胡月奇 劉山洪 柯尊能

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074)

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)修建了大量的梁式橋，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益，取得了巨大的成就，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了促進(jìn)作用。然而，隨著大量橋梁服役年限的提高，在荷載和環(huán)境的共同作用下，各種各樣的病害相繼產(chǎn)生，對(duì)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)造成了隱患。在2011年12月對(duì)重慶市永川區(qū)橋梁定期檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，梁式橋的主要病害有:1)梁體開裂，出現(xiàn)大量裂縫;2)梁體跨中下?lián)?3)混凝土表面的表層缺陷;4)橋面鋪裝出現(xiàn)大量裂縫。尤其是大跨徑的梁式橋，出現(xiàn)的病害較多。因?yàn)闄z查中觀測(cè)到的各種病害不僅影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，而且會(huì)影響到行車的安全性，故對(duì)這些病害進(jìn)行原因分析，并及時(shí)采取相應(yīng)的處治措施就顯得十分必要［1］。本文通過對(duì)重慶市永川區(qū)橋梁定期檢查，總結(jié)了梁式橋在運(yùn)營(yíng)管理過程中存在的主要病害，在此基礎(chǔ)上，并進(jìn)一步分析了產(chǎn)生這些病害的原因，最后提出了相應(yīng)的處治加固對(duì)策［2］。

1 梁式橋主要病害分析

1.1 梁體開裂

在永川區(qū)橋梁定期檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，梁式橋梁開裂的種類有很多，主要有:腹板斜裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、橫隔板裂縫、混凝土塊劈裂、齒縫等。下面針對(duì)橋梁檢查中經(jīng)常出現(xiàn)的前三種裂縫表述我的觀點(diǎn)。

腹板斜裂縫。在本次重慶市永川區(qū)橋梁定期檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)腹板斜裂縫是出現(xiàn)最多的梁體裂縫。一般與梁軸線成一定角度。往往這類裂縫隨時(shí)間的推移，數(shù)量會(huì)有所增加，并且向上、下和跨中方向發(fā)展。在檢查的過程中，對(duì)某特大橋進(jìn)行了檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)箱梁裂縫多達(dá)300多條，其中大約有80%的裂縫分布在箱梁腹板內(nèi)表面上，剩下的裂縫則分布在箱梁腹板外表面上和箱梁底板上。在本次永川橋梁定期檢查過程中，發(fā)現(xiàn)的典型腹板斜裂縫如圖1所示。出現(xiàn)斜裂縫的主要原因有:

1)取消了預(yù)應(yīng)力筋彎起束;在箱梁的設(shè)計(jì)中，取消彎起束后，主拉應(yīng)力由縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力來克服，這樣做雖然方便施工，減薄了腹板的厚度，但豎向預(yù)應(yīng)力筋連接的十分不可靠，這樣有效預(yù)應(yīng)力就得不到保證，最后結(jié)果就是斜裂縫大量出現(xiàn)。

2)設(shè)計(jì)中僅從縱向和豎向來分析計(jì)算主拉應(yīng)力，沒有充分考慮橫向的影響，從而使計(jì)算的主拉應(yīng)力值偏小。

3)腹板偏薄，混凝土的澆筑質(zhì)量不能得到很好保證;同時(shí)配置的普通鋼筋偏少，不能有效限制裂縫的發(fā)展。

4)豎向預(yù)應(yīng)力施工操作不夠規(guī)范，誤差較大，有效預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重不足，達(dá)不到規(guī)范要求。為了防止斜裂縫的發(fā)展，必須采取一定的對(duì)策。

常用的對(duì)策有:

1)保證有足夠的斜截面強(qiáng)度;

2)計(jì)算分析中考慮橫向的影響，采用三維來分析主拉應(yīng)力，避免漏項(xiàng);

3)配置彎起束，并采用二次或多次張拉豎向預(yù)應(yīng)力束，確保其有效預(yù)應(yīng)力滿足要求。

圖1 腹板斜裂縫

圖2 縱向裂縫

縱向裂縫?？v向裂縫通常出現(xiàn)在與橋軸方向平行的位置，主要存在頂板、底板，該裂縫在橋梁定期檢查中也經(jīng)常出現(xiàn)，典型的裂縫如圖2所示。形成縱向裂縫的主要原因有:

1)超載。在調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，許多的交通要道出現(xiàn)了大量的運(yùn)煤車輛及大型的運(yùn)貨車輛，這些車輛的載重通常都超出了設(shè)計(jì)荷載的允許值。

