浅谈桥梁工程结构病害与加固施工技术

1、浅谈桥梁工程结构病害与加固施工技术 【摘 要】本文结合笔者多年施工经验，详细分析了桥梁工程结构的主要病害及成因，并提出相应的加固施工技术，提高桥梁工程质量，并供同行参考。 【关键词】桥梁病害；成因；加固技术 1、引言 目前，随着我国社会经济的不断发展，汽车保有量快速增加，基础建设的大量投入，我国桥梁建造技术已进入世界先进水平的行列。但由于我国大量桥梁工程数量的增加及长期使用，我国公路桥梁的养护、维修、加固、改造技术方面尚有待进一步提高。因此，桥梁的病害分析、诊断及处理成为了今后桥梁养护工作的重点。 2、常见桥梁病害分类 （1）桥梁两端处路面开裂，新旧桥连接处路面沿纵向开裂。 （2）由于施工工艺

2、和施工质量存在问题，底板预应力钢丝混凝土保护层厚度偏薄，预应力钢丝（多为中丝）外露锈蚀，梁底外观不光滑；普通钢筋混凝土板部分桥梁梁底裂缝渗水；存在纵向裂缝、腹板斜裂缝和横向裂缝，甚至腹板斜裂缝已贯通腹板。 （3）连续梁桥跨中附近存在横向裂缝并贯穿梁底，漏水。 （4）由于基础沉降引起旧桥墩台部分有竖向裂缝，但裂缝形态较陈旧，发展已经稳定，对桥梁运营影响一般不大。 （5）由于桥梁边梁梁底被过往车辆撞伤，伴随有梁间接缝填料剥落，混凝土脱落；预应力钢丝断丝并锈蚀，预应力钢绞线裸露锈蚀，横向光面钢筋外露；光面箍筋外露锈蚀；梁底有划痕等现象。 通过以上病害的表现形式及事例分析并结合静载试验、桥梁受力分析、

3、道路运营状况及偶然事件的发生判定病害主要为以下六类。 （1）正常使用状态问题：梁体主要受拉区在荷载作用下开裂或原有裂缝有扩展，钢筋应力较大，结构使用状态出现问题；但梁体本身受压区未破损，受拉筋未损失，结构的极限强度并未减少。 （2）极限状态问题：梁体主要受力区在荷载作用下，截面应变符合平截面假定，截面应力较小，梁体在荷载作用下没有开裂或原有裂缝稳定，没有新的扩展，结构的使用状态没有问题；但梁体由于被撞而造成钢筋或预应力钢丝断裂，使梁体现有配筋与原设计相比减少，结构的极限强度降低。 （3）梁体底板混凝土保护层厚度过薄、露筋。 （4）车辆撞伤及部分桥梁设施丢失。 （5）结构出现裂缝。 （6）新旧桥

4、面出现通长的纵向裂缝。 3、加固设计原则 加固设计是以实测数据为依据，以现行规范为标准，对现有结构进行补强设计，使现有结构在补强后能满足原设计的要求或满足规范和正常安全运营的要求。 4、桥梁病害的形成与诊断 4.1环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏 4.1.1混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其他酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其他有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。 4.1.2氯离子的侵

5、蚀 氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷地区冬季道路、桥面撒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。 4.1.3碱骨料反应 碱骨料反应，一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱-骨料反应是混凝土结构的“癌症”。 碱骨料反应破坏的最重要特征之一

6、是混凝土表面开裂，裂缝的形态与结构中钢筋形成的限制和约束状态有关：钢筋限制、约束力强的混凝土形成顺筋裂缝；钢筋限制约束作用弱的混凝土形成网状或地图状裂缝，在裂缝处有白色凝胶物渗出。 4.1.4冻融循环破坏 渗入混凝土中的水有低湿下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。冻融循环破坏的混凝土剥落，开始时在混凝土表面出现粒径为23 mm的小片剥落，随着使用年限的增加，剥落量及剥落块直径增大，剥落由表及里，发展速度很快。一经发现冻融引起的混凝土剥落，必须密切注意剥落的发展情况，及时采取修补措施。 4.1.5钢筋锈蚀 混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是钝

7、化膜的破坏，混凝土的碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面的碱性钝化膜的破坏，加之有水分和氧的侵入，就可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。 值得注意的是，上述所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，最终导致混凝土的开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快。导致混凝土结构的耐久性进一步退化的恶化循环。因此

8、，对新建结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本途径是增强混凝土的密实度，防止和控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜破坏。对于在使用结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本思路是在清除病害根源的基础上，封堵裂缝，修补破损混凝土；增设防水层，防止水分的侵入。 4.2混凝土结构的裂缝分析 实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，主要有

9、以下两类： 第一类，由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝（又称为受力裂缝），其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。 第二类，由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部就会产生抗应力，当此应力达到混凝土抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到释放，拉应力也就消失了。 两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同，有时两类裂缝融在一起。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引起的裂缝占主导的约80%，以荷载引起的裂缝占主导的约20%。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定，裂缝修补和加固的

