钢筋混凝土桥梁的病害类型及加固方法研究

时间：2024-07-28

刘若晨

（中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，山东济南 250000）

1 钢筋混凝土桥梁的病害类型与影响

1.1 混凝土碳化

大部分桥梁的材质都是混凝土，而该类桥梁承受能力下降的主要原因就是混凝土发生了碳化。针对这一现象，深入研究，发现碳化反应能转变混凝土的成分，从而改变其性能。这一反应的发生则是在搅拌混凝土的过程当中生成了硅酸二钙、氢氧化钙以及硅酸三钙等多种水化产物，以上产物又能与二氧化碳进一步产生反应，生成了某些与混凝土成分相比，强度较低的物质。

1.2 钢筋锈蚀

目前我国大部分桥梁都是使用钢筋和混凝土建设而成的，刚生产的钢筋固然牢固，但在空气中暴露过久，并经历风吹雨打，往往会发生锈蚀，造成结构老化进进一步，导致桥梁损伤。该类型的桥梁损伤普遍存在，一旦钢筋锈蚀，桥梁必定面临使用年限缩短的问题，而考虑到安全性能，往往需要未雨绸缪，对其开展加固工作。

1.3 裂缝

钢筋混凝土桥梁老化的首要表现即产生裂缝，而按照不同的样式，又可对裂缝进行划分，其一为超越混凝土承受范围而开裂，其二为原始材料劣质或使用不当造成的开裂。无论何种原因，正常桥面一旦出现明显的裂缝，都会影响桥梁的承受能力，而过分严重的裂缝，将会使桥梁面临危险。当然混凝土承受拉力的支点往往都会出现细小的裂痕，这是正常现象，其会降低钢筋混凝土的强度，逐渐会延伸为更大的裂痕，并造成新的损伤，这也是值得关注的。

1.4 附属设施损伤

（1）桥面铺装层损伤：沥青类铺装层损伤（泛油、松散露骨、裂缝、凸凹、车辙等）；混凝土铺装层损伤（磨光、脱皮露骨、裂缝、坑槽等）。

（2）桥梁支座损伤：支座一旦遭受破坏，会导致桥梁的受力体系失衡，造成危险的情况。究其根本是在发生变形时，其能提供一个缓冲的空间，对基部的桥墩发挥着保护的作用。

（3）桥梁排水设施损伤：导致漏水、积水等。

（4）人行道的损伤：混凝土剥落、人行道板断裂锈蚀等。

（5）混凝土护栏损伤：断裂、剥落、锈蚀等。

2 钢筋混凝土桥梁的加固方法

2.1 上部结构加固

2.1.1 桥面加固

如果桥面铺装层遭受严重破坏，发生断裂的情况，通常需要重新铺筑桥面，该方法也被称为桥面补强层加固法，但其使用频率较低。而大多数情况，其损伤程度不严重，面积和裂缝都较小，往往只需对部分桥面进行维护，保证桥面的平整，可使用局部维修加固法。除此之外，还可以采取粘结剂修补或者涂抹水泥砂浆等措施进行修补。而针对具体的混凝土铺装层，可通过喷射或者浇灌混凝土的方式进行修复。

2.1.2 主梁加固

（1）增大梁截面和配筋加固法

所谓增大梁截面和配筋加固法也称外包混凝土加固技术，其方法是增大构件的截面和配筋，即提高混凝土的尺寸及添设受力钢筋的数量，从而提高构件的强度、刚度等，同时也可以运用到裂缝修补中。虽然该方法存在繁冗的操作过程，但其优越的加固效果使得运用的范围大大提升，其中最常用的有梁、柱、板、拱桥等构件。

（2）粘贴钢板加固法

如果桥梁存在承载力不足或出现严重锈、裂缝等问题，就可以考虑采用粘贴钢板加固法。其工作原理利用粘结剂和锚栓，将大跨度结构的受拉缘和薄弱部位进行粘结，使其与钢筋混凝土形成一个固定的整体结构，把钢板补强钢筋进行加固。粘贴钢板加固法拥有工艺简单易操作、性能良好、材料消耗小等优点被广泛应用于受弯及受拉构件。但同时也对胶粘剂的材料性能提出了要求，一般弹性模量高的胶粘剂加固效果更佳。

（3）粘贴碳纤维加固法

粘贴碳纤维加固法采用碳纤维(CFRP)的高性能结构胶粘贴在钢筋混凝土结构表面，碳纤维的抗拉强度大使桥梁的承载能力和刚度进一步提升，适用于桥墩桥桩、烟囱等结构的加固，其施工质量可保证性、施工效率高也是粘贴碳纤维加固法的优势所在。

（4）体外预应力加固法

体外预应力体系包括体外预应力索、索转向装置等。而体外预应力加固法是指在桥梁裂缝处形成预应力，从而改变桥梁受力结构。该方法工期短，经济效益高，可在桥梁不停运下进行加固，所以梁式桥普遍采用该方式加固构件。在实际情况中，应考虑外部环境的干扰因素，锈蚀情况时有发生。

（5）改变结构受力体系法

对问题桥梁采用增加附属构件数量和技术改造的途径的加固方法成改变结构受力体系法。简单来说，增设支点后的桥梁受力情况有所改变，在一定程度上有效限制了旧桥挠曲变形，桥梁承载能力大幅提升。

2.2 下部结构加固

2.2.1 扩大基础加固法

利用桥梁的基础扩大底面积的途径被称作扩大基础加固法。将桥梁基础承载力不够的问题通过基础位置的加大开挖的方式处理。如果桥梁地基坚实，存在不均匀沉降现象，便可采用该方法进行加固，但由于花费大，加固效果不可控等，施工要求也随之提升。

2.2.2 增补桩基加固法

顾名思义，增补桩基加固法通过增设钻孔桩的数量在整体构件上稳固扩大其承载范围。通常被应用在墩台沉降问题上。其工作特点是无需抽水筑坝等就能得到良好的加固效果。但不足之处在于如果需要水下施工，则需要考虑新旧承台连接问题，导致施工难度激增。

2.2.3 高压旋喷注浆加固法

高压旋喷注浆加固法工作原理较其他几种方法复杂，首先需要通过钻机把喷嘴注浆管打进事先测算的位置，提高速度并旋转注浆管，再利用喷嘴里迸射的高压浆液和水共同破坏土质，搅碎土层至呈现颗粒状，混合搅拌，待浆液凝固后即成高强、抗渗的固结体，最后达到加固地基的目的。高压旋喷注浆法的用途广泛，主要运用于旧桥墩台的加固，以其质量可靠、效果显著，成本低廉，加固效果明显，施工便捷等优势，在当下已渐渐转变为我国常用的基本加固方法。

2.2.4 钢筋混凝土套箍及护套加固法

如果桥梁的墩台存在基础埋深不足及质量管控放松等情况引起墩台开裂甚至贯通裂缝，可以考虑钢筋混凝土套箍及护套加固法。钢筋混凝土套箍的工作原理是通过将墩台墩身分成上、中、下三个部分，在各个部分上利用钢筋混凝土建立围带和钢箍。该加固方法主要应用范围是桥梁墩台的损坏或者小型裂缝。一旦存在严重、大量的风化、裂缝和损坏时，必须对整个墩台进行护套加固措施，以免桥梁坍塌情况发生。