一、橋梁病害成因

  橋梁結(jié)構(gòu)應具有足夠的強度，以承受作用于其上的重力和附加力；結(jié)構(gòu)各部必須具有足夠的剛度，以使其在荷載作用下不產(chǎn)生過大的撓曲和變形；結(jié)構(gòu)各部尺寸必須具有適當大小，以使其承受軸向壓力時的構(gòu)件不發(fā)生屈曲，喪失穩(wěn)定性。同時結(jié)構(gòu)也要具有較高的耐久性。由于作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造與施工質(zhì)量的分散性、計算假定的近似性，致使在長期使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害，其具體原因如下：

  1．原設計荷載偏低，交通發(fā)展后車輛荷載增大，橋梁因承載能力不足而產(chǎn)生病害。

  混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

  直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：①設計計算階段，結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。②施工階段，不加限制地堆放施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強充驗算等。③使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

  次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：①在設計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的、實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結(jié)構(gòu)開裂。②橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應力集中。在長跨預截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

  2、溫度變化引起的裂縫

  ①年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月平均溫度的作為變化幅度?？紤]到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。②日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身的約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。③驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結(jié)構(gòu)外表溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設計規(guī)范或參考實橋資料進行，混凝土彈性量不考慮折減。

  3、收縮引起的裂縫

  塑性收縮。在施工過程中、混凝土筑后4-5小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和分急劇，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成洞鋼筋方向的裂縫

  縮水收縮干縮?；炷两Y(jié)硬以后，隨著表層水逐步蒸發(fā)，溫度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面民縮大、內(nèi)部收縮小的不均，鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂紋。

  自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應，這種收縮與外界濕度無且可以是正的（即收縮、如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

  炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在溫度505℃左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。

  混凝土收縮裂縫的特點是大部分表面裂縫，寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

  研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經(jīng)常采用強行增加水泥用量的做法，施工時經(jīng)常用強行增加水泥用量的做法，用不水量大。火灰比越高，混凝土收縮越大。養(yǎng)護方法。良好的養(yǎng)護方法可加速混凝土的水化反應，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可用明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚20-60cm）。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋小距布置，全截面構(gòu)造配筋率宜低于0.3%，一般可采用0.3%-0.5%。

  4、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

  在混凝土結(jié)構(gòu)中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿各種裂縫，特別是細長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：①混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導致構(gòu)件有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。②混凝土振搗不密實、不均勻、出一蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋誘蝕或其它荷載裂縫的起源點。③混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易發(fā)生裂縫，既塑性收縮性。④混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。⑤混凝土分層或分段時，接頭部位處理裂縫。⑥混凝土分層或分段時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。⑦施工時拆模過程，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

  5、結(jié)構(gòu)設計中存在缺陷，如采用橋型結(jié)構(gòu)不當、設計假定不盡合理。

  6、橋梁施工質(zhì)量差，未按設計要求和施工規(guī)程實施。

  7、不重視橋梁后期養(yǎng)護工作，沒有及時消除己產(chǎn)生的病害。

  8、洪水等自然災害使橋梁產(chǎn)生損壞。

  9、地質(zhì)條件差，如滑坡、軟基等導致橋梁產(chǎn)生病害。

  二、橋梁加固的一般流程

  在橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害后，需要采取措施進行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應遵循以下工作程序：

  結(jié)構(gòu)可靠性鑒定―加固方案確定―加固設計―施丁組織設計―施工―驗收。

  結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，主要是對病害結(jié)構(gòu)的病情診斷。加固方案好比處方，加固設計是現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)標準對加固方案的深化過程。加固施工是對被加固結(jié)構(gòu)按加固設計進行加固的施工過程，對于大型結(jié)構(gòu)加固，為確保質(zhì)量和安全，施工前應編制施工組織設計。

  三、橋梁加固增強技術(shù)

  橋梁的增強改造可以分為裂縫修補和對橋梁結(jié)構(gòu)的加固增強，下面介紹其特點及其適用的場合。

  （一）裂縫修補技術(shù)

  裂縫修補的目的在于恢復結(jié)構(gòu)物的防水性和耐久性，主要技術(shù)有：

  1．表面處理法，在微裂縫的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性。對于寬度發(fā)生變化的裂縫，要設法使用有伸縮性的材料。

