摘 要：通过现场勘查多座公路桥梁，发现公路桥梁常见病害，分析桥梁病害的起因，阐述了桥梁综合加固技术的构思，同时介绍几种公路桥梁检测与加固的方法，对有效和合理地解决公路桥梁的病害问题具有重要意义。
关键词：桥梁；病害及成因；检测；维修与加固
0引言
随着交通运输事业的发展，交通运输量大度增长，行车密度及车辆载重越来越大，尤其是型车辆EI益增多，再加上许多桥梁超负荷使用，带来严重的安全隐患。而改造又限于资金的紧缺只能采取投资较少，施工期短，又能缓解当前运紧张状态的维修与加固技术措施。因此，桥梁病的检测与病害成因分析就显得尤为重要。笔者近年来参与多座桥梁检测维修工作，在此与大家对公路桥梁病害的成因、检测与加固技术进行探讨。
1 公路桥梁常见病害及成因
2008年以来我单位参与完成了绵阳下属区县的几十座公路桥梁的检测及维修加固工作，通过现场勘查、病害分析，查找出了病害产生的原因。实地调查后，发现桥梁病害主要发生在建设年代久、设计荷载较低的一些桥上，以六、七十年代修建的拱类桥居多；也有个别新桥由于施工质量较差出现病害的。超重车辆是造成桥梁病害的一个重要原因，而缺少养护或养护不当又加速了桥梁的损坏。我们按下部结构、上部结构、桥面系等分类把桥梁病害大致归纳如下。
1.1下部结构
实体式墩台多由于基础开裂或沉陷而引起的竖向裂缝或倾斜；柱式或框架式墩台由于受力截面小，在荷载增加过大及基础变位双重影响的情况下，易造成盖梁或立柱产生裂缝，使立柱钢筋锈蚀，因而减小了立柱的有效受力截面，减少其承载能力。
1.2上部结构
梁式桥除普遍存在支座老化、倾倒、锈蚀等通病外，主梁受力状况一般良好， 少部分梁体跨中挠度偏大并出现裂缝，梁底混凝土保护层出现开裂脱落等现象。 拱类桥病害偏多，其中石拱桥多产生由于基础沉陷而引起的拱圈横向开裂，而位于半填半挖路段的石拱桥则易产生顺桥向裂缝、侧向外倾等；桁架拱桥多为七十年代水利部门所建，一般主拱圈矢跨比、断面尺寸均过小，由于荷载的增加，易产生变形，使得拱圈拱腹部位钢筋保护层开裂、脱落，钢筋锈蚀；双曲拱桥除主拱圈易产生类似桁架拱桥的病害外，其拱波一般由于未配置钢筋加上拱肋间的横向联系较弱，而在波顶产生裂缝；此外，拱上填料填筑不当或因桥面漏水使其产生膨胀，则容易造成拱上建筑中侧墙的外倾，严重威胁桥梁的稳定。
1.3 桥面系
桥面行车道铺装层是该路段内桥梁病害的共同特征之一，病害表现为铺装的纵横向裂缝，表面局部呈网裂状，表面有车辙痕迹及规则的纵向起伏波浪，并有少量坑槽出现。引起这一病害的主要原因是冲击荷载，而造成冲击荷载偏大的原因包括车辆超速行驶，台后填土沉降，桥梁承重结构变形，桥面不平整等。另一个原因是桥梁结构本身，如装配式板桥铰缝破坏，T 梁桥横向联系削弱等，使得行车道铺装的横向变形过大，导致行车道铺装的纵向裂缝出现。第三个原因是行车道铺装结构本身。早期修建的桥梁，对铺装功能、病害认识有限，配筋量偏小，钢筋直径过细，铺装与承载构件的界面连续不牢靠。
1.4 桥头跳车和伸缩缝损毁
桥头跳车和伸缩缝损毁是本次检测发现的较为普遍的病害之一。伸缩缝破坏直接危及到墩台安全及承重结构的安全。雨水从伸缩缝处渗入墩台帽中，造成墩台顶处严重漏水，使台帽及盖梁钢筋锈蚀，混凝土保护层剥落。特别是对空心板桥，雨水有可能通过板端进入板内，板内长期积水将对板桥造成致命性的伤害。这两类病害是相互关联的，台后填土沉降，引起桥头跳车，桥头跳车引起较大的冲击荷载直接作用在伸缩缝附近，造成伸缩缝破损。
2 公路桥梁的检测
2.1常规检测
(1) 桥面铺装：是否有坑槽、开裂(龟裂、横向、纵向裂缝、车辙、松散、不平、桥头跳车现象等)；
(2) 防撞护栏：是否开裂、松动、撞坏、锈蚀和变形等；
(3) 伸缩缝：是否破损、结构脱落、淤塞、填料凹凸、跳车、漏水等；
(4) 排水设施(防水层)：桥面横坡、纵坡是否顺适，有无积水；泄水管有无损坏、堵塞、泄水能力情况，防水层是否工作正常，有无渗水现象等；
(5)上部结构：主梁支点、跨中、梁板底部有无开裂，若有开裂，其最大裂缝值是多少；梁体表面有无空洞、蜂窝、麻面、剥落、露筋，有无局部渗水；空心板、T形梁的横向联系是否可靠，焊缝是否断裂，横隔梁是否完好，变形情况等；
(6) 支座：位移是否正常，橡胶支座是否老化、变形；钢板滑动支座是否锈蚀、干涩；支座固定端是否松动、剪断、开裂等；
(7) 桥墩：墩身是否开裂，有无局部外鼓、表面风化、剥落、空洞、露筋，是否有变形、倾斜、沉降、冲刷、冲撞损坏情况等；
(8) 桥台：是否开裂、破损，台背填土是否有裂缝、挤压、受冲刷等情况；
