祝 龍

(遼寧省交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心 沈陽市 110003)

0 引言

公路上行車密度及車輛載重隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展急劇增大。由此許多橋梁病害問題逐漸突顯出來，橋梁耐久性問題更加受到重視[1]。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得，寒冷氣候下的凍害和侵蝕環(huán)境的物理化學(xué)作用都是嚴(yán)寒地區(qū)橋梁病害的重要影響因素。嚴(yán)寒地區(qū)，橋梁工程冬季使用除冰鹽，凍融、化冰導(dǎo)致的冷沖擊和氯離子的滲透，加快了鋼筋混凝土橋梁劣化的速度，使得新建橋梁幾年內(nèi)就需維修，大大縮短了橋梁的使用壽命。因此，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)役橋梁的病害問題、采用合理的養(yǎng)護(hù)策略成為提高公路橋梁耐久性的重要途徑之一。

目前，國內(nèi)外科研工作者和技術(shù)人員圍繞如何提升公路橋梁耐久性進(jìn)行了大量的研究，總結(jié)橋梁常見的病害問題并提出了許多切實可行的橋梁養(yǎng)護(hù)策略。衡旭丹[2]針對在役橋梁既有病害持續(xù)擴(kuò)展，影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題，提出不中斷交通情況下應(yīng)用外部粘鋼加固技術(shù)。結(jié)果表明，該技術(shù)可有效避免既有裂縫持續(xù)擴(kuò)展，使鋼板和既有橋梁結(jié)構(gòu)形成共同受力體系，使橋梁結(jié)構(gòu)承載力在短期內(nèi)快速恢復(fù)，提升被加固構(gòu)件剛度及抗裂性能。白山云等[3]主張對在役橋梁進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，在橋梁未出現(xiàn)明顯病害前采取相關(guān)養(yǎng)護(hù)措施來推遲病害的發(fā)展，延長橋梁的使用壽命。王迎軍等[4]對目前我國橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)所存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)歸納并深入分析確定了橋梁在實行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)過程中，部分具體的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)內(nèi)容和養(yǎng)護(hù)時機(jī)。

盡管，對于普通橋梁常見的病害問題及其成因和一些相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)策略已經(jīng)有了較為豐富的研究資料，但對在役橋梁可靠性評估方面研究較為片面，對在役橋梁的安全性、適用性、耐久性方面的研究較少，與發(fā)達(dá)國家評估體系相比仍有一定差距，嚴(yán)重制約了我國橋梁基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展[5]。特別是針對于橋址處于嚴(yán)寒地區(qū)等特殊橋梁病害問題和防治方法的研究相對較少，這對該類橋梁的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)決策制定等均造成一定的困難，影響橋梁的耐久性和工程項目的可持續(xù)性[6]。因此，以遼寧省某高速公路實際橋梁工程為研究對象，通過外觀缺損狀況檢查、材質(zhì)狀況來分析探究嚴(yán)寒地區(qū)橋梁的常見病害問題，提出切實可行的橋梁養(yǎng)護(hù)決策。

1 遼寧省現(xiàn)役橋梁養(yǎng)護(hù)評估與病害統(tǒng)計分析

以我國遼寧省某高速公路橋梁為研究對象，橋梁均處于嚴(yán)寒氣候地區(qū)，全年氣溫的最低值可達(dá)-34.4℃，溫差變化大，因此可通過對該高速公路的檢測結(jié)果分析了解橋梁處于嚴(yán)寒地區(qū)時的技術(shù)狀況變化，為同類橋梁的設(shè)計提供一定的理論技術(shù)依據(jù)。

2021年遼寧省某高速公路定期檢測橋梁主線橋共計235座15722.32m。本次定期檢測結(jié)果顯示：二類橋梁共計214座，占總數(shù)91.06%，三類橋梁共計21座，占總數(shù)8.94%。2021年匝道橋及外連接線檢測13座646.597m，二類橋梁共計12座，占總數(shù)92.23%，三類橋梁1座，占總數(shù)7.77%。

