张秋晨 吴志隆 蒋凌杰

摘要：文章以柳南高速公路改扩建工程为依托，分析了既有桥梁存在的病害及其产生的原因，提出了相应的加固处治措施，在提升既有桥梁的承载力和耐久性的同时又节省了工程造价，可为类似改扩建工程提供参考。

关键词：改扩建;旧桥;病害;加固处治

0 引言

20世纪90年代后期以来，伴随国家经济的迅速发展，部分早期修建的高速公路己经不能满足交通量增长的需求，此类高速公路已经逐步实施拓宽改造[1]。高速公路改扩建的一个重要内容是对既有桥梁进行扩建、改造、加固，其中涉及对既有桥梁现状的认识，扩建后新、旧桥梁共同工作性能，未来使用状况等。因此，在桥梁扩建前对既有桥梁的病害情况总结分析并对其进行加固处治是十分必要的。

本文依托福建泉州至南宁高速公路柳州（鹿寨）至南宁段改扩建工程，归纳总结既有桥梁存在的病害并对其产生的原因进行总结分析，根据各桥不同病害情况“对症下药”，在提升既有桥梁承载力和耐久性的同时又节省了工程造价，可为类似的改扩建工程提供有益参考。

1 工程简介

泉州至南宁高速公路鹿寨至陶邓段路线长158.662km。主线既有桥梁2583.47m/70座，其中大桥757.19m/4座，中桥773.53m/16座，小桥124.6m/4座，主线上跨分离式立交桥445.23m/10座，桥式通道552.92m/36座。桥梁上部结构类型包含预应力小箱梁、预应力空心梁、钢筋混凝土空心板、整体现浇钢筋混凝土板等。

加固设计前对全线既有桥梁进行了全面检测评定，并开展了专项研究。

路段内的2座桥梁上构均采用预应力混凝土工形组合梁。检测结果表明：工型组合梁未出现裂缝，主要病害为混凝土破损、露筋及蜂窝麻面等耐久性病害。其主要病害的产生是因为构件施工过程中质量控制不好，如混凝土振捣不密实，脱模控制不准确、尺寸偏差、钢筋保护层厚度不足等。

2 上部结构病害及病害分析

2.1 预应力混凝土工型组合梁

2.2 预应力混凝土空心梁

路段内26座桥梁上构采用预应力混凝土空心梁。检测结果表明，该类上构主要病害有以下两类：

第一类为空心梁混凝土破损、露筋及蜂窝麻面等耐久性病害。上构露筋锈蚀和混凝土破损主要为构件施工过程中质量控制不好所致，如混凝土振捣不密实，尺寸偏差、钢筋保护层厚度较薄等。

第二类为铰缝混凝土剥落、渗水及开裂。其主要病害成因為：该类桥梁铰缝为浅铰缝，通过在两片空心梁翼板间预埋钢板的焊接及浇筑混凝土形成铰缝，在长期荷载作用下，尤其在超载较普遍的情况下，铰缝顶焊接钢板易出现疲劳损坏，而铰缝混凝土又为素混凝土，当两片空心梁变形不协调时铰缝混凝土以及桥面铺装层均会出现裂缝，当雨水侵入时会加速损坏铰缝混凝土。

2.3 钢筋混凝土板

钢筋混凝土板包括整体现浇钢筋混凝土板及预制钢筋混凝土板，其主要病害有以下几类：（1）板底纵向裂缝;（2）板底横向裂缝及外腹板竖向裂缝;（3）预制钢筋混凝土空心板桥铰缝砂浆（混凝土）脱落、开裂及渗水。

2.3.1 整体现浇板板底纵向裂缝成因分析

钢筋混凝土板纵向裂缝一般发生于整体现浇板，由2007年及2010年路面改造工程施工图设计文件可知：上构采用整体现浇钢筋混凝土板的桥梁均存在纵向裂缝，部分裂缝纵向贯通，且部分裂缝宽度超过规范限制值。经2007年及2010年维修加固后，仍有两座桥梁钢筋混凝土板底存在纵向裂缝，且部分裂缝宽度超限值（>0.2mm）。根据桥梁上构特点及纵向裂缝分布位置，分析其病害成因为：本路段内桥梁上构整体板大多为预制板改现浇板施工，原设计为装配式预制板、单向受力，施工中改为整体现浇板、双向受力[2]，如仍然按原设计配筋，横向配筋不足，或支座脱落造成上构扭剪所致。