2)收縮差引起的裂縫。許多大型橋梁的墩身與墩上的梁的建成時(shí)間相差很遠(yuǎn)。比如連續(xù)剛構(gòu)橋當(dāng)墩身建成相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，墩上梁的0號(hào)塊才開始興建，而此時(shí)墩身的橫向收縮基本完成，0號(hào)塊的橫向收縮由于受到墩身約束從而導(dǎo)致底板中部出現(xiàn)裂縫。存在齡期差的混凝土結(jié)合面，都有因收縮差而出現(xiàn)縱向裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。因此，分段澆筑的時(shí)間間隔不要太長(zhǎng)。

3)頂板偏薄。在頂板的設(shè)計(jì)中，要布置縱、橫向預(yù)應(yīng)力束，還要布置普通鋼筋，在這三種鋼筋中，橫向預(yù)應(yīng)力筋是最重要的，然而其位置較難準(zhǔn)確控制，如果偏差較大，就容易在頂板下緣出現(xiàn)縱向裂縫。同時(shí)，頂板偏薄后，其在活載作用下的混凝土應(yīng)力變幅就會(huì)加大，進(jìn)而出現(xiàn)疲勞裂縫。

4)水化熱導(dǎo)致的開裂。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在采用懸臂澆筑施工的底板較厚的梁端根部，尤其在天氣溫度較低時(shí)，進(jìn)行拆模后就會(huì)發(fā)現(xiàn)底板下緣存在大量縱向裂縫。

5)瀝青攤鋪時(shí)的高溫影響。橋面廣泛采用瀝青混凝土鋪裝，而瀝青混凝土攤鋪時(shí)要求高溫操作，攤鋪溫度往往高達(dá)1 500℃，橋面鋪裝層的上部與大氣熱交換，導(dǎo)致瀝青混合料及周圍環(huán)境溫度不斷變化;鋪裝層的下部分與結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度急速升高，形成非常大的梯度溫度，從而對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常不利的影響。

橫向裂縫。在橋梁的相關(guān)規(guī)范中，嚴(yán)格要求橋梁的設(shè)計(jì)施工中不能出現(xiàn)橫向裂縫。出現(xiàn)橫向裂縫的主要原因有:

1)有效預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)應(yīng)力徐變損失在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)偏小，而通常徐變是若干年后一直在進(jìn)行的;沿管道預(yù)應(yīng)力損失偏大;預(yù)應(yīng)力筋因銹蝕后預(yù)應(yīng)力下降;這些因素都會(huì)導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力達(dá)不到要求。

2)對(duì)剪力滯所造成的影響因素考慮不夠周全。通過軟件分析發(fā)現(xiàn)腹板區(qū)域上下緣的縱向拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均應(yīng)力，而在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有很周全的考慮這一因素。

3)梁體下?lián)线^大導(dǎo)致橫向裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)斜裂縫發(fā)展到一定數(shù)量后對(duì)橫向裂縫的生成也有影響。

4)梁體超方、鋪裝超厚、橋面超載。

5)摩擦樁不均勻沉降，應(yīng)慎用連續(xù)結(jié)構(gòu)。

1.2 梁體跨中下?lián)?/h3>

梁體跨中下?lián)显诖罂鐝綐蛄旱亩ㄆ跈z查中十分普遍。跨中下?lián)贤楹蜋M向裂縫或斜裂縫一起出現(xiàn)，大跨徑橋梁的下?lián)犀F(xiàn)象十分嚴(yán)重?？缰邢?lián)系脑蚍治鋈缦?

1)沒有重復(fù)認(rèn)識(shí)徐變對(duì)下?lián)系挠绊憽Ｔ谠O(shè)計(jì)的過程中，大家往往不重視施工階段撓度的控制，以為通過調(diào)整模板高程及設(shè)預(yù)拱度即可解決，對(duì)施工造成的下?lián)系恼J(rèn)識(shí)不夠深入。在恒載作用下，撓度可達(dá)相當(dāng)大的值，徐變下?lián)嫌峙c恒載下?lián)铣烧?，恒載下?lián)显酱?，徐變下?lián)暇驮酱?。雖然設(shè)置預(yù)拱度可以消除一部分下?lián)希菂s不能減小徐變下?lián)峡偭俊?/p>

