòu)年代久遠，結(jié)構(gòu)形式落后，維修后依舊需要限載，無法滿足道路通行要求，也無維修必要；或者維修成本較高，甚至接近拆除新建費用，同樣也無維修的必要。

對經(jīng)初步判斷后可以維修的橋梁，根據(jù)水害的性質(zhì)有針對性地進行處理并預防病害的再次發(fā)生。對于水害造成的結(jié)構(gòu)混凝土剝落、鋼筋銹蝕等問題，首先將松散、剝離損壞的混凝土鑿除，對銹蝕鋼筋進行除塵、除銹及阻銹處理，然后進行結(jié)構(gòu)補全，材料根據(jù)病害位置的面積和深度可選擇結(jié)構(gòu)膠、環(huán)氧灌漿料、自密實混凝土、聚合物改性水泥砂漿等材料[4]。而對于如何排水、防水等問題，下面將結(jié)合實際經(jīng)驗，給出建議的處理和防治方法。

2.1 降水造成的水害的處理和防治方法

大連市部分受水損害的橋梁實例見表1及圖1～圖5。

表1 大連市部分受水損害的橋梁實例Tab.1 Examples of water-invaded bridges in Dalian

續(xù) 表

圖1 疏港東橋水害照片F(xiàn)ig.1 Water disaster in Shugang East Bridge

圖2 解放廣場橋水害照片F(xiàn)ig.2 Water disaster in Jiefang Square Bridge

圖3 五一橋水害照片F(xiàn)ig.3 Water disaster in Wuyi bridge

圖4 山巒橋水害照片F(xiàn)ig.4 Water disaster in Shanluan Bridge

圖5 東北路3號橋水害照片F(xiàn)ig.5 Water disaster in the third bridge on Dongbei Road

從以上工程實例可以看出，降水造成的水害多為橋面防水層缺陷、伸縮縫防水失效、防撞護欄內(nèi)側(cè)腐蝕問題、排水管周邊滲水問題以及排水設施不足等問題，其處理及防治方法如下：

(1)橋面防水層缺陷：破除瀝青鋪裝，重建橋面防水層，恢復瀝青鋪裝，如疏港東橋采用此方式處理。若水泥鋪裝層已發(fā)生破損，破損部位應清除后再澆筑高強度等級的微膨脹纖維混凝土的方式重建，如山巒橋和五一橋同時對水泥鋪裝層進行了修復。

(2)伸縮縫問題：恢復伸縮縫功能。對伸縮縫進行清理；老化的止水帶進行更換，更換的止水帶橋梁邊緣位置可考慮加設豎直的排水管[5]，將止水帶上少量的積水引出橋外，如疏港東橋；若伸縮縫已損壞或失效，則需同型號更換，如解放廣場立交橋、五一橋和東北路3號橋。另外，因伸縮縫是敞開式結(jié)構(gòu)，其橡膠止水帶上方易因灰塵、雜物堵塞等原因?qū)е孪鹉z止水帶破損、老化，最終導致伸縮縫處滲水腐蝕梁體、墩臺等，建議在橡膠止水帶上方填充具有彈性的聚氨酯材料[6]，不僅不影響伸縮縫的變形功能，而且可有效防止灰塵雜物等的侵入，延長其使用壽命，此方法近幾年在大連新建橋梁建設中開始推廣，并取得較好的效果，如圖6所示。

圖6 聚氨酯填充伸縮縫Fig.6 Expansion joint filled with polyurethane

(3)防撞護欄內(nèi)側(cè)腐蝕問題：推薦在護欄內(nèi)側(cè)根部加設花崗巖邊石[7]，利用花崗巖堅硬耐腐蝕的特點，保護防撞墻根部避免再次被降水、融雪鹽等腐蝕和車輛撞擊的損傷，提高安全性能；而且修補后的防撞墻外形美觀，可以讓舊橋煥然一新，此方法在疏港東橋和東北路3號橋的維修改造中進行了應用，效果良好，如圖7所示。解放廣場立交橋因行車道寬度的限制，沒有空間加設花崗巖邊石，利用了結(jié)構(gòu)修補膠與混凝土粘結(jié)力好、防水、耐腐蝕的材料特性，大量使用結(jié)構(gòu)修補膠對根部進行修復，效果尚可。

圖7 防撞墻根部加設花崗巖邊石Fig.7 Root of percussion wall with Granite curb

(4)泄水管周邊滲水問題：對于舊橋泄水管周邊滲水處理，可先將水篦、集水漏斗拆除，再用聚氨酯灌漿材料填充排水管與混凝土間縫隙，然后采用防水土工布沿泄水管四周鋪貼在混凝土鋪裝層上，并涂刷一層防水涂料，涂料范圍需大于防水土工布且與橋面防水層重疊，最后安裝集水漏斗和水篦。疏港東橋采用此種方式處理，如圖8所示。

