1 前言

近些年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建造了許多重要的公路鐵路交通工程，為我國(guó)各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。橋梁項(xiàng)目作為道路建設(shè)中土建工程的一部分，在其中占據(jù)著很重要的地位。然而，在道路工程項(xiàng)目快速建設(shè)的同時(shí)，橋梁的安全問(wèn)題依然非常嚴(yán)峻，出現(xiàn)的病害問(wèn)題不容忽視。目前投入建成并運(yùn)營(yíng)的一些橋梁產(chǎn)生了很多病害，并對(duì)橋梁安全運(yùn)營(yíng)造成了威脅。高速公路、高速鐵路和重載鐵路等項(xiàng)目一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題，后果將不堪設(shè)想。在高速公路及高速鐵路上，因?yàn)檐?chē)輛運(yùn)行速度快、沖擊力大引發(fā)的橋梁病害問(wèn)題給行車(chē)安全帶來(lái)了巨大威脅；尤其是重載鐵路線(xiàn)路上，由于運(yùn)行的車(chē)輛噸位極大，對(duì)橋梁的荷載能力要求非常高，橋體本身也要承受比其他路橋項(xiàng)目更大的車(chē)輛沖擊。因此，在橋梁設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中需要對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行充分考慮，嚴(yán)防橋梁病害發(fā)生。

2 橋梁病害類(lèi)型及形成原因

目前我國(guó)已建成的不少路橋項(xiàng)目發(fā)生了橋梁病害，例如我國(guó)第一條高速鐵路秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)出現(xiàn)了因列車(chē)高速運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)造成上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力和撓度增加的情況，進(jìn)而導(dǎo)致橋上軌道變形；京滬高速鐵路在黃村和德州之間的路段，因大量開(kāi)采地下水，該處橋梁發(fā)生嚴(yán)重的沉降現(xiàn)象，有的沉降量已達(dá)到幾十厘米不等，部分橋梁出現(xiàn)了嚴(yán)重扭曲變形以及橋臺(tái)整體下沉的情況。我們作為橋梁的建設(shè)者，應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)到橋梁病害的危害性及其嚴(yán)重性。通過(guò)對(duì)已有橋梁病害現(xiàn)象的研究歸納和總結(jié)，可以看出橋梁病害問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜。橋梁病害包括多種形式，形成病害的原因也各有不同。常見(jiàn)橋梁病害主要分為以下幾類(lèi)：混凝土裂縫、橋體表面腐蝕剝落、蜂窩麻面以及鋼筋銹蝕等；而且隨著使用時(shí)間的增加，各種荷載使梁體受彎而造成跨中下?lián)隙纫渤掷m(xù)增大，從而出現(xiàn)跨中振幅過(guò)大等現(xiàn)象[1]。

裂縫是最常見(jiàn)的病害。從對(duì)橋梁承載能力影響的方面考慮，混凝土裂縫可以被分為非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。非結(jié)構(gòu)性裂縫一般是風(fēng)化、溶蝕、熱脹、冷縮等因素作用下形成的，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載力沒(méi)有影響；結(jié)構(gòu)性裂縫一般是由外部沖擊和內(nèi)部應(yīng)力集中作用共同引起的?；A(chǔ)的豎向不均勻沉降或水平方向的位移，都會(huì)使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加的應(yīng)力，一旦超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。因此，對(duì)于不同種類(lèi)的橋梁病害現(xiàn)象需要針對(duì)性處理和精準(zhǔn)性整治。

圖1 鋼筋外露和蜂窩麻面

圖2 跨梁箱腹板內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斜裂縫

3 橋梁病害預(yù)防與整治

對(duì)于將來(lái)可能發(fā)生的橋梁病害，應(yīng)采取合理有效的預(yù)防措施。我們要將安全生產(chǎn)的“雙防”理念引入橋梁病害的防治工作當(dāng)中，在橋梁的設(shè)計(jì)階段、施工過(guò)程、選擇材料等方面都需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，因地制宜選擇與環(huán)境相適應(yīng)的材料；而對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的橋梁病害，需要根據(jù)其產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)的處理措施，提高橋梁的耐久性能。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多條公路鐵路出現(xiàn)的橋梁病害特征進(jìn)行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)引發(fā)橋梁病害的主要原因主要有以下幾種：設(shè)計(jì)不合理、材料選擇、環(huán)境因素、長(zhǎng)期的荷載效應(yīng)以及施工過(guò)程中控制不到位。為了減少橋梁病害，減輕橋梁病害對(duì)橋梁使用壽命的影響，應(yīng)從病害發(fā)生的規(guī)律出發(fā)，對(duì)全面分析設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的整體一系列過(guò)程，并分階段采取有效的防治措施。

