摘要 為了保證簡支梁橋運營期間的安全性，文章以王家車路隨塘河橋為研究對象，從設計、施工、外界環(huán)境等方面分析了簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)的病害成因，針對翼緣銹脹露筋、梁底網(wǎng)狀裂縫等病害制定了方案一（維修加固上部結(jié)構(gòu)）和方案二（更換上部結(jié)構(gòu)板梁），開展了技術經(jīng)濟對比，確定優(yōu)先選擇方案一來加固橋梁。隨后，闡述了橋梁上部結(jié)構(gòu)加固的控制方法，研究成果可為類似橋梁加固提供理論指導。

關鍵詞 簡支梁橋；上部結(jié)構(gòu)；病害成因；加固措施；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445.7文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0126-03

0 引言

簡支梁橋的受力簡單、造型美觀、施工難度小，在城市橋梁中取得了廣泛應用。上部結(jié)構(gòu)直接與車輛荷載和外界環(huán)境接觸，其性能直接影響了橋梁上的行車安全性。然而，很多早期建設的簡支梁橋存在設計理念落后、技術指標取值低、施工質(zhì)量控制不嚴格等問題，出現(xiàn)了裂縫、鋼筋銹蝕等病害，對行車安全產(chǎn)生不利影響。為了解決這一問題，需準確分析上部結(jié)構(gòu)病害成因，采取經(jīng)濟合理的加固措施并嚴格控制維護質(zhì)量。

1 工程概況

1.1 總體布置

王家車路隨塘河橋建于1999年，位于浦東新區(qū)王家車路，樁號為K0+096，通行荷載為15 t，橋梁原設計荷載等級為汽-20級、掛-100級。橋梁與路線正交，是一座偏東西走向的橋梁。橋梁全長36 m，橫斷面總寬度為7.6 m，橫向布置為0.3 m鋼筋混凝土護欄+7 m車行道（瀝青混凝土）+0.3 m鋼筋混凝土護欄。上部結(jié)構(gòu)的跨徑組合為（10+16+10）m，邊跨為鋼筋混凝土簡支空心板梁，中跨為預應力混凝土簡支空心板梁，每跨橫向由7片板梁組成。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺，均采用板式橡膠支座，并在橋臺處設置型鋼伸縮縫，如圖1所示。

1.2 建設條件

工程地處濱海沖積平原，地勢東南高、西北低，屬典型的海洋性氣候，四季分明，雨量充沛，光照充足，溫度適中，全年平均氣溫15.7 ℃，平均年降水量1 123.7 mm。經(jīng)勘察，工程所在地的地層為全新世的海相及河湖相沉積層，巖性以黏土、亞黏土及粉砂為主，常年平均水位約2.8 m。

1.3 橋梁構(gòu)件病害編號

為了準確地描述王家車路隨塘河橋上部結(jié)構(gòu)的病害位置，以路線樁號增大方向為前進方向，將橋跨分別編號為第1跨、第2跨、第3跨。同時，面向前進方向?qū)⒚靠缌喊遄杂蚁蜃笠来尉幪枮?#板、2#板、3#板……7#板。以第1跨自右向左第3塊空心板為例，其編號可寫作1#～3#板梁。

2 上部結(jié)構(gòu)病害類型及其成因分析

2.1 上部結(jié)構(gòu)病害類型

由現(xiàn)場踏勘及檢測報告可知，王家車路隨塘河橋的上部結(jié)構(gòu)板梁外觀質(zhì)量良好，病害主要有板梁翼緣局部銹脹露筋，板梁梁底存在網(wǎng)狀裂縫、滲水泛堿現(xiàn)象，病害具體位置和參數(shù)見表1。