(9) 翼墙：是否开裂，有无前倾、变形等；
(10) 交通信号、标志、标线、照明设施：是否完好；
(11)河床：河床是否变迁，有无漂浮物堵塞河道。
2.2 鉴定检查
鉴定检查是对发现的病害进行深入的检测，从而判定病害的危害程度，以决定维修和加固的措施所进行的调查方式。对于不同指标的检测分别采用以下不同的方法。
2.2.1混凝土强度的检测
(1)无损检测法。无损检测法又分机械（敲击法、回弹仪法、撞击法、枪击法等)和物理(共振法、超声波探测仪法)及综合法。由于用单一的方法存在某些局限，测定结果不是很准确，故采用两种或两种以上的方法来综合评定，则可提高测试的准确度并使应用范围扩大。其中超声波速法与回弹仪两者结合应用最广，可使测定的强度误差缩小到12MPa以内。
(2)挖取试样法。若无损检验结果不能满足要求，在必要时，可采用从结构中挖取试样，在试验机上加载试验，测定混凝土的实际强度。取试样的部位既应具有代表性，又应为结构使用的安全所允许，而且要事先验定主要钢筋的位置，并避开它。为了避免试样在挖取过程中受到振动破坏，最好采用钻机切取，缺乏钻机时，常采用人工的方法凿取。试件从实体上取下后，须仔细磨平，用高标号砂浆补齐，然后进行试验。这种检验方法的优点是既能做强度试验又能做弹性摸量与密度试验，测定结果也符合实际情况。缺点是破损了结构、费工、试验条件要求较高。因此常用于测定精度要求高的含筋量较小的大体积混凝土。
2.2.2裂缝检测
桥梁结构出现裂缝之后，应加强检查与观测。根据裂缝的特征，结合设计、 施工资料进行分析、查明裂缝性质、原因极其危害程度，确定是否需要修补并为修补方案的制定提供可靠的依据。检测内容包括：① 裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等；② 裂缝的变化发展情况。观测裂缝的仪器一般有塞尺、手持式读数显微镜。也可采用长标距裂缝应变片、千分表引伸仪等。其方法如下：① 在裂缝两边设置小标杆，两杆间的距离用卡尺测量或者用读数放大镜直接测量裂缝的宽度。② 设置两块金属板相接触，量测并记下裂缝变化的尺寸。 ③ 利用水泥浆或石膏作成薄片的标记贴在裂缝处，或用玻璃片，较牢固的纸糊在裂缝上，观察其是否继续开裂。在观测裂缝时，要求记录气温的情况。因为气温降低时，结构的外层比内层冷却的快些，因而表面收缩较快，这时裂缝呈现的较大，当气温增高时则情况相反。裂缝的评定应根据我国在《公路养护技术规范》中对桥梁技术状况评定标准及裂缝宽度作出的规定，只要裂缝的宽度和数量超过规范的范围和限度就必须进行修补与加固，否则，会导致结构恶化，降低桥梁的承载能力和使用寿命。
2.2.3承载力的检测
现有桥梁承载力的检定，常采用以下方法：
(1) 分析计算法。首先对被检定的桥梁结构进行检查(搜集资料、现状检查、材质与地基的检验等)，然后将检查所得的有关资料和检验测量结果，运用桥梁结构计算理论及有关的经验系数进 行分析计算，从而评定出桥梁的安全承载能力。分析计算法又分为经验系数折算和理论计算两种做法。经验系数折算法是以桥梁原有设计荷载等级为基础，同时考虑桥梁损坏程度、材料老化程度、桥面行驶条件、实际交通情况、桥梁建造使用期限等因素，折算出桥梁安全承载力的方法。承载力由下式所得
P = P0 K1 K2 K3 K4
此法的关键是确定各种系数，系数的建立必须经过广泛的调查研究。理论计算法是当原桥荷载等级不清楚或上述的各种系数较难确定时，应用结构计算理论，估算出桥梁结构可能承受的最大外力(如弯距)；然后，再与实际检定的荷载相比较，从而判定出桥梁安全承载力的方法。此法应注意的问题：荷载计算应根据实际荷载，即采用需通过的荷载等级进行验算；材料强度以实测结果为准；应正确地把结构的缺陷估计到计算中去，即由于结构的部分损坏而承载力降低。
(2) 荷载试验法。此法是比较普遍采用的方法，通过现场荷载试验及测试， 可以直接检验桥梁 的实际承载力。它又分为：静试验和动载试验。静载试验的加载量一般为设计荷载的0.8～1.0倍，试验前应先进行估算。如果原桥的病害较大，初步判定承载能力将降低，则加载量可先低一点，逐步加载；若需要进行超载试验，可逐步提高加载量，但要谨慎，加强检查，加载方法采用时间短的方式，通常是采用车辆进行加载。测试内容包括应变、挠度和裂缝。梁桥的控制截面为跨中截面和支座处；拱桥则为拱顶、L/4处、拱脚截面；测试横向对称加载或偏载情况下原桥的应变、挠度和裂缝的数值及变化情况，其残余变形分应符合在容许范围之内。测试结果要与预估值进行比较，而不宜直接与规范规定值进行比较。动载试验法主要是通过对桥梁载在动荷载作用下产生的动力系数、自振频率和阻尼数据进行分析，求得桥梁的实际承载能力。此法因为涉及的因素较多，如混凝土容许开裂、收缩徐变对超静定结果得动力特征等，故难度较大。
