路桥结构设计中的结构病害与安全性研究

摘要：公路桥梁安全性和耐久性不足已随着国内交通基础设施建设快速发展已经成为迫切需要解决的问题，为此我们不仅要积极借鉴国外成功的做法和经验,还必须根据国情认真的总结找出的一套设计方法和管理经验,除加强施工管理外，。本文主要是介绍了路桥结构病害和路桥设计中的安全性研究，从桥梁设计理念和构造的角度及做结构体系好耐久性的设计，然后针对相关的病害提出了具体的加固措施。

关键词:路桥; 结构病害;加固; ;桥梁; 耐久性; 措施

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

道路桥梁一般由路基、路面、桥梁、隧道工程和交通工程设施等几大部分组成。道路桥梁一般是由混凝土结构组成，由于结构上一些内在和外在的因素影响，会使得道路桥梁结构出现一些病害，若得不到有效的诊治，任其发展，会对桥梁安全构成威胁。

一、常见的道路桥梁结构病害

1、路桥地基的不均匀沉降引发的病害地基不均匀沉降是引发路桥病害的最主要原因之一，地基不均匀沉降会使得路桥面各部位受力不均，从而导致裂缝的出现，严重时甚至会导致桥面的塌陷和桥梁的损毁。因此必须予以高度重视，通常地基出现不规则沉降主要有三方面的原因。

（1）施工前勘探和设计的不科学。通常一个项目施工前都必须进行实地的地质勘探，并提出工程地质报告真实反应地段的地质情况，在此基础上再有工程设计师进行工程设计，作出设计图，这两项工作是紧密相连，缺一不可的，对于实际施工起到了基础性的作用，因此，一旦这两项工作没做到位，就很可能导致后期施工地基不稳，出现不均匀沉降。

（2）施工过程中的不规范，工程施工是工程建设的主体工序，因此必须在每一环予以重视，如果在施工环节中出现管理不善，偷工减料，甚至偏离工程设计初衷，则很大程度上影响了工程质量，也就无法保证地基的稳固。

（3）周围环境的影响，由于一个地区可能有数个工程在施工，当周围工程打桩深挖不合理时，则很可能影响到本工程地基的稳固，从而导致地基的不均匀沉降。

2、桥面铺装层出现裂缝通常桥面铺装层出现裂缝有三方面的原因：其一是施工中周围温度变化不均导致的裂缝。其二是车辆行驶的影响，车辆行驶中往往会有急刹车现象，还有部分汽车存在超载问题，在这两种情况的持续作用下，路桥面长期受到磨损和挤压，最终很可能出现裂缝。其三是施工中混凝土配料的不合理性，因为目前路桥面主要以水泥混凝土为原材料，混凝土的配比必须根据实际施工需要进行配置，因此一旦施工人员没有真实掌握初凝期锯缝时间，混凝土配比失误时就很容易在竣工通车后产生裂缝。

3、粱端头局部破损粱端头破损是路桥结构中组容易出现的破损，且比较难修复，其破损主要表现为梁端头伸缩缝的损坏和变形。通常导致梁端头局部破损的原因有以下三个：其一，设计之初计算失误，工程设计师在对路桥进行设计时对于粱端缺乏严谨，对其伸缩量的计算失误，在这样的情况下梁端经过车辆反复碾压极容易破损，并导致伸缩装置的失灵。其二，施工人员施工失误，现实施工中，施工人员应该重点对梁端伸缩缝进行施工，稍微出现闪失都容易导致日后问题的出现。其三，养护工作不足，在养护缺失的前提下很容易导致伸缩装置损坏，特别是容易导致“伸缩缝跳车”，不仅降低了行车人员行车过程中的舒适度，还增加了对桥梁的冲击力，破坏了桥梁整体结构，缩短桥梁的使用寿命。

4、剥蚀剥蚀是自然力和人为因素共同作用的结果，通常表现为公路桥梁表面出现蜂窝面、起皮甚至整体性剥落。剥蚀不仅影响公路桥梁结构的外观形态和整体美观，还会导致钢筋，加速道路桥梁钢筋的锈蚀速率。

5、混凝土的碳化混凝土碳化主要是自然因素造成的，因为空气中二氧化碳会与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应形成碳酸钙，导致混凝土碳化，碳化的混凝土PH 值会不断下降，而包裹在混凝土中的钢筋一般不做表面防腐处理，PH值过低的混凝土不仅起不到保护钢筋的作用，还会对钢筋造成腐蚀，这不仅大大缩短了桥梁的使用寿命，还可能引发安全事故。