2.2 上部結(jié)構(gòu)病害成因

經(jīng)過詳細分析，將王家車路隨塘河橋上部結(jié)構(gòu)病害的成因劃分為設計原因、施工原因、外界環(huán)境原因三個方面，具體闡述如下：

2.2.1 設計原因

設計水平會直接影響橋梁的施工質(zhì)量和后期運營水平。王家車路隨塘河橋因建設年代久遠、投資金額少、設計理念較落后等原因，部分構(gòu)件的技術指標較低，比如鋼筋保護層厚度小、混凝土等級低、安全富余系數(shù)小、未考慮溫度應力或混凝土收縮徐變應力等，導致橋梁的路用性能難以滿足日益增長的車輛軸載[1]。

2.2.2 施工原因

施工對王家車路隨塘河橋上部結(jié)構(gòu)病害的影響體現(xiàn)在兩個方面：一方面，原材料性能不佳。良好的原材料性能是保證橋梁結(jié)構(gòu)服務水平的基礎，如果混凝土（水泥、砂、骨料、拌和水等）、鋼筋等原材料進場后不能按現(xiàn)行施工規(guī)范要求進行檢測驗收，可能將物理力學參數(shù)差的材料用于橋梁構(gòu)件。經(jīng)多年運營后，構(gòu)件性能劣化嚴重。另一方面，施工工藝不當。橋梁的中跨為預應力混凝土板梁，當施工不規(guī)范時可能會使本應保持直線的預應力筋處于曲線波動狀態(tài)，波動的預應力筋會使得空心板下方的混凝土產(chǎn)生向上的推力或向下的壓力。當受力超過混凝土的極限強度時，會產(chǎn)生裂縫。同時，空心板底板厚度較薄、底板鋼筋布置較密集，空心板在澆筑時振搗空間有限，難以震蕩密實，使底板混凝土的澆筑質(zhì)量較差。在車輛荷載反復作用下，橋梁容易出現(xiàn)網(wǎng)狀開裂[2]。

2.2.3 外界環(huán)境原因

橋梁在運營時所處的外界環(huán)境并非固定不變，這會使橋梁耐久性下降。一般情況下，橋梁混凝土構(gòu)件中的鋼筋存在一層致密的氧化膜，使鋼筋與外界的水和空氣隔絕，以防止鋼筋生銹。當橋梁所處外界環(huán)境的二氧化碳（CO2）含量高，CO2會通過橋梁構(gòu)件表面空隙擴散，與混凝土中的堿性成分產(chǎn)生“碳化反應”，降低混凝土pH值，使鋼筋不再受到堿性環(huán)境的保護，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜，致使鋼筋表面只有局部較小區(qū)域的鈍化膜破壞，加速鋼筋銹蝕。

鋼筋銹蝕使其中的鐵元素變?yōu)殍F銹脫落，減小鋼筋的截面積，降低鋼筋承載力。同時，鋼筋銹蝕后表面會包裹一層疏松多孔的“黑銹”（Fe3O4），增大鋼筋的體積，使得鋼筋周圍混凝土產(chǎn)生膨脹壓力，導致混凝土保護層開裂。反過來，這又會加速鋼筋銹蝕，從而形成惡性循環(huán)，直至混凝土完全破損。在上述鋼筋銹蝕過程中，發(fā)生的“電化學反應”如下：

Fe2++2（OH）?→Fe（OH）2 （1）

6Fe（OH）2+O2→2Fe3O4+6H2O （2）

3 橋梁上部結(jié)構(gòu)加固對策分析

3.1 加固設計原則

王家車路隨塘河橋加固時可維持設計荷載標準和橫斷面不變。為了保證橋梁加固質(zhì)量，在橋梁結(jié)構(gòu)加固設計時應堅持以下原則：一是安全性原則。設計人員既要考慮各種病害導致的橋梁結(jié)構(gòu)承載力降低，又要考慮加固措施及其施工對橋梁結(jié)構(gòu)承載力的不利影響或損傷，不應增加橋梁恒載，確保橋梁在施工和運營期間的安全性。二是施工便利性原則。橋梁結(jié)構(gòu)的維修整治方案要充分考慮現(xiàn)場的施工條件，要便于施工，盡可能減少對橋上、橋下正常通行的干擾，保證新老結(jié)構(gòu)的可靠連接。三是經(jīng)濟性原則。橋梁結(jié)構(gòu)加固措施選擇要在滿足功能要求的前提下，兼顧經(jīng)濟性原則，避免不必要的拆除、更換，以節(jié)約工程造價[3]。

