徐榕　魏瑩瑩　楊怡宣　潘勇泉　閉祖鋮

摘 要：公路橋梁工程在交通工程中占據(jù)重要地位。但是，從公路橋梁的設(shè)計(jì)、施工到使用運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過程中，受多種因素的影響，公路橋梁會(huì)產(chǎn)生許多結(jié)構(gòu)性或非結(jié)構(gòu)性的損壞，這些損壞可能導(dǎo)致公路橋梁無法繼續(xù)使用，因此，防止缺陷擴(kuò)大、對(duì)公路橋梁進(jìn)行修復(fù)加固，以滿足其繼續(xù)使用的承載力及剛度要求顯得尤其重要。基于此，本文首先分析公路橋梁的常見病害及受損原因，然后探討公路橋梁的修復(fù)技術(shù)和加固技術(shù)。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;修復(fù)技術(shù);加固技術(shù)

Abstract： Highway and bridge engineering occupies an important position in traffic engineering. However， in the whole process of design， construction and operation of highway bridges， affected by many factors， highway bridges will produce many structural or non-structural damages， which may lead to the failure of highway bridges to continue to use. Therefore， it is particularly important to prevent the expansion of defects， repair and reinforcement of highway bridges to meet the requirements of the carrying capacity and stiffness for their continued use. Based on this， this paper first analysed the common diseases and damages of highway bridges， and then discussed the repair and reinforcement technology of highway bridges.

Keywords： highway bridge;repair technology;reinforcement technology

1 公路橋梁的常見病害及受損原因

按受損部位不同，可將公路橋梁常見受損分為兩大類：橋面受損和上部結(jié)構(gòu)受損。公路橋梁損傷會(huì)在路橋的不同部位造成不同的病害，主要病害有裂縫、碳化、剝蝕、損害或缺損、沉降等。橋面受損主要包括公路橋梁橋面鋪裝破損、欄桿和防撞護(hù)欄損傷及伸縮縫處錨固混凝土破損。第一，橋面鋪裝層受損主要來源于設(shè)計(jì)和施工。設(shè)計(jì)階段除考慮對(duì)鋪裝下部結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算外，還需考慮負(fù)彎矩對(duì)鋪裝產(chǎn)生拉應(yīng)力的影響，否則鋪裝極可能在拉應(yīng)力下產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致破壞。此外，在施工階段，要嚴(yán)格控制上部結(jié)構(gòu)的高度，使其與設(shè)計(jì)值的差距在允許范圍內(nèi)，否則會(huì)因厚度影響鋪裝的剛度和承載力。第二，欄桿及防撞護(hù)欄損傷一般發(fā)生在使用階段，主要包括由于大型車輛對(duì)防護(hù)欄沖擊造成的撞擊損壞或產(chǎn)品過大變形，由于雨水侵蝕導(dǎo)致的鋼筋銹蝕和外部構(gòu)件腐蝕，水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部導(dǎo)致鋼筋銹脹產(chǎn)生的裂縫等。第三，伸縮縫的混凝土由于直接承受車輪反復(fù)沖擊，或未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，或與背墻混凝土結(jié)合不好，或背墻混凝土質(zhì)量差等原因，造成伸縮縫部位混凝土破損。

2 公路橋梁的一般修復(fù)技術(shù)

2.1 表層缺陷的修復(fù)

混凝土公路橋梁表層缺陷的修復(fù)技術(shù)可分為混凝土修復(fù)、水泥砂漿修復(fù)、混凝土黏結(jié)劑修復(fù)、環(huán)氧樹脂、混凝土表面防腐涂裝、鋼筋銹蝕修復(fù)、裂縫修復(fù)。

混凝土修復(fù)可通過直接澆筑、噴射、壓漿等方式對(duì)公路橋梁表面較大范圍的破損進(jìn)行修復(fù)。需要注意的是，在修復(fù)前，要對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，主要對(duì)混凝土表面的蜂窩、空洞進(jìn)行處理、鑿毛，對(duì)生銹的鋼筋進(jìn)行除銹。

水泥砂漿修復(fù)主要通過人工涂抹、噴漿等方式對(duì)混凝土表面較小范圍的破損進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)的水泥砂漿可以是普通水泥砂漿或?qū)Ｓ眯扪a(bǔ)材料。

混凝土黏結(jié)劑修復(fù)技術(shù)可分為表面涂抹修復(fù)和澆筑修復(fù)。前者主要適用于表面小面積范圍的修復(fù)，如風(fēng)化、淺層剝落等;后者主要對(duì)深入構(gòu)件內(nèi)部的缺陷進(jìn)行修復(fù)。