  2．注漿法，在裂縫中注入樹脂或水泥類材料，以提高其防水性及耐久性。主要注漿材料是環(huán)氧樹脂，多采用低壓低速注入法。環(huán)氧樹脂注入法與鋼釘并用，可以增強裂縫部位的整體性，是一種防止裂縫繼續(xù)發(fā)展的好辦法。

  3．充填法，這是一種適合于修補較寬裂縫的方法，具體做法是沿裂縫鑿一條深槽，然后在槽內(nèi)嵌補各種粘結(jié)材料，如水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環(huán)氧樹脂硅、瀝青及各種化學補強劑等。

  4．表面噴涂法，噴漿修補是一種在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且粘度高的水泥砂漿保護層，來封閉裂縫的修補方法。噴漿前，需要把結(jié)構(gòu)表面的剝離部分除去，再用水沖洗清潔，并在開始噴漿之前把基層濕潤，然后再開始噴漿。

  5．粘結(jié)鋼板封閉法,當鋼筋?構(gòu)件產(chǎn)生主拉應力裂縫時，可對裂縫先進行處理之后，再在裂縫處粘結(jié)鋼板，并用膨脹螺栓對鋼板加壓。鋼板粘結(jié)方向應和裂縫方向垂直。

  （二）橋梁加固增強技術(shù)

  本文以最常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式的上部結(jié)構(gòu)及其常見的加固方法進行說明。

  梁式橋上部結(jié)構(gòu)加固增強技術(shù)主要有加大截面加固法、外部粘貼加固法、外部預應力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、增設縱梁加固法。

  加大截面加固法采用增大構(gòu)件的截面面積，根據(jù)荷載大小和凈空條件不同，可分為以加大截面面積為主和加配鋼筋為主兩種加固方案。

  外部粘貼加固法系用型鋼、玻璃鋼等材料通過環(huán)氧樹脂等粘合劑粘貼在結(jié)構(gòu)外部，以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。適用于構(gòu)件尺寸受限制但又必須大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的場合，必須保證粘和劑的質(zhì)量

  外部預應力加固法指運用預應力原理，在增設的構(gòu)件或原有構(gòu)件上施加一定初始應力的一種加固方法。采用對受拉區(qū)施加預加壓力，可以抵消部分自重應力，起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。

  改變結(jié)構(gòu)體系加固法通過增設支撐或橋墩，把簡支變?yōu)檫B續(xù)、在梁下增設如鋼架等加勁梁或疊合梁，以減小梁內(nèi)控制截面峰值彎矩，提高承載能力的一種加固方法。

  增設縱梁加固法在橋梁墩、臺基礎穩(wěn)定，并具有足夠承載能力的情況下，可采用增設承載能力高和剛度大的新縱梁，這些新梁與舊梁連接在一起共同受力。由于應運中的車輛荷載在新增主梁后的橋梁結(jié)構(gòu)中重新分布，使原梁中所受荷載得以減少，加固后的橋梁承載能力和剛度得以提高。當增設的縱梁位于主梁的一側(cè)或兩側(cè)時，兼有拓寬的作用。此法適用于梁體結(jié)構(gòu)基礎完好，而承載能力不能滿足要求的場合。

  （三）橋梁結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)――錨噴

  隨著施噴機具的發(fā)展以及速凝劑的采用，人們把噴射?與錨桿、鋼筋網(wǎng)等配合起來使用，促進了錨噴技術(shù)的完善。實踐證明，錨噴技術(shù)完全可以應用于橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固增強。

  噴射硅的性能噴射硅在工藝材料及結(jié)構(gòu)等方面與普通現(xiàn)澆硅相比有許多優(yōu)點。施工中需加入速凝劑，因而又具有快凝、早期強度高的特點；錨噴技術(shù)不用或只用側(cè)向模板，其運輸、澆注、搗固合并為一道工序、設備簡單、占地面積小、施工機械化程度高、速度快、效率高、節(jié)省勞動力；可設計性強，即按照加固整治的實際需要可在拱腹下施噴形成各種結(jié)構(gòu)類型；不中斷交通。