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道路桥梁的常见结构病害及加固技术分析孙艺博

发表时间：2020/10/16 来源：《基层建设》2020年第19期作者：孙艺博

[导读] 摘要：近些年，社会经济快速发展进步，与其相伴随的是很多基础工程陆续建设，建设数目持续增加，规模相应拓展，对城市化进程起到一定推动作用。

        北京市政建设集团有限责任公司北京市 100086
        摘要：近些年，社会经济快速发展进步，与其相伴随的是很多基础工程陆续建设，建设数目持续增加，规模相应拓展，对城市化进程起到一定推动作用。人们经济收入水平提升，私家车随处可见，其为人们出行活动创造了很大便利条件，同时也增加了交通压力，这就对道路桥梁整体使用性能、质量提出更高要求，要从结构层面上规避各种病害，这样方能从基础环节上保证道路桥梁的使用效果及质量安全。但是道路桥梁建筑施工及使用阶段，在多种主客观因素的作用下，很可能造成结构滋生出各种病害，一方面降低道桥工程质量，另一方面也增加车辆事故发生的风险，对人们生命财产安全构成威胁，严重时引起社会恐慌。故而，加强道路桥梁常见结构病害的治理有很大现实意义。文章结合具体工程案例，列举了本人所在项目常见结构病害的类型，比如裂缝、混凝土碳化及地基不均匀沉降等，解读道桥常见结构病害的成因，比如施工设计不合理、养护管理不到位、车辆严重超荷载行驶及自然气候条件等，并提出几点切实可行的加固技术方法，以供同行参考。
        关键词：道路桥梁；结构病害；成因分析；加固技术；技术探究
        绪论
        道桥结构是整个道路桥梁中的核心构成部分，若其结构出现质量问题，则将会导致整个道桥建设质量明显下跌。加强道桥结构病害的管理与控制，一定要合理应用加固技术，有针对性的优化道桥质量，这是当前道路桥梁施工建设、维护管理阶段的重要内容之一[1]。但是当下部分施工人员对道桥的常见结构病害类型缺乏全面了解、加固技术方法未能扎实掌握，这是令人堪忧的，鉴于此本文对道桥工程结构病害常见类型、成因及加固技术要点进行分析，希望能提升道桥在交通网络内安全使用效果。接下来就我所在的来广营北道路工程所出现的问题进行展开。
        一、工程概况
        本工程位于北京市朝阳区北部，来广营北路道路工程，道路全长4.6km，包含道路、桥梁、雨水、雨水泵站、拆改移及市政管线工程。横断面采用三幅路断面形式，横断面布置方式为：中间机动车道路面宽度为16m，设双向四车道；机动车道与非机动车道之间设置6.0m宽分隔带；两侧非机动车道宽度各为4.0m；人行道宽度各为5.0m；外侧各布置2.0m绿化带。本工程道路两侧住户较多，现况车流量较大，如何进行道路桥梁的质量保证也是本工程的重点。
        二、本项目常见的施工问题
        1、裂缝
        在施工过程中，路面破损与裂缝是道桥工程运行阶段的常见质量问题之一，该种裂缝多发生在铺装层。首先，因道桥项目建设阶段会投用大批量的铺装材料，其强度整体偏大，外界温度对其状态形成的影响也较大，若工程所在地昼夜温差较大，则在温度的影响下，铺装层出现裂痕、裂缝的概率相应增加。我们在铺装混凝土的时候会对现场的温度进行控制，有时冬季施工的时候温度过低，由于现场设备相对简陋只能用大量的保温桶对摊铺路面进行温度控制。其次，混凝土搅拌、运输、浇筑过程中，存在着技术问题，降低其性质的稳定性，有时工作人员若没有及时、调整混凝土的配比，则很可能诱导裂缝病害的发生、发展过程[2]。为了防止此类问题的发生，我们会对混凝土配比进行实时监控，详细记录。最后，在工程运行阶段，路面承担着较繁重的车辆负荷，若负荷量超出极限值，则会造成路面承受较大的挤压力，磨损程度越来越严重化，增加裂缝发生率，拓展病害的覆盖范畴。对于刚摊铺后的路面，项目部会设立导向牌，避免大型车辆从此处经过形成保护。
        2、混凝土碳化
        混凝土碳化是本项目桥梁工程部分中常见的质量隐患之一，其会对桥梁工程运行的安稳性形成较明显的不良影响，处理难以也较大。混凝土内氢氧化钙的含量相对较高，当其和空气内CO2接触后，发生化学反应，产物之一是碳酸钙，PH值有不同程度跌落。在具体施工实践中，工人若没有对混凝土内部钢筋进行防腐处理，则增加钢筋发生腐蚀问题的风险，是降低桥梁工程运行安稳性的主要病害类型之一。当发现这一问题时及时向项目总工汇报，并一同讨论思考解决办法同时参与到之后解决钢筋防腐问题的小分队之中。