2.3.2 板底横向裂缝及腹板竖向裂缝成因分析

由2007年及2010年路面改造工程施工图设计文件可知：部分桥梁上构空心板经粘贴钢板加固后，裂缝未发展，说明加固后抑制了裂缝的发展。检测发现外腹板存在竖向裂缝，从裂缝形态看，裂缝分布较无规律，多数裂缝两头小、中间大，可初步判定裂缝由温度或收缩等因素造成。部分桥梁上构采用纤维布加固后仍有裂缝存在，且存在超限裂缝，表明纤维布加固未能抑制裂缝的发展，加固效果不佳。随着交通量的发展及重载车辆的增多。实际车辆荷载往往超过原先采用的设计荷载，对于钢筋混凝土构件而言，结构承载力储备相对预应力构件较小，故容易出现超出设计的裂缝病害。

2.3.3 铰缝病害成因分析

路段内共有34座预制钢筋混凝土板桥，其中有26座桥铰缝出现了填缝料脱落、渗水及开裂现象。铰缝病害成因主要有以下两点：

（1）在原桥梁建设年代，对该类桥梁的建设均未将铰缝作为主要控制因素，故导致施工过程中控制不好铰缝质量，如填筑的混凝土强度偏低，铰缝填筑不密实，空心板侧面未充分凿毛，实际车辆荷载超过设计车辆荷载等，导致铰缝部位成为受力（横向）薄弱环节。在汽车荷载作用下，铰缝受力复杂，局部应力集中或疲劳破坏[3]，从而出现损坏，铰缝上方的桥面铺装层也会因铰缝的损坏而出现纵向裂缝。

（2）铰缝开裂后，其横向传力功能减弱，在汽车荷载作用下使得空心板单板受力过大，与相邻空心板之间产生挠度差。空心板铰缝内混凝土与空心板侧壁逐渐分离，雨水渗入并侵蚀混凝土。随着病害的加剧，空心板间铰缝内混凝土发生开裂、挤磨，局部甚至发生脱落整体[4]。

钢筋混凝土空心板桥铰缝损坏及失效会改变原结构的受力，单板受力情况更使得单板横向分布系数剧增，影响结构安全。

3 下部结构病害及病害分析

下部结构主要病害为：（1）墩台裂缝;（2）桥台渗水;（3）墩台混凝土破损、露筋。

3.1 墩台裂缝成因分析

根据裂缝分布及形状大致可分为如下四类：

（1）U台台帽及盖梁裂缝

该类裂缝主要位于台帽或盖梁的侧面，其产生受多方面因素影响，如混凝土质量、钢筋保护层厚度、混凝土收縮徐变、温度及其他不可预计的外力及冲击力等。

（2）U台侧墙开裂

该裂缝的产生与台后土压力、基础的沉降及实际汽车荷载超过设计汽车荷载等因素有关。

（3）修补处砂浆开裂

主要发生于墩、台身或盖梁表面缺陷修补处，部分裂缝宽度较大。产生原因为墩、台身或盖梁表面缺陷修补材料受温度影响或自身干燥收缩产生。

（4）桥台或盖梁挡块斜向开裂

该类裂缝宽度大，部分裂缝贯通台帽。主要产生原因为梁体横向位移，致使挡块受挤压产生裂缝。

3.2 桥台及盖梁渗水成因分析

造成桥台及盖梁渗水污染的原因为台背排水不良、桥面伸缩缝处及桥墩桥面连续处开裂，雨水渗透所致。

3.3 墩台混凝土破损、露筋成因分析

对于混凝土构件出现破损、露筋等影响结构耐久性的病害，其成因多是由于构件施工过程中某些方面控制不好所致，比如混凝土振捣不密实，尺寸偏差，外力撞击构件表面以及钢筋保护层厚度较薄等。

混凝土表面破损等缺陷虽然不对结构安全构成直接影响，但此类病害对结构耐久性有不利影响。适时进行表面缺陷修补，对保证结构正常使用、延长使用寿命具有重要意义。

4 桥面系病害分析

在2007年及2010年路面升级改造后，桥梁桥面铺装状况得到了一定的改善，但本次扩建前发现9座桥梁桥面铺装层仍存在开裂现象，开裂主要发生于桥面连续处。2座预制钢筋混凝土空心板桥桥面出现纵向裂缝，裂缝位置与铰缝位置基本对应。