2)過分強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的輕型化。為減小恒載內(nèi)力，20世紀(jì)90年代過分強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的輕型化。構(gòu)件變薄之后，混凝土的應(yīng)力就高，而徐變變形又與應(yīng)力成正比，進(jìn)而變形就越大。

3)部分活載也會(huì)產(chǎn)生一定的徐變撓度。在設(shè)計(jì)過程中，計(jì)算徐變撓度只考慮恒載，沒有考慮活載影響。在交通繁忙的路段上，車流巨大，日夜不間斷，此時(shí)橋梁承受的部分活載實(shí)際上可以看成“恒載”，也就會(huì)產(chǎn)生徐變撓度，導(dǎo)致下?lián)霞哟蟆?/p>

4)施工質(zhì)量上的缺陷導(dǎo)致的跨中下?lián)?。在施工的過程中，對(duì)預(yù)應(yīng)力管道定位及管道漏漿控制往往不夠嚴(yán)格，實(shí)際上，管道摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失比設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的采用值大很多，相差甚遠(yuǎn)。這樣就會(huì)導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力不足，下?lián)显龃蟆?/p>

5)梁體開裂也會(huì)導(dǎo)致?lián)隙燃哟?。梁體開裂后，無論是斜裂縫還是橫向裂縫，均會(huì)導(dǎo)致梁的剛度降低，承載力下降，進(jìn)而梁的撓度也會(huì)加大，當(dāng)梁體存在較大裂縫時(shí)更是如此。

1.3 混凝土表面的表層缺陷

在檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)無論是梁還是橋墩和基礎(chǔ)等，都存在大量的表層缺陷，這是每個(gè)梁橋的共有現(xiàn)象?；炷恋谋韺硬『χ饕?坑洞、露筋、孔洞、磨損、剝落、混凝土碳化、表面裂縫、接縫不平等?？锥?、露筋、破損等病害如圖3，圖4所示。

圖3 梁體出現(xiàn)大量坑洞、露筋

圖4 梁體混凝土剝落、破損

在橋梁定期檢查過程中發(fā)現(xiàn)的混凝土表面的蜂窩、麻面及孔洞等病害主要是由于施工過程控制不嚴(yán)造成的。蜂窩麻面是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面比較常見的病害，蜂窩的現(xiàn)象是混凝土結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)松散，無強(qiáng)度狀態(tài)。其產(chǎn)生的原因主要有混凝土配合比不當(dāng)或砂、石子、水泥材料加水量計(jì)量不準(zhǔn)，造成砂漿少、石子多;混凝土攪拌時(shí)間不夠，未拌合均勻，和易性差，振搗不密實(shí);下料不當(dāng)或下料過高，未設(shè)串通使石子集中，造成石子砂漿離析;混凝土未分層下料，振搗不實(shí)，或漏振，或振搗時(shí)間不夠;模板縫隙未堵嚴(yán)，水泥漿流失;鋼筋較密，使用的石子粒徑過大或坍落度過小等等。麻面的現(xiàn)象是混凝土局部表面出現(xiàn)缺漿和許多小凹坑、麻點(diǎn)，形成粗糙面，但無鋼筋外露現(xiàn)象。其產(chǎn)生的主要原因有模板表面粗糙或粘附水泥漿渣等雜物未清理干凈，拆模時(shí)混凝土表面被粘壞;模板未澆水濕潤(rùn)或濕潤(rùn)不夠，構(gòu)件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水過多出現(xiàn)麻面;模板拼縫不嚴(yán)，局部漏漿;模板隔離劑涂刷不勻，或局部漏刷或失效。混凝土表面與模板粘結(jié)造成麻面;混凝土振搗不實(shí)，氣泡未排出，停在模板表面形成麻點(diǎn)。梁體表面或內(nèi)部的孔洞或空洞主要是由于混凝土澆筑過程中振搗不充分，混凝土內(nèi)部的氣體未及時(shí)排出或者粗細(xì)骨料級(jí)配不良而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部形成大量空洞。另外，混凝土表層磨損、腐蝕、老化剝落等，則是構(gòu)件在使用中所出現(xiàn)的缺陷，其主要原因如下:車輪磨耗;高速水流沖刷;保護(hù)層太薄;結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，雨水浸入;鋼筋銹蝕膨脹引起剝落;混凝土強(qiáng)度不足，表層細(xì)骨料太多等。