3.1 設(shè)計(jì)階段采取措施

在設(shè)計(jì)階段要著重考慮如何預(yù)防橋梁出現(xiàn)病害是橋梁病害預(yù)防最為有效措施。在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)環(huán)境、地形、施工季節(jié)、設(shè)計(jì)荷載等因素綜合考慮，因地制宜地選擇最合適的橋梁結(jié)構(gòu)、材料和施工方法，以保證橋梁的可靠性和耐久性。例如：高寒地區(qū)晝夜溫差大，夜間溫度極低，工程結(jié)構(gòu)經(jīng)常遭受頻繁熱脹冷縮等因素的不利影響，這種情況應(yīng)選用抗凍性好、變形適應(yīng)能力強(qiáng)的混凝土材料；而在跨海大橋的施工項(xiàng)目中，受到浸沒(méi)在海水中的結(jié)構(gòu)被海水中的氯離子腐蝕嚴(yán)重的威脅，在這樣的生產(chǎn)環(huán)境下，則應(yīng)該選用抗氯離子腐蝕性強(qiáng)的混凝土材料來(lái)對(duì)跨海大橋進(jìn)行建造。對(duì)于橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的常見(jiàn)病害，例如裂縫、跨中撓度等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止此類(lèi)病害的產(chǎn)生和發(fā)展。橋面裂縫的出現(xiàn)通常是由于混凝土材料的劣化所引起的，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要選擇適合施工條件的混凝土材料，同時(shí)還要考慮到可能出現(xiàn)影響安全的結(jié)構(gòu)裂縫；在設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證截面強(qiáng)度，并配置彎曲鋼束以及相應(yīng)的豎向預(yù)應(yīng)力束，然后再進(jìn)行二次張拉，以保證有效的預(yù)應(yīng)力大小；除此之外，還要適當(dāng)增加鋼筋的數(shù)量，加密箍筋；在梁高范圍內(nèi)增大縱向的鋼筋直徑，并進(jìn)行適當(dāng)加密，從而有效防止水平裂縫以及傾斜裂縫的發(fā)生。

3.2 施工階段防治方法

橋梁在預(yù)制階段的施工監(jiān)管、施工時(shí)間、溫度控制和混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，無(wú)論哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都可能產(chǎn)生橋梁病害。混凝土硬化質(zhì)量與澆筑時(shí)間、溫度控制和混凝土養(yǎng)護(hù)密切相關(guān)，因此澆筑過(guò)程中的施工監(jiān)管是橋梁質(zhì)量的重要保證之一；控制好影響施工質(zhì)量的各種因素，對(duì)建成橋梁的性能有著很重要的作用。在施工過(guò)程中，要保證混凝土澆筑質(zhì)量和混凝土的有效養(yǎng)護(hù)，這是防治混凝土表面缺陷的主要措施。夏季施工時(shí)，為減少混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的熱量對(duì)施工的不利影響，應(yīng)盡量減少每次澆筑的厚度，并充分利用混凝土澆筑面對(duì)其內(nèi)部的熱量進(jìn)行散熱，且采用灑水冷卻的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采取有效措施降低混凝土入模溫度。當(dāng)環(huán)境溫度急劇下降時(shí)，應(yīng)采取覆蓋保溫被等措施保持已澆混凝土表面的溫度，以免出現(xiàn)溫度梯度引起裂縫。當(dāng)混凝土的溫度高于外界環(huán)境的溫度時(shí)，應(yīng)控制好拆模時(shí)間，并做好表面保溫工作，防止溫差引起溫度應(yīng)力裂縫。