圖8 泄水管周邊滲水處理示意Fig.8 Illustration of water seepage treatment around drain pipe

(5)橋梁排水設施其他問題：對于排水設施設置不足的，增設排水裝置；對于泄水孔堵塞的，疏通泄水孔并加強日常養(yǎng)護；對于排水管損壞的，及時更換損壞的排水管。

2.2 流水造成的水害的處理和防治方法

對于單純由于流水的沖擊而造成墩臺保護層剝落、鋼筋銹蝕等，可以考慮先用前述方法恢復墩臺截面，然后再采取增設導流設施或抗沖刷設施來降低流水沖擊對墩臺的影響。

而若水中存在對混凝土有強腐蝕性的有害物質(zhì)時，則只對結(jié)構(gòu)進行恢復是不夠的，還需考慮防腐蝕措施。對于較為纖細的墩柱結(jié)構(gòu)，可以考慮采用水下玻纖套筒加固系統(tǒng)，此技術目前在世界范圍內(nèi)已有很多應用，如國內(nèi)衢州市常山縣下界首大橋、溫州淺門大橋和窄門大橋、濟南玉符河大橋、遼陽小北河橋、沈陽市濱水路橋(圖9)等，國際上美國切薩克海灣大橋、佩勒姆灣鐵路橋等，實踐證明此方法是一種經(jīng)濟、高效和長期維護的解決方法。

圖9 沈陽市濱水路橋水下玻纖套筒加固Fig.9 Underwater glass fiber sleeve strengthening of Binshui Road Bridge in Shenyang city

對于壁式墩結(jié)構(gòu)，可以考慮增大保護層的方式增強其耐久性，具體可考慮使用高強度等級高性能、耐久性能好的混凝土、環(huán)氧灌漿料、聚合物改性防水砂漿等材料。

2.3 環(huán)境中水汽造成的水害的處理和防治方法

對于腐蝕環(huán)境中水汽的危害處理方式，主要考慮增強混凝土結(jié)構(gòu)密實性、隔絕水汽等，對于鋼筋銹蝕可能性大的還需考慮鋼筋的阻銹保護問題。

既有混凝土結(jié)構(gòu)的密實度已無法改變，建議采用水泥滲透結(jié)晶型防水材料[1]，這種材料與水作用后，材料中含有的活性化學物質(zhì)，以水為載體，向混凝土微孔及毛細管中滲透，催化混凝土內(nèi)未完全水化的成分，再次發(fā)生水化作用，形成不溶于水的枝蔓狀結(jié)晶，充塞混凝土的微孔及毛細管道，使混凝土致密，達到長久性防水、保護鋼筋和增強混凝土強度的效果。

隔絕水汽主要是利用涂刷防腐蝕涂料[8,9]來實現(xiàn)，通過涂料封閉外表面，阻止氯離子、水和氧氣等腐蝕介質(zhì)的進入，從而增強結(jié)構(gòu)的耐久性能。涂料通常由封閉底漆+中間漆+面漆組成，相關規(guī)范[8]規(guī)定了在不同的腐蝕環(huán)境下，推薦使用的涂層結(jié)構(gòu)和厚度。大連市近年來對全市大中型既有和新建混凝土橋梁的外表面進行防腐涂刷，橋梁耐久性得到很大提升。

既有混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的阻銹防銹，是一種事后補救措施[4]。根據(jù)實際情況，若鋼筋的混凝土保護層已剝落，可考慮在補全結(jié)構(gòu)的材料中摻入阻銹劑；若鋼筋保護層尚存，可考慮使用噴涂型的阻銹劑，利用材料的滲透性、密封性和濾除有害物質(zhì)的功能，當其滲透到混凝土內(nèi)部鋼筋表面后，形成分子膜保護層起到鋼筋阻銹功能。

硅烷浸漬利用硅烷活性物質(zhì)的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質(zhì)作用，生成數(shù)毫米到十幾毫米的憎水薄膜，提高混凝土表面防水抗?jié)B能力。硅烷浸漬不改變混凝土表面外觀，對外觀沒有要求的部位可以考慮選用此方法。疏港東橋維修時采用了涂刷噴涂型阻銹劑加硅烷浸漬的方法，增強耐久性能。

3 結(jié)語

橋梁是永久性的建筑物，一旦建成即進入維修養(yǎng)護期。本文對大連市現(xiàn)有橋梁的調(diào)查分析得出，橋梁病害往往都是結(jié)構(gòu)耐久性方面的問題，其中以水害問題最為突出。本文就水害的作用機理、常見水害位置及原因進行分析，并針對性地給出處理的方法，實踐證明這些方法可有效提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，供相關設計、施工、養(yǎng)護部門借鑒。