2 遼寧省現(xiàn)役橋梁病害總結(jié)與對策研究

通過對該段高速公路的橋梁進(jìn)行實地檢測，發(fā)現(xiàn)空心板板底縱向裂縫超限或含縱向裂縫的板較多，存在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁縱向裂縫、支座脫空或老化或銹蝕病害、橋面鋪裝破損、墩臺頂縱向裂縫等病害。與其他地區(qū)橋梁相比，處于嚴(yán)寒地區(qū)的橋梁病害發(fā)展更為嚴(yán)重。下面選取了檢測過程中的重點病害，并分析了病害的發(fā)生原因。

2.1 混凝土開裂病害

通過對248座橋梁的檢測發(fā)現(xiàn)其中90%以上橋梁的梁底存在縱向裂縫，其中縱向裂縫超限的橋梁共16座，占比6.5%；存在墩臺頂縱向裂縫的橋梁有6座，占比2.4%。如圖1所示為該段橋梁混凝土開裂病害情況。

遼寧省地處嚴(yán)寒地區(qū)，一年四季最大氣溫差可達(dá)60℃，該區(qū)橋梁所處的自然環(huán)境更為惡劣?；炷翆囟茸兓鼮槊舾?，熱脹冷縮性質(zhì)明顯。曹國輝等[7]通過對混凝土體內(nèi)、外收縮應(yīng)變測試，得到混凝土試件體內(nèi)、外收縮應(yīng)變擬合曲線，如圖2所示。

圖2 混凝土試件體內(nèi)、外收縮應(yīng)變擬合曲線

由圖2可知，隨時間的增加，混凝土體內(nèi)、外收縮應(yīng)變的增長速率均減小，對收縮應(yīng)變值而言，體內(nèi)收縮應(yīng)變更小。故當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由混凝土中心向外的不同部位產(chǎn)生拉應(yīng)力不同，當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)力超過其極限拉應(yīng)力后就會產(chǎn)生溫度裂縫。對于嚴(yán)寒地區(qū)的橋梁來說，這種由于環(huán)境溫度大幅變化造成的混凝土開裂現(xiàn)象是不容忽視的。偶遇大雪，為恢復(fù)交通，采用除冰鹽除冰化雪，從而形成氯鹽環(huán)境，高濃度氯離子不但使混凝土表面粉化掉皮，而且氯離子沿溫度裂縫侵入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會加快混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)展，對橋梁造成銹蝕和凍融破壞，對橋梁結(jié)構(gòu)造成不可逆的傷害，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.2 支座病害

普通板式橡膠支座作為我國公路鋼筋混凝土梁橋體系中的重要支承構(gòu)件，其老化力學(xué)性能可影響局部甚至整體結(jié)構(gòu)的剛度和受力均勻性及服役橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。通過對248座橋梁的檢測發(fā)現(xiàn)，全部橋梁的支座均存在不同程度的老化，其中支座病害嚴(yán)重的橋梁共10座，占比4.0%。支座主要病害類型如圖3所示。

圖3 支座病害

在橋梁施工過程中，可能會因為梁端墊石強(qiáng)度過低、標(biāo)高不準(zhǔn)確或不平導(dǎo)致支座上部脫空；橋體建成后，支座橡膠材料受嚴(yán)寒地區(qū)大幅降溫影響收縮，使支座發(fā)生脫空現(xiàn)象，削弱對梁體的支撐作用；再者冬季使用含有氯離子的除雪劑人為創(chuàng)造了含氯離子的環(huán)境，會加快鋼板的銹蝕，影響其剛度。發(fā)生病害的支座改變上部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定和耐久性能。

2.3 橋面鋪裝破損

在對該段橋梁橋面系進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)：鋪裝局部變形、破損，伸縮縫處堵塞、失效，占比較大。圖4(a)、圖4(b)所示為鋪裝層變形、破損病害，圖4(c)、圖4(d)為伸縮縫堵塞、失效病害情況。

圖4 橋面鋪裝破損

在橋梁服役過程中，橋面直接暴露于自然環(huán)境中，直接與雨水、積雪等相接觸，加之人或機(jī)動車輛等荷載直接作用，也會對其產(chǎn)生摩擦作用造成一定的損傷。又考慮到嚴(yán)寒地區(qū)瀝青混凝土的溫縮作用，梁間縱向松動引起的反射裂縫，車輛渠化交通的反復(fù)作用會使橋面鋪裝產(chǎn)生順橋向的裂縫；墩頂橋面連續(xù)鋪裝處的反射裂縫會影響瀝青表面的平整度，而交通的反復(fù)作用會使橋面產(chǎn)生橫向裂縫。加之嚴(yán)寒地區(qū)冬季將大量使用含有氯離子的除雪劑而造成橋面鋪裝的進(jìn)一步腐蝕。因此，相對于普通橋梁而言，橋址處于嚴(yán)寒沿海地區(qū)橋梁的橋面將更容易發(fā)生鋪裝層病害。