4.1 桥面连续处横向裂缝成因分析

（1）在车辆荷载作用下，梁板产生挠曲变形时，梁板端产生转角，相邻两跨梁板端存在相对转角，桥面连续构造为抵抗梁板端的转角承受负弯矩作用，由于桥面连续构造的厚度较薄，其抗弯刚度小，在反复的弯拉应力的作用下而产生裂缝。

（2）梁板下设支座，梁板端部在车辆荷载作用下产生竖向位移，相邻两跨间梁板承受的车辆荷载作用大小或作用时间不一致时，产生的竖向位移也不一致，桥面接缝装置因此需承受反复的垂直剪切作用，从而导致桥面连续构造由于车辆荷载的疲劳作用而产生裂缝。

（3）从施工方面来说，桥面铺装层施工前，如梁板顶面清理不彻底、未全面凿毛或凿毛的密度与深度不够，则桥面铺装层与梁板间的结合不好，不能很好地形成一个整体[5]。另外，梁板预制件的高度尺寸与梁板安装高度的偏差易使桥面连续处出现裂缝。桥面连续处横向裂缝产生原因与桥面接缝处理质量不佳也有一定关系。

4.2 桥面纵向裂缝成因分析

桥面纵向裂缝位于铰缝处，且发生桥面纵向裂缝的两座桥梁铰缝状况均较差，表明由于铰缝出现缺损，使铰缝两侧空心板变形不协调，从而导致桥面铺装层产生纵向裂缝，而桥面铺装纵向裂缝的产生又进一步加剧铰缝损坏，如此往复导致病害恶化。

5 病害处治设计

5.1 上部承重构件维修加固方案

根据各桥型上部结构验算结果，对于不满足现行规范要求的预制拼装箱梁（空心板），对裂缝、混凝土缺陷处理后，再进行粘贴钢板加固。

5.2 上部一般构件维修加固

本路段桥梁在2010年路面改造中对铰缝损坏严重的空心板、空心梁均进行了维修。根据现场检测，空心梁和空心板存在铰缝混凝土剥落、渗水及开裂病害。需对空心梁进行铲除铰缝处桥面沥青层，凿除该处一定宽度的混凝土铺装层，而后植筋，增强梁间横向联系。对更换桥面铺装的空心板亦同步对铰缝进行维修加固，未更换桥面铺装的空心板则进行灌浆修补。

5.3 桥面系维修处治措施

对于桥面铺装破损面积较小或者裂缝较少的桥梁，采用局部修补的方法进行处理;对于大面积破损或者开裂的桥面铺装，进行全部更换。为保证新旧混凝土良好结合，凿除铺装后梁板顶需凿毛，并植筋，植入的钢筋与桥面铺装钢筋绑扎形成整体。

5.4 其他局部病害处治措施

（1）结构裂缝按如下方法处理：对宽度<0.15mm的裂缝，进行封闭处理;对宽度≥0.15mm的裂缝，用裂缝灌注胶对裂缝进行灌注（“壁可法”）。

（2）在梁板混凝土剥落露筋处，先用机械打磨将铁锈除去，再用改性环氧砂浆修补。

（3）伸缩缝整体更换，即凿除原伸缩缝区域的混凝土，在梁板顶植筋，然后安装伸缩缝，最后浇筑伸缩缝锚固区钢纤维混凝土。

6 结语

对改扩建的高速公路既有桥梁，应在保证安全的前提下尽量利用原有结构或构件，并在专项检测病害分析的基础上进行维修加固设计。根据各桥型结构验算结果采取不同的加固方案，同时根据各桥不同病害情况“对症下药”，在提升既有桥梁的承载力和耐久性的同时又节省了工程造价。本文可为类似高速公路改扩建工程提供有益的参考和借鉴。

参考文献：

[1]高艳玲.高速公路改扩建的模式选择、项目评价与相关.策研究[D].西安：长安大学，2009.

[2]黄 宁.装配式改整体式空心板桥纵向裂缝机理及加固措施研究[D].西安：长安大学，2014.

[3]崔 海，冯淑珍.空心板梁单板受力的加固方案研究与试验[J].中外公路，2014（5）：179-181.

[4]魏洪涛.预应力空心板梁结构开裂病害的研究[D].天津：河北工业大学，2007.

[5]颜春水.混凝土桥面铺装裂缝成因及防治措施[J].公路交通科技（应用技术版），2010（12）：92-94.