利用環(huán)氧樹脂主要是進(jìn)行防腐修復(fù)。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂具有較好的抗?jié)B性和抗腐蝕性，且能與混凝土黏結(jié)良好，是一種很好的修復(fù)材料。但這種修復(fù)技術(shù)所需成本高，工藝要求嚴(yán)格，不常使用[1]。

2.2 鋼筋銹蝕的修復(fù)

混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕會(huì)導(dǎo)致混凝土和鋼筋脫開，甚至?xí)鸹炷灵_裂剝落，降低構(gòu)件的耐久性。因此，需要對(duì)鋼筋銹蝕部位進(jìn)行修復(fù)，主要步驟為：剝離已損壞的表層混凝土、除銹、涂刷阻銹劑和黏結(jié)劑、噴涂或澆筑混凝土，并且需要對(duì)新澆筑的混凝土進(jìn)行表面處理。

2.3 裂縫修復(fù)

公路橋梁產(chǎn)生的裂縫可以分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，這里主要探討非結(jié)構(gòu)性裂縫的修復(fù)方法。非結(jié)構(gòu)性裂縫短期內(nèi)不會(huì)影響公路橋梁的承載能力，但隨著裂縫不斷發(fā)展，可能會(huì)對(duì)公路橋梁的強(qiáng)度和耐久性造成影響，因此需要對(duì)非結(jié)構(gòu)性裂縫進(jìn)行修復(fù)處理。

公路橋梁非結(jié)構(gòu)性裂縫的修復(fù)方法主要分為表面封閉修復(fù)法、表面粘貼修復(fù)法、壓力灌漿修復(fù)法三類。

其中，表面封閉修復(fù)的常用方法有填縫法、抹灰法、噴漿法、鑿槽嵌補(bǔ)法、加箍封閉法。填縫法：將水泥砂漿填補(bǔ)于清理干凈后的縫隙中，常用于輕微裂縫的簡(jiǎn)單修理;抹灰法：在裂縫部位的砌塊或混凝土表面涂抹水泥漿修復(fù);噴漿法：在裂縫部位結(jié)構(gòu)層上噴射密實(shí)高強(qiáng)的水泥砂漿;鑿槽嵌補(bǔ)法：在裂縫處鑿一條深槽，并在槽內(nèi)嵌補(bǔ)黏結(jié)材料;加箍封閉法：在鋼筋混凝土梁的主應(yīng)力裂縫處，垂直裂縫方向加箍封閉裂縫。

表面粘貼修復(fù)法可分為粘貼玻璃布法、粘貼鋼板法。粘貼玻璃布法：對(duì)于細(xì)小的裂縫，可以粘貼兩層玻璃布進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)前需要對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，并涂刷環(huán)氧基液;粘貼鋼板法：先在需要粘貼鋼板的混凝土表面涂刷環(huán)氧基液黏結(jié)劑，再將鋼板固定并養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，最后對(duì)鋼板表面進(jìn)行防腐處理。

壓力灌漿修復(fù)法依據(jù)灌入漿材不同分為水泥灌漿修復(fù)法、化學(xué)灌漿修復(fù)法兩種。原理是通過施加一定的壓力，將漿液灌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫中，達(dá)到封閉裂縫的目的。

水泥灌漿法的灌漿材料有水泥砂漿、水泥黏土、石灰、石灰水泥、石灰黏土。其具體施工流程為：確定裂縫的數(shù)量、范圍、鉆孔位置;確定漿液數(shù)量;按設(shè)計(jì)的位置鉆孔;孔徑合格后清孔;最后通過孔眼將漿液灌入。

化學(xué)灌漿法的灌漿材料有環(huán)氧樹脂類漿液、水玻璃類漿液、丙烯酸酯類漿液、聚氨酯類漿液等。其施工流程為：檢查裂縫情況，做好灌漿材料配料、埋嘴、灌漿注射等工作;確定鉆孔位置;孔深、孔徑合格后清孔;埋嘴;嵌縫或堵漏處理;埋嘴一天后，通過進(jìn)行壓水或壓氣試驗(yàn)檢查裂縫封閉和孔眼暢通情況;灌漿;拆除灌漿嘴，并用環(huán)氧膠泥抹平并一層環(huán)氧樹脂水泥漿。

3 公路橋梁常用的加固技術(shù)

公路橋梁加固方法和技術(shù)繁多，總體可以分為兩大類，包括五種方法。第一類為被動(dòng)加固法，包括增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和粘貼纖維復(fù)合材料加固法三種方法;第二類為主動(dòng)加固法，包括體外預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)體系加固法。

3.1 被動(dòng)加固法

3.1.1 增大截面加固法。原理：通過植筋等方法增大構(gòu)件截面和配筋。分類：根據(jù)不同的加固目的和要求，可分為以增大混凝土截面為主的加固以及加配鋼筋為主的加固。