10、依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事故的危险。 5、桥梁病害的加固流程和技术分析 在桥梁的增强改造过程中，主要可以将其分为两种，一种是对裂缝进行的修补，而另一种就是对桥梁结构实行的加固增强，下面我们就从其技术特点以及适用场合进行一下浅要的分析。 5.1 裂缝的修补技术 对桥梁裂缝进行修复主要就是恢复其结构的耐久性及防水性，其中主要应用的技术有： （1）表面处理法。该方法就是将防水材料以及填料涂抹在出现微裂缝的部位表面，因此来提高其耐久性以及防水性。若是裂缝的宽度出现了变化，那么在进行材料的选用时就应该选择具有较好伸缩性的材料。 （2）注浆法。该方

11、法就是将水泥或者树脂类的材料注入到裂缝中去，进而提高其耐久性及防水性。现阶段的注浆材料普遍采用环氧树脂，并运用低压低速的方法注入裂缝之中。将环氧树脂的注入方法与钢钉结合并用，对修复部位的整体性能够给予有效的增强，并且是一种防止裂缝继续扩大的有效措施。 （3）充填法。该方法比较适用于较宽裂缝的修补过程中，其具体的实施方法是沿着桥面的裂缝凿除一道深槽，然后将各种粘性材料嵌补到沟槽之中，例如环氧砂浆与水泥砂浆、沥青以及环氧树脂硅胶等相关的化学补强剂。用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm），作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采用取开v

12、型槽，然后作填充处理。 （4）表面喷涂法。该方法的实施过程是在经过凿毛的裂缝表面，利用水泥砂浆喷射一层粘度较高且密实的保护层，进而达到封闭裂缝的目的。要注意，在进行喷浆作业前，要清楚结构表面剥离的部分，然后在进行水洗清洁，正式喷浆前要将基层湿润，才可以实施喷浆。 （5）粘结钢板的封闭方法。当路桥的钢筋构建出现了主拉应力的裂缝时，可以首先对裂缝进行处理，然后再在裂缝的位置粘结钢板，再利用膨胀螺栓给钢板施加压力。注意，在作业工程中钢板的粘结方向应该与裂缝的方向互相垂直。 5.2 桥梁的加固增强技术 桥梁的上部结构通常采用的加固方法分为以下几种： （1）增大面积的加固方法。该方法是利用增大构件所具有

13、的几面的面积，来进行加固处理的。其根据净空条件以及载荷大小的不同，可以将其分为两种不同的方案，一种是以增大截面的面积为主，另一种则是以增加配筋为主。 （2）外部粘贴的加固方法。该方法是将玻璃钢、实用型钢等通过粘合剂将其粘贴于结构的外部，进而提高结构所具有的承载能力的有效方法。其主要适用于当构件的尺寸受到限制，但是又对其承载能力提出了较高要求的情况下。要注意的是，在作业的过程中一定要保证粘合剂所具有的质量。 （3）外部预应力的加固方法。该方法是利用预应力的原理，在原有的构件上或者是增设的构件之上适当的施加一定的初始应力的加固方法。在对受拉区施加适当的压力，能够抵消一部分自身的重应力，进而起到减小

14、裂缝的宽度、跨中的挠度以及闭合裂缝、卸去载荷的作用。 （4）对结构体系进行改变的加固方法。该方法是利用增设桥墩或者支撑，将简支变得连续，在梁下增加加劲梁、钢架梁以及叠合梁等，来降低梁内峰值弯矩，进而提高载荷能力的方法。 （5）增设纵梁的加固方法。该方法就是在台基础以及桥梁墩稳定且承载能力足够的情况下，采用增设刚度较大、承载能力较高的新纵梁与旧梁结合使用，共同去承担所受的压力。在桥梁增设了主梁之后，其应运中车辆的荷载会在桥梁的结构之中进行重新的分布，这样一来就减少了两种所受的荷载，进而是加固后的桥梁的刚度以及承载能力得到了有效的提高。当新增的纵梁处于主梁一侧或者两侧的时候，还具有桥梁拓宽作用。这种方法要求梁体的结构基础十分完好，承载力须满足加固后荷载要求。 5.3 梁端头局部破损的加固流程和分析 首先，应该提高对伸缩缝施工的重视度，确保混凝土强度、密实度，特别是在焊接锚固钢筋时，在采用国家认证的材料基础上应该尽量避免烧伤已经浇固好的混凝土。其次，应根据不同地区的不同的温度差，采用符合当地实际的伸缩缝结构型式，特别是对于已建好的伸缩缝，应该加强日常养护工作，定期检查。 6、结语 综上所述，桥梁结构设计与施工状况直接影响了其使用性能的发挥，在社会经济快速发展的今天，我们必须要重视桥梁结构病害的加固处理。在分析导致病害发生的具体因素后，建设单位、施工单位、监理单位等相关单