在施工過(guò)程中，還應(yīng)進(jìn)行有效的施工過(guò)程控制和施工監(jiān)管，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。連續(xù)鋼構(gòu)橋懸臂施工是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，其間經(jīng)歷了多次體系轉(zhuǎn)換，所以在此過(guò)程中必須采取科學(xué)、有效、合理的施工控制管理體系對(duì)施工各階段進(jìn)行分析，確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制定有效合理可行的施工方案；同時(shí)，在施工過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整和修復(fù)施工誤差和缺陷，確保橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[2]。

3.3 后期病害整治措施

橋梁在投入使用過(guò)程中，由于環(huán)境、荷載等因素影響易發(fā)生表層病害和結(jié)構(gòu)性病害。現(xiàn)在針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常用的加固方法有以下幾種：

3.3.1 修補(bǔ)加固法

常用的修補(bǔ)方法有兩種：BICS 注漿法和缺陷修補(bǔ)法。BICS 注漿法主要是用樹(shù)脂膠壓力灌漿修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫；而缺陷修補(bǔ)法主要是用于修補(bǔ)梁底混凝土出現(xiàn)的剝落和缺陷，以延緩鋼筋銹蝕。此外，缺陷修補(bǔ)法也適用于混凝土結(jié)構(gòu)中蜂窩和麻點(diǎn)表面缺陷的情況，采用這樣的方法來(lái)修補(bǔ)橋體表層缺陷，砂漿不易脫落且持久性強(qiáng)。

3.3.2 增大橋體截面加固法

該法是通過(guò)增加結(jié)構(gòu)截面或鋼筋來(lái)提高原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。常見(jiàn)的方法有兩種：錨噴混凝土加固法和橋體外包裝混凝土加固法。錨噴混凝土加固法是通過(guò)打毛并清洗加固橋梁構(gòu)件的表面，在橋梁構(gòu)件表面安設(shè)錨固鋼筋，然后在其上面噴射混凝土并進(jìn)行加固；橋體外包裝混凝土加固法施工簡(jiǎn)單、質(zhì)量易于控制，但是對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)表面形狀復(fù)雜的不宜適用。

3.3.3 外貼材料方法

該法主要分為兩種具體方法，包括粘貼鋼板加固法和外貼碳纖維布法。利用粘貼鋼板加固法不僅能對(duì)承載力不足的梁體和墩臺(tái)進(jìn)行加固，還能進(jìn)一步提高構(gòu)件的抗彎、抗剪的性能；而外貼碳纖維布法不僅可以改善構(gòu)件抗彎和抗剪的性能，而且可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合加固，從而使恒載增加很小，但其缺點(diǎn)是無(wú)法充分發(fā)揮復(fù)合纖維材料的高強(qiáng)度性能。

3.3.4 預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或鋼撐桿，從而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加外部預(yù)應(yīng)力的方法。這種方法可以分?jǐn)倶蛄核惺艿暮奢d，提高橋梁的整體承載力，增強(qiáng)橋梁正常使用狀態(tài)下的性能。其特點(diǎn)是可以同時(shí)增強(qiáng)橋梁的承載力、抗裂性和剛度，同時(shí)它還適用于大型橋梁的加固，但其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向塊處易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象、錨固后易出現(xiàn)裂縫以及錨點(diǎn)處應(yīng)力集中、錨頭活載應(yīng)力幅值增大。

3.3.5 增加受力構(gòu)件法

增加承重構(gòu)件方法是通過(guò)在原有結(jié)構(gòu)件基礎(chǔ)上增加新承載構(gòu)件，從而提高整個(gè)結(jié)構(gòu)承載力的一種方法。普遍適用于整治橋梁承載力不足或因其他原因而損壞的橋梁。如：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁橋，常用的方法是對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行改造，在兩片式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁之間增設(shè)新的橫隔板，從而提高橋梁的承載力和抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從設(shè)計(jì)、施工過(guò)程及橋梁投入使用后已存在病害的整治方面提出了諸多橋梁的預(yù)防病害和整治辦法，對(duì)延長(zhǎng)橋梁使用壽命、增強(qiáng)橋梁安全性能和耐久性能有著非常重要的作用。當(dāng)前我國(guó)仍在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施路橋建設(shè)，每年新建路橋非常多，因此保證施工路橋的結(jié)構(gòu)安全非常重要。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)存在的病害問(wèn)題，各設(shè)計(jì)、施工單位應(yīng)該重視起來(lái)，并不斷提高設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量，努力將病害發(fā)生概率降至最低。