1.4 混凝土橋面系的病害

混凝土橋面鋪裝層的常見病害有:橋面鋪裝層出現(xiàn)大量縱向和橫向裂縫、橋梁鋪裝大量坑洞空洞、伸縮縫出現(xiàn)破損等。出現(xiàn)這些病害的原因主要是:超重、鋪裝層厚度不夠、雨水沖刷等，如圖5～圖7所示。

圖5 橋面鋪裝破損嚴(yán)重

圖6 橋梁鋪裝層的裂縫

圖7 伸縮縫破損嚴(yán)重

2 梁橋加固處治措施研究

在檢查完所有的橋梁之后，根據(jù)最新的JTG/TH21-2011公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定。評(píng)定結(jié)果表明，許多新建的橋梁基本在二類，而年代久遠(yuǎn)的橋梁在三類或者四類，都出現(xiàn)了不同程度的病害，個(gè)別舊橋已達(dá)到五類橋的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)JTG H11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范可知，一類橋梁應(yīng)進(jìn)行正常保養(yǎng);二類橋梁需進(jìn)行小修;三類橋梁需進(jìn)行中修，酌情進(jìn)行交通管制;四類橋梁需進(jìn)行大修或改造，及時(shí)進(jìn)行交通管制，如限載、限速通過，當(dāng)病害較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)關(guān)閉交通;五類橋梁需進(jìn)行改建或重建，及時(shí)關(guān)閉交通。如果不對(duì)其中的三、四類橋梁進(jìn)行及時(shí)加固維修，隨著時(shí)間的發(fā)展，這些橋梁就可能成為五類橋梁(危橋)。而一旦成為危橋之后，再采取措施進(jìn)行補(bǔ)救的話，就只能重建了。這樣不僅耗資巨大，而且有可能對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)造成損失。因此，對(duì)三、四類橋梁進(jìn)行及時(shí)加固維修顯得尤為重要。梁橋加固的方法有很多種，在實(shí)際加固時(shí)需要針對(duì)具體情況選擇合適的加固方案。以下是梁橋加固的常用修補(bǔ)方法。

2.1 橋梁裂縫的修補(bǔ)方法

在橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫之后，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該部位的檢查與觀測(cè)。首先要根據(jù)裂縫的特征、范圍，結(jié)合設(shè)計(jì)、施工相關(guān)資料進(jìn)行全方位的分析，確定裂縫性質(zhì)、原因以及危害程度，確定該裂縫是否需要修補(bǔ)并制定相關(guān)的修補(bǔ)方案。常用的結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)處理方法有:

1)采用表面封閉的修補(bǔ)法。該種方法就是采用表面噴漿、表面抹灰、鑿槽嵌補(bǔ)等工藝來修補(bǔ)裂縫的一種方法。表面噴漿修補(bǔ)是在經(jīng)鑿毛處理的混凝土裂縫處，噴射一層強(qiáng)度較高振搗密實(shí)的水泥砂漿保護(hù)層，以此來封閉裂縫。常用的措施有掛網(wǎng)噴漿、無筋素噴漿等。表面抹灰是指用水泥砂漿、水泥漿、環(huán)氧基液以及環(huán)氧砂漿等材料經(jīng)過充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笸磕ㄔ诨炷亮芽p處的一種方法。鑿槽嵌補(bǔ)法是指在混凝土裂縫處沿著縫隙鑿一條深槽，并在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種粘結(jié)性好的材料，如環(huán)氧砂漿、丙烯酸脂類化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑、瀝青等的一種修補(bǔ)方法。

2)壓力灌漿修補(bǔ)法。壓力灌漿是指通過施加一定的壓力將漿液灌入結(jié)構(gòu)物內(nèi)部裂縫，以達(dá)到封閉裂縫，修復(fù)并提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性的一種修補(bǔ)方法。該種方法一般用于裂縫較多且深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部較長(zhǎng)或者結(jié)構(gòu)有空隙的一種修補(bǔ)方法。按灌漿材料的不同，大致可以分為三類:石灰、水泥、粘土灌漿;化學(xué)物質(zhì)灌漿;瀝青材料灌漿。在這些灌漿方法中，采用環(huán)氧樹脂灌漿材料和甲基丙烯酸脂類材料進(jìn)行修補(bǔ)的方法能達(dá)到較好的修復(fù)效果，因此在應(yīng)用上比較廣泛。