3.2 加固方案對比

3.2.1 方案一：維修加固上部結(jié)構(gòu)

王家車路隨塘河橋的上部結(jié)構(gòu)板梁外觀質(zhì)量良好，無明顯的下?lián)献冃维F(xiàn)象。根據(jù)《王家車路隨塘河橋檢測報告》，其上部結(jié)構(gòu)技術狀況評定等級為3類，屬于中等缺損，尚能維持正常使用功能。因此，該橋梁應優(yōu)先加固上部結(jié)構(gòu)。對于板梁銹脹露筋處，先鑿除疏松混凝土，露筋部分鋼筋需除銹，沖洗干凈后采用環(huán)氧砂漿修補；對于板梁梁底網(wǎng)狀裂縫、泛堿處，采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料或壓力注漿法封閉裂縫。需注意，維修加固上部結(jié)構(gòu)只能維持橋梁現(xiàn)狀承載能力，施工完成后應加強管理，嚴禁控制超載或重載車輛的通行。

3.2.2 方案二：更換上部結(jié)構(gòu)板梁

王家車路隨塘河橋建于1999年，限載15 t，經(jīng)過多年運營，上部結(jié)構(gòu)板梁梁底存在大量網(wǎng)狀裂縫、滲水泛堿現(xiàn)象嚴重，且該橋的重載和超載車輛比例占比增加。經(jīng)檢測，上部結(jié)構(gòu)承載能力無法滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的公路—Ⅱ級標準，可更換橋面板，提高上部結(jié)構(gòu)承載力。

3.2.3 方案對比

王家車路隨塘河橋加固方案確定后，擬從技術和經(jīng)濟兩方面對比兩個方案，見表2。

綜上，為盡量減少對周邊交通的影響，節(jié)約工程投資，建議優(yōu)先采用方案一，即對橋梁上部結(jié)構(gòu)進行維修加固。

4 橋梁上部結(jié)構(gòu)病害維護質(zhì)量控制

4.1 板梁銹脹露筋維護

對于板梁銹脹露筋處，維護步驟為：鑿除疏松混凝土—露筋部分鋼筋除銹并用清水沖洗干凈—環(huán)氧砂漿修補[4]。

4.1.1 疏松混凝土鑿除

對于疏松混凝土，施工人員宜采用小型設備鑿除，嚴禁采用振動和沖擊力過大的機械設備，嚴禁野蠻施工。此外，還要按照施工縫的基本處理要求對結(jié)合面進行鑿毛，并用高壓水槍將鑿除的碎屑、灰塵沖洗干凈，使得舊混凝土的鑿除界面應全部露出本體混凝土（即去除硬化的表面層），粗骨料要求露出50%，確保表面凹凸不平度不小于6 mm。

4.1.2 鋼筋除銹處理

疏松混凝土鑿除后，可立即用鋼刷清除鋼筋表面的浮銹，使之露出鋼筋金屬光澤。對經(jīng)探查確定的鋼筋銹蝕區(qū)域，還應清除混凝土表面的油污、油脂、蠟狀物等有機污物。隨后，在外漏的鋼筋表面涂刷一層鋼筋保護劑，用于隔絕鋼筋與外界環(huán)境的接觸，降低氧氣、水汽及其他腐蝕性離子對鋼筋的侵蝕。

鋼筋保護劑材料特性應滿足設計文件要求，涂刷時要薄而均勻，建議涂刷2遍，每次間隔至少6 h。由于鋼筋保護劑屬化學產(chǎn)品，施工時施工人員要做好防護。同時，鋼筋保護劑的施工溫度不宜過高或過低，控制在10～