        开始我们决定简单的采用人工除锈法，请工人师傅对生锈的钢筋进行打磨，没想到这种方法除锈效率特别慢，尽管我们关于桥梁工程的工程量很少但是并不适用。之后经过与上级领导讨论，决定采用化学除锈法。将购买的钢筋除锈液进行调配，喷洒至钢筋上，效果显著。而有些部分的钢筋我们则采用在外露的钢筋上涂刷泥浆，复工时只用钢丝板刷刷去水泥保护层即可。
        3、地基沉降
        地基沉降同样是当下道桥工程中的常见病害类型，现实中以地基不均匀沉降最为常见，其会直接影响桥梁的受力状态。若道桥运作阶段突发地基不均匀沉降的问题，外加加固处理不及时，则将会诱导桥梁受力分散化，局部遭受较大破坏，长此以往，会使桥梁结构出现裂缝等，此时若不能快速、有效处置，则很可能导致桥体坍塌，造成更大的交通事故。由于不均匀沉降造成的裂缝问题，项目上一般在处理之前会对裂缝进行勘察，本项目出现的裂缝为一般性裂缝，项目上则采取了填缝修补与灌浆修补的办法保障施工安全。
        三、分析道路桥梁结构病害的成因
        个人观点认为，道路桥梁施工存在的风险源不仅仅是上述施工行业的现场操作不规范。在桥梁工程的设计、施工及后期养护阶段，交通管理等各方面都存在对道路桥梁工程的隐藏风险。
        1、施工设计方案不科学
        目前国内部分道桥工程施工设计阶段，因设计单位相关人员的建设经验不足，在设计实践中未能综合考虑对桥梁的结构性能优劣及使用寿命长短的各类因素，没有科学规划桥墩方位、桥型结构等诸多指标，增加桥梁在施工建设及后期投运阶段质量问题发生的风险，一方面破坏桥梁结构的完整性，另一方面也提高了道桥的运维成本[3]。
        2、养护管理不规范
        道桥工程在完工以后，施工方需利用专业设备仪器检测项目建设质量，并以检测结果为根据拟定科学、合理的养护方案。但现实施工阶段，部分施工方责任心不强，为尽早收工及拿到工程款，未能制定与道桥工程相配套的护管理方案，还有部分施工方未能严格依照国家现行的规范标准对道桥进行养护管理，比如限定道桥的养护管理周期为30d，但现实工程中养护管理仅有20d，以上不规范行为均会对道桥结构的使用年限形成不良影响，诱导各种结构病害问题发生、发展过程。
        3、车辆严重超载
        纵观当下国内道桥工程使用状况，多数是在改革开放时期建设的，那时社会经济水平有限，汽车数量偏少，并且荷载也不大，故而道桥运行阶段承受的负荷也偏低。近些年，国民经济持续发展进步，汽车数目与载荷均有不断增加趋势，明显超出了道桥承受荷载的范围，运行阶段承受较繁重压力，伴随时间的推移，很多道桥结构出现不同程度的损伤，存在的安全隐患较多、较严重[4]。
        4、整体施工质量偏低
        道桥工程施工招标阶段，部分招标单位未能全面了解与审核中标单位的资质，甚至部分中标单位通过“走关系”取得项目建设权利，关于道桥施工单位的施工资质有待考证、审查。部分施工方可能因资质尚浅、施工设备水平偏低、施工人员素质参差不齐等，导致建成的道桥工程质量不达标。还有部分施工单位实践中擅自变更设计方案，不利于项目建设互动顺利推进，也降低道桥工程施工的安全性。
        5、自然环境的影响
        道桥工程投用阶段，在暴雨、大雪、冰雹、台风等自然环境因素的作用下，对其结构完整度造成不同程度的损伤，且这种损伤是不可逆的。并且部分区域四季温差较大，很可能造成道桥路面出现温度裂缝病害，明显减缩桥梁的使用年限，对我国道桥事业长效、持续发展也会形成一定制约作用。
        四、道路桥梁常见结构病害的解决办法与加固技术措施
        个人参与的来广营大陆项目并未出现重大施工安全问题，但对道路桥梁工程的安全隐患问题，我提出以下几点建议与解决办法：
        1、修补桥面裂缝
        针对道路桥梁出现的裂缝病害，应立足于具体工程实况，综合分析多种因素，采用适宜方式进行修复处理。当前，可供选择的修补技术方法较多，取得的效果也较为理想。若经现场勘测后确认铺装层裂缝问题相对较轻，仅影响到了桥梁工程的外部美观性，并没有涉及到使用功能层面时，则可以采用表面喷涂法修补，将一层密实且黏度较高的水泥砂浆保护层喷射至裂缝内，实现修补裂缝目的[5]。为优化喷浆修补效果，在正式喷浆前应组织工人对裂缝进行凿毛处理并清除干净，随后对基层行润湿处理后方可进行喷浆操作。针对桥面裂缝严重的问题，可采用注浆法处理，该工法应用时，主要是把混凝土或环氧树脂等材料在低压低速的作用下输注到裂缝内，借此方式实现预期修补目标。在注浆以后可以将钢钉钉在裂缝上，一方面能强化裂缝修补效果，另一方面也能规避裂缝拓展问题。若为横向裂缝，注浆法使用阶段可以顺沿横缝两端侧分别50~100㎝范畴中开槽，挖出上面层土，而后顺沿裂缝布设孔位，设定孔距为200㎝，两排布孔共计30个；在涵顶孔深3.8m，涵顶之外孔深8.0m，结合裂缝适度调整孔位（见图1）[6]。利用汽车式地质钻孔机，φ108钻头回旋钻穿下面层；利用灰浆搅拌机依照水灰比08：1.0搅拌纯水泥浆，添加些许早强剂，选用普通425号水泥；利用压浆机两排孔口封闭实现一次性注浆，每次注浆量以0.05~0.1m³为宜。