二、道路桥梁的加固方法

1、裂缝修补技术

公路桥梁的裂缝虽然是一种比较不起眼的病害，但是如果长期不进行处理，就会酿成灾难等严重问题。裂缝修补的目的在于恢复结构物的防水性和耐久性。其主要技术有: ( 1) 表面处理法: 对于微裂缝，可以在表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性。( 2) 塞缝灌浆法: 是在路面加固中用得比较普遍，通过试载及使用观察，效果较好的一种方法。( 3) 表面喷涂法: 指通过凿毛处理的缝隙表面，喷射一层粘度高且密实的水泥砂浆作为保护层，来闭合裂缝的一种修补方法。( 4)充填法: 这是一种适合于修补较宽裂缝的方法，具体做法是沿裂缝凿一条深槽，将裂缝内部清理干净，然后在槽内嵌补各种粘结材料。( 5)加铺新型材料: 近年来公路桥梁加铺新型路面材料层，已经成为越来越普遍的现象。

2、上部结构的加固

在实行桥梁上部结构的加固增强时我们可以使用锚喷这一新技术。喷射与锚杆、钢筋网等结合起来使用，促进了锚喷技术的完善。喷射硅在与普通现浇硅相比时有许多优点。再加上在施工中需加入了速凝剂，使其又增加了快凝、早期强度高的特点; 锚喷技术因不用或只用侧向模板，所以它又具有了施工机械化程度高、可设计性强、速度快、效率高、不中断交通等优点。

3、桥梁下部结构加固

桥梁下部结构由桥墩、桥台及其下部的基础构成，起着支承桥梁的作用，是桥梁的重要组成部分。其中墩台容易受到上部的结构荷载增大及基础部分出现缺陷的直接影响，所以它易出现裂缝、锈蚀、老化、钢筋外露、空洞、结构的变形移位等问题。( 1) 针对桥梁墩台出现贯通裂缝时我们可以用钢筋混凝土墩台结构套箍或护套加固法。( 2) 对于地基不稳出现地基松软情况，我们可以人工加固地基。( 3) 我们可以选择增补桩基，在桩式基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩，从而提高基础承载力、增加基础稳定性。( 4) 在墩台地基稳定性能良好、承载能力足够的情况下，我们可以运用增设主梁加固法。( 5) 结构体系调整。这一方法可以减少桥梁的拉应力，提高承载能力。采用此方法应当保证桥梁在加固改造完成后仍能满足车辆通行的要求。

三、 桥梁安全性、耐久性差的主要原因

1、桥梁安全性、耐久性差的原因

桥梁工程是一个由许多结构件组成的一个系统结构,各结构件不仅本身要有足够强度和耐久性,而且组合到整个桥梁中也要满足全桥安全性和耐久性,并且一些设计人员设计时考虑片面,结构的整体性、安全和耐久性考虑不够,造成有的结构整体性延性不足,冗余度过小,有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大,强度要求过低,保护层厚度过小及构件截面过薄和过大。

1.2 施工和管理水平低

一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败导致国内外多座桥梁出现安全性和耐久性差的现象。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌,多是由于施工质量没有达到规范和设计要求,典型的问题包括施工工艺不合格和材料强度不足等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题,更是对桥梁安全造成致命的损害。

2 、需要改进和努力的方向

2.1应该更加重视结构的耐久性问题

桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。大量的病害实例也证明,除了施工和材料方面的原因,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷。结构耐久性设计与常规的结构设计有着本质区别,目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析方向发展。

2.2 充分重视桥梁的超载问题

汽车超载主要有三种情况: (1)早期修建的老桥超龄负载运营; (2)桥梁通行的车流量超过原设计; (3)车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加;后者是车辆使用者违法超载营运,后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧,甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面,由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复,将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化,从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

2.3重视对疲劳损伤的研究

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。由于梁端出现了塑性铰,会导致梁端与跨中内力重分布,即梁端弯矩不增加,跨中弯矩增大,简支梁工作状态的梁抵抗了梁端弯矩的继续增加,使梁端变形一般不会增大到塑性变形极限,钢筋中的应力也就不会超过屈服点,结构是安全可靠的。

4 结语：

综上所述,调幅时应与其它因素综合考虑,其原则是调幅后梁端负弯矩绝对值(最后组合值)应与跨中正弯矩相等或接近。公路桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题,不仅要积极借鉴国外成功的经验和做法,还必须认真的总结找出更适合国情的一套设计方法和管理经验,除加强施工管理外,还要从公路桥梁设计以及结构体系和构造的角度等做好耐久性和安全性的设计。

参考文献：

[1] GB50009-2001建筑结构荷载规范;

[2] GB50010)2002混凝土结构设计规范

[3] 贾桂玲. 连续刚构梁裂纹分析与加固措施[J]. 都市快轨交通. 2012(04)

[4] 马超祥．浅谈道路桥梁结构病害与加固［J］． 黑龙江交通科技，2010，1