3)表面粘貼碳纖維布或鋼板等材料的方法。此種方法主要是將碳纖維布或者鋼板粘貼在原結(jié)構(gòu)的薄弱部位，使兩者形成一個(gè)整體，并協(xié)同工作受力，這樣大大提高了結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力。無論是碳纖維布還是鋼板，它們的抗拉能力都很高，彈性模量大，用此法加固就很好的利用了它們本身的特性，提高了梁截面的剛度。

2.2 橋梁表層缺陷的修補(bǔ)

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的表層缺陷雖然不會(huì)引起塌橋等重大事故，但是并不意味著表層缺陷沒有任何危害。隨著時(shí)間的日積月累，這些表層缺陷通常都會(huì)加重，并造成混凝土強(qiáng)度的降低，進(jìn)而縮短橋梁的使用壽命，影響結(jié)構(gòu)安全。因此必須對(duì)表層缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，常用的修補(bǔ)方法有:

1)噴漿修補(bǔ)法。此方法是指將水泥砂漿混合料，通過高壓噴射到修補(bǔ)部位的一種修復(fù)方法。該方法主要適用于比較重要混凝土結(jié)構(gòu)物或者大面積的混凝土表層破損的修補(bǔ)。采用該方法可以使用較小的水灰比，獲得較高的強(qiáng)度和密實(shí)度，達(dá)到較好的修復(fù)效果。同時(shí)受噴面與噴射的砂漿層之間具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，修復(fù)后耐久性好，工藝比較簡(jiǎn)單。

2)采用混凝土粘結(jié)劑的修補(bǔ)方法。對(duì)混凝土表面出現(xiàn)的剝落、露筋、風(fēng)化及小面積的破損，通?？刹捎媚z粘劑進(jìn)行表面封涂的方法。首先通過相關(guān)工具反復(fù)擦刷新面層，然后用鐵皮、油灰刀、砌筑用板等將膠粘劑人工涂抹、壓實(shí)、粉光抹平，最后用草包等物遮蓋吸水物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)于裂縫深度較長(zhǎng)時(shí)，可以采用混凝土膠粘劑澆筑涂層的方法進(jìn)行修補(bǔ)，其施工工藝與人工修補(bǔ)的方法類似。

3)采用環(huán)氧樹脂材料的修補(bǔ)方法。環(huán)氧樹脂材料本身具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)抗腐蝕、抗?jié)B能力強(qiáng)，與混凝土等材料能夠牢固地粘結(jié)，是一種較理想的修補(bǔ)材料。但是它的價(jià)格比較貴，對(duì)工藝操作要求較高，一般只有在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下才使用。此方法已經(jīng)有一套成熟的操作工藝，在采用該方法時(shí)，為了達(dá)到修復(fù)效果，應(yīng)該嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行操作，并注意相關(guān)事項(xiàng)。

2.3 混凝土橋面系病害的修補(bǔ)

對(duì)于混凝土橋面鋪裝層出現(xiàn)的裂縫及坑洞、孔洞等病害，應(yīng)根據(jù)病害程度的大小及范圍及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，以免影響行車安全和舒適性。一般采用的方法主要是將出現(xiàn)病害的鋪裝層鑿除，用同樣強(qiáng)度的水泥砂漿或混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，最后養(yǎng)護(hù)。對(duì)于伸縮縫出現(xiàn)較大變形破損情況的橋梁，應(yīng)及時(shí)更換伸縮縫，以免伸縮縫出現(xiàn)更大程度的破壞，影響橋梁的變形和結(jié)構(gòu)安全。

3 結(jié)語

1)隨著社會(huì)的發(fā)展，梁橋已經(jīng)逐步取代了過去的石拱橋，越來越多的梁橋得以修建。作為重要的交通樞紐和生命線，梁橋在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和地位愈來顯著地受到人們的重視。

2)近二十年來，交通運(yùn)輸量增加，超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

3)為了延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命，保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢查觀測(cè)橋梁的病害，及時(shí)提出橋梁的加固方法，并做好日常養(yǎng)護(hù)工作就顯得更加的重要。

4)現(xiàn)在我國(guó)的大多數(shù)橋梁都到了后期的運(yùn)營(yíng)管理階段，橋梁都出現(xiàn)了不同程度的病害，面對(duì)數(shù)量龐大的橋梁，如何實(shí)時(shí)檢測(cè)橋梁的實(shí)況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，做好舊橋的維修加固是我們面臨的重要難題，這將是一個(gè)任重道遠(yuǎn)的任務(wù)。

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