3 橋梁養(yǎng)護(hù)策略

根據(jù)以上分析，作者綜合考慮嚴(yán)寒地區(qū)的環(huán)境特點與橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)，提出針對嚴(yán)寒地區(qū)橋梁的病害預(yù)防和養(yǎng)護(hù)策略，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定和耐久性，減少橋梁事故的發(fā)生。

(1)盡可能應(yīng)用高性能混凝土：由于嚴(yán)寒地區(qū)溫差大，存在季節(jié)性氯離子含量高的問題，故提高混凝土本身材料性質(zhì)可作為解決嚴(yán)寒地區(qū)橋梁病害問題的方法。因此在設(shè)計階段，應(yīng)對橋址地的氣候環(huán)境做好調(diào)查，然后根據(jù)確定的主要侵蝕因素來選擇混凝土的水膠比和摻合料的摻量及比例，提高混凝土的抗凍性和抗氯離子滲透性能。

(2)為了節(jié)省成本，需要根據(jù)橋梁各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)功能，對橋梁不同部位進(jìn)行混凝土專項設(shè)計，并及時關(guān)注混凝土電通量和含氣量等參數(shù)。在施工階段應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行混凝土的澆注和養(yǎng)護(hù)工作，并及時對完成段進(jìn)行相關(guān)參數(shù)監(jiān)測，并在發(fā)現(xiàn)問題后及時停工整改。

(3)及時對現(xiàn)有混凝土病害進(jìn)行處理：對寬度較大的混凝土開裂縫隙進(jìn)行注膠封閉，對寬度較小的開裂可采用涂膠封閉的措施，切忌使混凝土裂縫直接暴露于大氣環(huán)境中。對存在表面混凝土缺陷(蜂窩麻面、剝落、掉角等)的梁體，去除表面松散的混凝土后，清洗混凝土表面，再利用聚合物混凝土對病害部位及時進(jìn)行修補(bǔ)。如破損部位存在銹蝕鋼筋，在鑿除老化混凝土后，及時進(jìn)行人工除銹。

(4)保證橋面排水順暢：由于橋梁所在地區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)，冬季積雪嚴(yán)重，所以應(yīng)對橋面系的排水進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)橋址所處環(huán)境對橋面傾角和泄水管道等進(jìn)行專項設(shè)計，如有發(fā)現(xiàn)排水設(shè)施損壞應(yīng)當(dāng)及時補(bǔ)修。

4 結(jié)論

通過對某實際工程進(jìn)行檢測并分析討論了嚴(yán)寒地區(qū)橋梁的主要病害及成因，結(jié)合檢測結(jié)果和現(xiàn)有的橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)提出了較為合理的適應(yīng)該類橋梁的養(yǎng)護(hù)策略，具體結(jié)論如下：

(1)嚴(yán)寒地區(qū)橋梁的常見病害主要有：混凝土開裂、支座銹蝕脫空老化和橋面鋪裝病害等。

(2)對嚴(yán)寒地區(qū)橋梁病害整理歸納，綜合橋梁現(xiàn)狀和現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析成因，發(fā)現(xiàn)較普通橋梁而言，其產(chǎn)生病害的原因是錯綜復(fù)雜的，故只有認(rèn)真分析出重點成因，才能抓住重點，采取應(yīng)對措施，減少病害的進(jìn)一步惡化或產(chǎn)生。

(3)嚴(yán)寒地區(qū)橋梁的養(yǎng)護(hù)策略應(yīng)該根據(jù)橋址所處氣候環(huán)境進(jìn)行有針對性的調(diào)整，依據(jù)橋梁的使用性能對橋梁進(jìn)行及時維護(hù)，防止橋梁出現(xiàn)大的問題。定期對橋梁進(jìn)行檢測，對病害早發(fā)現(xiàn)、早處理，并選擇合適的方案進(jìn)行維修，確保施工質(zhì)量。建議對于橋梁養(yǎng)護(hù)應(yīng)以預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則進(jìn)行。