(3) 实物调查比较法。此法是由实际交通情况来检定桥梁承载力的动态求法。它是对被检定桥梁进行相当长期的观测，根据桥梁通过的车辆荷载，测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度(跨中或产生挠度最大处)、应变、应力、裂缝开展情况等数据，然后对这些数据进行统计分析，从而得出桥梁可以承受的荷载等级。
3 公路桥梁维修加固方法
3.1公路桥梁维修加固的原则
(1) 桥梁结构由于结构失效或损伤经评估(公路旧桥承载能力评定方法)不满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。加固设计的内容及范围，应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整座桥梁，亦可以是指定的区段或特定的构件；
(2) 充分发挥原有结构的承载能力，节省投资缩短工期；
(3) 加固后的桥梁结构整体寿命应恢复到原设计的桥梁寿命；
(4) 加固设计应与施工方法紧密结合，并采取有效措施，保证新老结构连接可靠、协同工作；
(5) 对于大桥、特大桥，其主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应不少于2个，并进行方案比选和经济评价，完成加固方案可行性研究报告；
(6)加固设计及施工尽量不损伤原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换；
(7) 加固设计应按下列原则进行承载力验算：① 结构的计算应根据加固后结构的实际应力情况和实际的边界条件进行；② 结构的计算截面积，保留的构件采用基于检测结果的计算截面积，新增构件采用实际有效截面积，并考虑结构在加固后的实际受力程度、加固部分的应变滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的程度；③ 加固后使结构恒载增大时，应对被加固的相关结构及基础进行验算；
(8)在加固施工中，尽可能减少对桥上和桥下的通行车辆及行人的干扰，采取必要的措施，减小对周围环境的污染；
(9)在加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计方研究，再采取有效措施进行处理后，方能继续施工；
(10)加固施工过程中，应采取安全监测措施，确保人员及结构安全。
3.2公路桥梁维修加固方法
3.2.1加大截面加固法
增大截面加固法是在原结构基础上再浇筑一定厚度的钢筋混凝土，这是对钢筋混凝土桥加固的一种常用的改造技术。增大混凝土截面一般采用两种方式， 一种是加厚桥面板；另一种是加大主梁梁肋的高度和宽度。对于第一种方式常用于板桥的加固，一般情况下，除个别板块有严重破坏不能继续使用而需更换外，对配筋率偏低或断面尺寸不足、跨中出现裂纹等病害，可通过加固来确保钢筋混凝土板桥的正常使用。桥面板加固常用植筋加固桥面技术，采用此技术对旧桥面的处理比较简单，一般先进行高压水喷、喷砂、凿毛等简易处理，然后平行旧桥面钢筋，按计算深度钻孔，再将钢筋植入孔内，再采用同级别的混凝土填孔，并浇筑新的桥面层。在混凝土桥面加固中，新旧桥面的连接是个薄弱环节，尤其是界面的抗剪强度。采用植筋技术以后，界面的抗剪强度由三部分组成：界面混凝土内部结合力、界面摩擦力、植筋的抗剪力。由于植入钢筋的影响，界面的抗剪强度大大提高，而且植入钢筋对旧桥面也起到了一定的加强作用。
增大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设汁和施工经验， 适用于较小跨径的T梁桥或板桥的加固。采用此法加固后桥梁刚度明显提高，承载能力也能取得较好的效果。该法也有明显的缺点，比如混凝土构件的体积增大、自重增加、施工周期加长、施工空间大等。
3.2.2型钢粘贴锚固法