以增大截面為主的加固即為增大受壓區(qū)構(gòu)件截面加固法，需要將原有橋面鋪裝全部鑿除，然后在原有橋面系上澆筑混凝土補(bǔ)強(qiáng)層。但由于增大了橋面高度，會(huì)使公路橋梁自重增大，從而導(dǎo)致恒載彎矩增加較多。因此，該法適用于原橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不足、截面面積過小，而墩臺(tái)及基礎(chǔ)較好、承載力較大及梁體凈空受限的情況。

以加配鋼筋為主的加固又稱增大受拉區(qū)梁截面法。主要通過將T型梁、工字梁的下翼緣受拉區(qū)加寬加高，箱梁腹板和底板加厚等擴(kuò)大梁的受拉面積，同時(shí)，在新增斷面中增設(shè)普通鋼筋或者預(yù)應(yīng)力鋼筋。適用于梁內(nèi)的主要受力鋼筋截面面積不足，無法滿足抗彎承載力的要求，而橋下凈空又受到限制、不允許過多地增加主梁高度的情況。

增大截面加固法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、受力性能明確、加固后主梁的承載能力、剛度、穩(wěn)定性明顯提高，效果明顯、加固費(fèi)用低。但增大截面加固技術(shù)作業(yè)工作量大、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、占用空間較多、還需適當(dāng)中斷交通;若增大梁底尺寸，會(huì)使公路橋梁凈空有所減少。因此，這種方法適用于原橋鋼筋和截面尺寸偏小，下部構(gòu)件承載力較好的公路橋梁。

3.1.2 粘貼鋼板加固法。原理：采用環(huán)氧樹脂系列黏結(jié)劑，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)或抗剪薄弱部位，保證混凝土與鋼板作為一個(gè)新的整體共同受力。

加固流程為：鋼板條制作→混凝土面和鋼板面處理→加壓固定及卸載系統(tǒng)準(zhǔn)備→膠黏劑配制→涂抹和粘貼→檢驗(yàn)→維護(hù)。

3.1.3 粘貼纖維復(fù)合材料加固法。原理：通過在梁體底面或箱梁內(nèi)壁粘貼纖維布，使其與公路橋梁結(jié)構(gòu)布置鋼筋共同承受拉力，提高公路橋梁承載能力。

粘貼纖維復(fù)合材料加固法中所使用的復(fù)合纖維片是一種新型建材，其具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。用于混凝土梁、板橋的加固時(shí)，提高抗彎承載能力;也可用于加固鋼筋混凝土受壓柱，以提高其承載力、延性、耐久性等。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)便，成型方便，能適應(yīng)不同構(gòu)件形狀，不影響結(jié)構(gòu)的外觀;采用的材料自重輕，因此，并不增加恒載及斷面尺寸，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的損傷;該法常使用的碳纖維布（片）具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，可以提高混凝土的抗腐蝕和碳化的能力。但是，這種加固技術(shù)受分階段受力的影響，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的高抗拉性能很難發(fā)揮作用，而且復(fù)合材料的造價(jià)較高，易造成得不償失的后果。

3.2 主動(dòng)加固法

3.2.1 體外預(yù)應(yīng)力加固法。原理：運(yùn)用預(yù)應(yīng)力原理，通過在原有構(gòu)件截面外增設(shè)預(yù)應(yīng)力束，施加一定初始應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力束通過與結(jié)構(gòu)主體截面相連接的錨固與轉(zhuǎn)向?qū)嶓w來傳遞預(yù)應(yīng)力，從而構(gòu)成預(yù)應(yīng)力加固體系。

體外預(yù)應(yīng)力加固主要分為兩種體系：一是黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系;二是無黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系。黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系的方法是將鋼絞線穿入孔道管內(nèi)，進(jìn)行鋼絞線的張拉，鋼絞線張拉完成后，再將孔道內(nèi)灌入水泥漿。無黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系是將單根無黏結(jié)筋平行穿入孔道內(nèi)，在張拉無黏結(jié)筋之前，先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無黏結(jié)筋定位，然后進(jìn)行無黏結(jié)筋的張拉。