        针对桥面裂缝问题的治理，还可以采用如下两种工法：（1）结构加固法：等同于拓展混凝土结构的截面面积，于构件的角部外包型钢，利用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点数目加固等。（2）混凝土置换法：改工法的应用前要先凿除已经破损的混凝土，而后更换新的混凝土或他类材料，通常而言，该种修补方法适用于出现严重损坏的混凝土桥梁。

        图1 注浆加固立面图（cm）
        2、加强桥梁结构质量的控制
        首先，针对地基不均匀沉降问题及结构变形、裂缝等问题，加固治理的重点以增强桥梁的载重能力为主，可以采用适量增加桥体纵梁数目的方法，其能一次性提高跨度指标，在此基础上强化桥梁的载重性能。也可以适度拓展桥梁面积，比如采用增加桥体钢筋的形式提高载重力。其次，针对由于桥梁设计不规范与施工不到位而引起的不均匀沉降问题，应结合工程所在地实况、技术设备水平及人员配置情况等，有针对性的改进设计方案，持续提升其完善度，为优化桥梁结构施工效果提供可靠指导[7]。最后，可以适度整改结构体系，采用增设支撑或桥墩的形式实现加固，利用连续的或者于梁下增设钢架等加劲梁或叠合梁将既往简支取而代之，其作用以减少梁中控制截面峰值弯矩、提升承载力为主。
        3、防治混凝土碳化问题
        首先，道桥施工阶段，应综合多种客观因素，科学选择水泥品种，若面对的是水位变化区及干湿交替作用的位置，建议施工方购置抗硫酸盐普通水泥；而针对冲刷严重的位置，则推荐使用高强度水泥，借此方式从基础环节防控混凝土碳化问题。其次，在设计混凝土的施工方案时，应确保配比科学，可以添加适量外加剂，并选用适宜的搅拌与运输方式。再者，合理设置混凝土的振捣频次，通过增强其密实度防治问题，通常混凝土的坍落度为150mm时推荐奖振捣时间设定为10~15s，振捣时间长短和坍落度大小之间存在负相关性，能够防治混凝土密实度不足而扩大其内部毛细空穴的问题，拓展了碳化深度[8]。最后，可以采用环氧基液涂层完成养护，在桥梁建筑的地下部分增设保护层，以溶注液浸注混凝土。若桥梁施工活后期运维阶段察觉到混凝土出现了碳化问题，则应及时采用环氧材料做修补处理，若碳化问题较为严重时，则可以采用凿除混凝土松散处，清理干净后，选用环氧砂浆或细石混凝土填补，环氧基液做涂基用于加强结构维护。
        4、外包裹材料加固
        该项加固技术等同于针对桥梁工程存在质量病害的部分，利用包裹材料包裹处理，取得预期加固效果。钢板或型钢是当下我国建筑领域中的常用的外包裹材料，本文这里所提及的包裹方式并不仅是传统意义上的包裹，还涵盖了粘贴、焊接等多种形式，应结合工程具体需加固处理的位置或桥梁整体运行状态，采用最适的包裹材料与方式。比如，针对混凝土构成的构件，推荐施工方最好使用湿法外包技术把刚才粘贴到构件的外侧，进而起到加固结构的作用。
        5、预应力加固
        对于该项加固技术分析，其主要是加固混凝土受弯结构，降低外部荷载对桥梁形成的不良影响，进而整体提升道桥整体的承载能力与抗剪承载力，优化桥梁整体受力状态。另外，合理应用预应力加固技术还能起到加固桥梁结构、缓解混凝土裂缝拓展进程的作用。当下，国内很多地区采用混凝土钢筋建设桥梁，利用预应力下撑拉杆方法进行加固，能有效结合杆连接构件，以此为基础构建出新型的超静定结构，科学提升桥梁结构的有关管束条件，明显改善桥梁的现实受力状况。
        结束语
        道桥施工活运行阶段出现的各种结构病害，对结构各项性能指标均形成一定负面影响，最终会降低道桥的质量安全水平，减短其使用寿命。为此，在桥梁工程的设计、施工及后期养护阶段，一定要从思想上认识到防控各种结构损害的重要意义，结合具体工况，有针对性的进行修补与加固，将结构病害发生率降至最低，最大限度的提升道桥工程的建设质量。
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