30 ℃為宜，不得為了節(jié)約成本，稀釋處理。需注意，在霜凍或雨水天氣不得涂抹鋼筋保護劑。

4.1.3 環(huán)氧砂漿修補

環(huán)氧砂漿是以環(huán)氧樹脂為主要成分，添加填料、硬化劑、增塑劑等均勻拌和而成的砂漿，具有良好的黏結(jié)力、耐久性、抗腐蝕性等。對于破損面積較大的區(qū)域，可采用環(huán)氧砂漿進行處理。環(huán)氧砂漿施工前，應確保修補區(qū)域處于干燥狀態(tài)。同時，環(huán)氧砂漿應連續(xù)施工，不得無故中斷，施工完成后及時覆蓋薄膜養(yǎng)護，確保其7 d抗壓強度＞50 MPa，28 d抗壓強度＞60 MPa。

4.2 板梁梁底網(wǎng)狀裂縫和泛堿維護

王家車路隨塘河橋的梁底網(wǎng)狀裂縫處理前，要開展現(xiàn)場調(diào)查，統(tǒng)計裂縫數(shù)量、長度、寬度等，為裂縫編號后繪制裂縫分布圖[5]。網(wǎng)狀裂縫應結(jié)合裂縫寬度選擇處理方法，寬度＜0.15 mm的梁底網(wǎng)狀裂縫宜采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料封閉裂縫，對于寬度≥0.15 mm的梁底網(wǎng)狀裂縫宜采用壓力注漿法修復裂縫。

網(wǎng)狀裂縫修補前，要將裂縫縫口處理得平順、干燥、無油污，具體處理范圍可取沿裂縫走向?qū)?0～50 mm。豎向、斜向裂縫壓漿應自下而上進行。當注入裂縫的修補膠的固化期達到7 d后，應采用取芯法來檢驗注漿效果，檢測結(jié)果見圖2。

在該橋梁上隨機抽取5個點測定修補膠7 d固化強度，平均值為51.8 MPa，大小關系為：B＞E＞A＞C＞D，滿足設計文件要求。

5 結(jié)束語

該文以王家車路隨塘河橋為研究對象，分析了簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)的病害成因、病害加固設計原則、加固方法及質(zhì)量控制，研究成果表明：經(jīng)過多年運營，簡支梁橋的板梁容易出現(xiàn)翼緣銹脹露筋、梁底網(wǎng)狀裂縫、滲水泛堿等病害，病害發(fā)育情況與設計、施工、外界環(huán)境等因素密切相關。如果橋梁外觀質(zhì)量較好，無明顯變形，可優(yōu)先選擇維修加固上部結(jié)構(gòu)的方案來恢復橋梁承載力。對于板梁銹脹露筋，嚴格控制鑿除疏松混凝土、鋼筋除銹清理、環(huán)氧砂漿修補等工序。對于梁底網(wǎng)狀裂縫，需根據(jù)裂縫寬度選擇結(jié)晶型防水材料或注漿法封閉裂縫。

參考文獻

[1]歐陽平， 崔振山， 劉文強， 等. 山區(qū)受災橋梁病害成因分析及加固技術研究[J]. 公路， 2022（5）： 164-170.

[2]尤正奇. 簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)病害成因加固對策及維護質(zhì)量控制[J]. 山東交通科技， 2021（2）： 67-70.

[3]劉洋， 胡星宇. 城市橋梁病害分析及加固對策——以橋梁支座失效為例[J]. 惠州學院學報， 2019（6）： 73-77.

[4]陳瑞敏， 楊廒葆. 高速公路橋梁常見病害成因分析及維修加固對策[J]. 內(nèi)蒙古公路與運輸， 2018（6）： 60-62.

[5]馮海龍. 在役預應力混凝土空心板梁橋病害處置對策及加固效果試驗研究[D]. 北京：中國鐵道科學研究院， 2016.

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：王學?。?992—），男，本科，工程師，從事橋梁設計工作。