體外預(yù)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)：可以抵消部分自重應(yīng)力，以達(dá)到卸載作用，從而較大幅度地提高梁的承載能力，增強(qiáng)公路橋梁耐久性;能有效控制結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度，使裂縫全部或部分閉合，大幅度減少撓度;所需設(shè)備簡(jiǎn)單，人力投入少，施工工期短，不影響橋下凈空;在施工過程中，可以不中斷交通或短時(shí)間限制交通;加固后自重增加小，對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)受力影響不大，加固費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益明顯;能夠控制和調(diào)整校核體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力，便于更換體外預(yù)應(yīng)力鋼筋且體外預(yù)應(yīng)力變化幅度小，無疲勞問題，但其缺點(diǎn)也很明顯。由于體外束與混凝土僅在錨固區(qū)與轉(zhuǎn)向塊處相連接，容易發(fā)生振動(dòng)，因此，必須增加定位裝置，對(duì)體外束自由長(zhǎng)度加以限制，且體外束容易受到環(huán)境的侵蝕及火災(zāi)的影響;轉(zhuǎn)向塊應(yīng)力集中，受力復(fù)雜，很容易出現(xiàn)大量裂縫，而且結(jié)構(gòu)特別笨重。經(jīng)體外預(yù)應(yīng)力加固后，結(jié)構(gòu)很可能處于超筋狀態(tài)，因此，在極限狀態(tài)下，可能因延性不足而沒有預(yù)警;體外力筋的實(shí)際偏心較小，極限狀態(tài)下的抗彎能力小于其體內(nèi)有黏結(jié)力筋。

3.2.2 改變結(jié)構(gòu)體系加固。原理：改變?cè)窐蛄航Y(jié)構(gòu)受力體系，用以調(diào)整結(jié)構(gòu)上內(nèi)力的分布，提高公路橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力。通過對(duì)原橋梁情況進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，選取合適的加固方法，例如：將簡(jiǎn)支梁改為連續(xù)梁，以改變其內(nèi)力分布。

4 公路橋梁加固設(shè)計(jì)新工法

傳統(tǒng)的加固和修復(fù)方法都比較單一，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都很明顯，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)的多發(fā)病害，可以采用多種方法有機(jī)結(jié)合的方式，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，以滿足公路橋梁使用要求和承載力要求，同時(shí)又不降低其某方面的性能。

4.1 后增鋼桁架體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

后增鋼桁架體外預(yù)應(yīng)力主要通過設(shè)置鋼桁架和體外預(yù)應(yīng)力筋兩種方式結(jié)合來提高舊橋的承載力。這種加固方式不但可以改善公路橋梁的受力，而且能避免因?yàn)橹匦录庸潭构窐蛄涸馐苄碌膿p壞。該方法通過設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力筋減小外荷載和公路橋梁自重產(chǎn)生的正彎矩，抑制裂縫的發(fā)展;設(shè)置鋼桁架作為橫隔梁，可以增強(qiáng)公路橋梁間的整體性，提高主梁之間的共同工作性能。

其中，體外預(yù)應(yīng)力可對(duì)需要加固或提高承載力的公路橋梁，在其梁底或兩側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼絲束。采用這種加固方式無需鑿除原有的混凝土保護(hù)層，可降低由于加固而對(duì)公路橋梁造成的損傷。需要注意的是，在穿布體外預(yù)應(yīng)力鋼束前需要對(duì)原底板鋼筋位置進(jìn)行測(cè)定，防止盲目施工導(dǎo)致費(fèi)孔。預(yù)應(yīng)力束的張拉可按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）的相關(guān)要求執(zhí)行，最后需要進(jìn)行封錨和防腐處理，并設(shè)置鋼束減震裝置。

利用體外預(yù)應(yīng)力加固公路橋梁可以大幅度提高舊橋的承載力，對(duì)舊橋的損傷減小，不增加公路橋梁高度，且在加固過程中可以不影響正常使用，經(jīng)濟(jì)效益較高[2]。

4.2 新增橫隔板加固

橫隔板加固主要針對(duì)公路橋梁橫向聯(lián)系較弱的情況，可以通過增設(shè)橫隔板或鋼橫系梁等方式加固公路橋梁承重結(jié)構(gòu)。其主要流程是：測(cè)定原鋼筋位置、放樣、下料、安裝、防腐處理。測(cè)定原鋼筋位置是為了避開主要受力鋼筋，下料時(shí)也可以進(jìn)行防腐和孔內(nèi)處理。

通過增設(shè)橫隔板的方式能夠加強(qiáng)主梁之間的聯(lián)系，對(duì)承受偏載和提高抗扭剛度的作用明顯。但是，為保證其面內(nèi)外的穩(wěn)定性，還需要配置一定的受力鋼筋。

5 結(jié)語

任何一座公路橋梁在使用過程中，都或多或少地存在一定程度的缺陷，而造成公路橋梁缺陷的成因有很多種。若不對(duì)缺陷加以處理，缺陷將越來越嚴(yán)重，最終危及公路橋梁安全。在對(duì)公路橋梁缺陷進(jìn)行處理時(shí)，必須深入分析造成公路公路橋梁缺陷的具體原因，然后采取科學(xué)合理的技術(shù)手段對(duì)橋梁缺陷進(jìn)行修復(fù)。此外，還要在設(shè)計(jì)、施工階段預(yù)防缺陷的發(fā)生，認(rèn)真做好建設(shè)階段各個(gè)過程的質(zhì)量控制。

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