型钢粘贴锚固法的基本思想是用环氧树脂粘结剂将钢板(或槽钢)粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替钢筋，提高混凝土桥梁的承载能力。通常以树脂(一般采用粘结力较好的还氧树脂等)粘接钢板与混凝 土的结构加固法。此方法被广泛应用于建筑、工厂、桥梁等土木工程中。该法施工快速、现场基本无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对桥面交通及桥下通航影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响。由于施工水平施工工艺的差距，使用此方法加固的桥梁往往加固质量差异较大，加固效果 在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平。此方法一般适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
3.2.3改变桥梁结构体系加固法
改变桥梁结构体系加固法通过改变桥梁结构体系来达到提高桥梁承载能力和提高桥梁安全系数的目的。如在简支梁下增设支点或墩台以缩短简支梁的单跨跨径；或将相邻两跨简支梁相连接采用钢筋混凝土联结，使简支梁变成连续梁，通过减小跨中正弯矩来提高桥梁的承载能力。此外，还可在梁底与墩台间加斜撑来提高桥梁的承载能力。
3.2.4粘贴碳纤维增强塑料加固法
粘贴碳纤维加固技术采用专门的树脂将碳纤维粘贴于混凝土结构受拉表面时碳纤维与原结构形成新的受力整体，碳纤维与钢筋共同承受荷载，降低了钢筋应力，从而使结构达到了加固和补强效果。粘贴碳纤维加固技术的主要特点是：几乎不增加结构自重和截面尺寸，不改变净空高度，施工方便，对原结构几乎不会造成新的损伤，具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能，根据受力分析可进行多层粘贴进行补强，其方向性也可以灵活掌握。此外碳纤维质地柔软，加固后可用混凝土砂浆涂敷，或根据要求涂装各种颜料，修复补强不留痕迹。可在不改变结构外型的前提下补强各种混凝土结构物，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展，增加结构的延性。
3.2.5 FRP复合材料加固桥梁技术
20世纪80年代中期，Maier指出复合材料和混凝土梁、板相结合可以极大提高混凝土梁板的强度。日本的土木工程师马上认识到该技术的商业价值，经改进后修复了大量的旧桥。FRP(fiber reinforced polymer)复合材料加固已成为 日本桥梁地震加固的首选技术。FRP由纤维及网型树脂两部分构成。纤维提供强度，树脂固定纤维位置，并将荷载均匀分布到纤维上去，同时它也能将纤维连接到结构表面。目前常用的两种纤维形式是E一玻璃纤维以及碳纤维，虽然芳伦纤维强度更大，但应用时难以加工处理，实际应用并不多，目前正处于研究中。树脂一般应用环氧树脂即可。FRP复合材料并不承担结构的负载，但可以使混凝土、 钢筋更加有效地工作。例如，混凝土有良好的受压性能，但其受拉性能很差。FR P复合材料的应用可以有效防止混凝土受拉破坏，从而大大提高结构的承载能力。研究表明用1根FRP加固后，T型梁的跨中屈服弯矩提高8%，2根FRP加固后可提高11.7%。
3.2.6体外预应力加固法
体外预应力加固法是指对布置于承载结构主体之外的钢束张拉而产生预应力的后张法。体外预应力体系由体外预应力孔管、浆体、锚固体系和转向块等部件组成。体外预应力技术能大大缩短施工工期。但加固后对原结构外观有一定影响，且不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
3.2.7喷涂、 置换混凝土加固法
喷涂混凝土加固法是在原有结构上喷涂一层高品质的混凝土，以恢复对钢筋的保护，提高已剥离或变质的混凝土强度，提供美观表面的功能，是目前常用的维修加固方法。置换混凝土法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点，通常适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
4．结束语
由于交通量的增大，荷载等级的提高，以及使用年限等因素，各地病态桥梁不断增加，因而，对桥梁维修加固具有重要的社会意义和经济价值。随着技术和材料制造工艺的发展，将有更多的新工艺、新方法、新材料运用于桥梁加固维修当中来，各种不同的方法都有各自的技术优势，我们要灵活运用，积极开拓，把各种方法运用到不同的桥型加固当中去，体现加固的经济、快速、可靠性。
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