桥梁的修复和补强

本文总结了桥梁下部构造破损的情况及维修方法，并据此提出桥梁下部构造设计方面的一些建议，目的在于使桥梁建设做到耗资少收益大，推迟维修及改建日期。
关键词：桥梁   破损   维修   下部   设计
由于公路建设事业的发展，桥梁的使用数量日趋增多。公路桥梁资产的价值，已不能单从建造的观点来评价，应从多种因素评价桥梁资产价值。也就是说，已建桥梁作为社会财产的一部分，其资产价值因随使用过程逐年降低而需要降价折旧。当今的经济社会形势自然会对桥梁维修经费予以限制。为了有效利用扩大的桥梁资产，必须努力加强桥梁交付使用后的养护工作，使之尽可能延长偿还时间，推迟改建日期。从全面考虑，这样的努力将能做到耗资少而收益大，为社会造福。
在桥梁建设当中，如何维持桥梁的资产价值，如何对已折旧或受损伤的桥梁进行补强和修复，成为一个值得研究的重大课题。因此，在新建桥梁时，应当对已建桥梁的破损状态以及补修和补强加固的效果有充分的认识，从设计开始应要考虑桥梁的耐久性问题，使新建桥梁将来的养护作业减至最小限度。
1.0破损的原因
桥梁下部构造的破损及恶化，大致可归结为诸如地震之类特殊外力的作用以及地基或建筑材料经长年累月之后的变化或损坏等原因。通常，前者的破损程度较剧烈，但是后者引起的破损常在潜移默化的进行，所以也是非常重要的。
1.1特别外力的作用
洪水能够对桥梁产生相当大的破坏力。在洪峰期，比较浅的基础在受到洪水冲刷的同时，还将受很大的流水压力，这往往会导致整个下部构造物的下沉和移动。严重者，有时还会毁坏下部构造以至上部结构。因此，对于浅基下部结构应当特别注意。
对于桥梁下部构造，地震具有极大的破坏作用。《公路工程抗震设计规范》中给出了计算地震荷载的方法和公式。但是笔者认为，为了提高今后下部构造的抗震性，不仅应该恰当地推导地震力的大小，而且还应进行包括考虑震坏程度对安全度影响的设计方法以及构造物变形特性的研究。
近年来，大跨径通航大桥渐多，船舶撞击负荷问题日渐增加。由于船舶重量很大，所以，船舶的撞击力将对下部构造的设计产生重要的影响。即使是在陆地上，桥面设有中央分隔带的桥墩有时也会受至车辆的撞击，所以，设计时必须设法减轻这种撞击力的作用。
此外，繁密交通的重复荷载效应，也是桥梁破损的原因，但其影响主要显现在桥面板和伸缩缝等直接受荷处，可以认为桥梁下部构造几乎不受影响。
1.2地基变位的影响
下部构造的基础周围的地基，因负荷和排水条件变化而变位时，下部构造也会随之受到影响或破损，或者产生位移而需要进行修补。施工后较短时期内发生地基变位的原因，有基底下方地基固结下沉、软弱地基上桥台的侧向位移、回填土压力作用引起的地基和下部构造变位以及附近区域施工所引起的地基变位，地下水位变化等等。
此外，地基经过较长时间以后出现变形损坏的原因，有周围地基广泛沉降、地基蠕变以及倾斜地发生滑坍等。这些变形和损坏，往往在设计开始时很难预测，特别是很难作定量的预测。但有关定性的预测和遇有以上这些变形时所应该采取的对策至少在设计时要预先有所考虑。
1.3建筑材料的长期变化
下部构造使用的材料绝大部分是混凝土，混凝土从浇筑之后，其种种变化和弊病就开始出现，最典型的是干燥收缩和温度应力所引起的裂纹。为了防止这些裂纹产生，规范中规定 了需要的最小配筋数量。可是，根据混凝土浇筑时的施工特性，多数情况增加了单位水泥用量甚至单位用水量，乃是增大这种裂纹的原因之一。
目前仍存在着因骨料质量低劣而导致混凝土质量差的问题。骨料中的岩质差，粒形粒度规格不符，或者混有泥土，其结果均会引起混凝土的干燥收缩和耐久性降低。其次，细骨料中含盐成分增加造成的部分后果是混凝土的碳化反应，以有钢筋锈蚀发生的膨胀压力而使混凝土产生发缝。再者，由于近来使用碎石和破碎砂以后，其中所含的有害矿物质将引起碱集料反应，产生特殊裂纹和混凝土养护期间骨料突爆现象。
但是，上述现象的本质原因多未查清，其处理必须慎重。今后应当进行有关骨料质量和混凝土级配的研究，以期能够有效且安全地利用贵重资源。
此外，由于流水中砂砾对桥墩和桥台的磨擦作用，相应的载面尺寸将渐渐减小。至于减小的程度，将随现场条件有较大的差异。对那些修补困难的部位，必须从设计时对这些现象予以重视。
2.0下部构造的破损型式及相应的设计方法
2.1支座等部位的破损
除支承部分外，支座联结部件轻微的损伤，支座下方砂浆层的损坏。严重的破损、墩顶混凝土破碎。这些破损的主要原因系墩台侧移等。如果出现墩顶混凝土破损，必须尽早修补。
支座垫层砂浆的破损，一般采用翻修的方法来进行修补。墩顶混凝土则应视损坏程度决定补强方法。比如国外经常采用以下几种方法：
1)      用钢板等衬砌后浇筑混凝土；
2)      插入钢筋和修整表面缺陷后浇筑混凝土；
3)      用螺栓将钢箍等固定于墩台竖壁和柱子上。
支承部位是上、下部结构的联结部分，最容易受温度、地震等外力损坏，但也是能控制受破坏的桥梁尽可能减少失去其整体机能的部位。因此，从耐震性或防止桥台侧向移动角度考虑，容许结构发生少许变形使之不出现垮桥等严重损坏，这种办法有时要比白白地寻求提高支座下垫底的材料强度有利。建议在设计中应充分注意这个问题，并应统一考虑上部构造两侧和下部构造两侧支承部分的设计方法。
2.2墩、台身的破损
墩、台身多由钢筋混凝土梁、柱组成，其破损形态较多。究其各种形态的破损原因，不外乎是侧向土压力、地基固结沉降和流水冲刷导致的地基变位以及混凝土的质量低劣等多种因素。
由于水平力作用而产生轻微的损坏，如柱或墙上出现的水平裂缝。当水平力增大时，就会出现混凝土碎裂和钢筋弯突等破坏形态，致使混凝土脱落或剥离。这种破裂形态往往出现在墩身中抗弯能力薄弱的断面，通常多在受力钢筋截止部位和柱壁的根部。而断面急剧变化的柱顶部位，有时因应力集中效应也会发生损坏，因此应加大钢筋截止部分的锚固长度。
对于截面积小的短柱，抗剪能力低于抗弯能力，破损时产生斜向裂缝，以致发生全截面剪断破坏。
只要混凝土截面上无拉伸力作用，则该截面具有很高的抗剪极限强度；如果有拉伸力作用时，混凝土抗剪能力便很小。可以认为，墩台的剪切破坏形态是水平力作用产生弯曲裂缝的发展。因此，若在受力筋端头留有足够的锚固长度，结构抵抗弯曲的能力就会提高，并抑制弯曲裂缝的发生。可以说这是防止弯剪联合作用而引起损坏的有效措施。
因混凝土的干燥收缩和温度应力引起的裂缝宽度通常都很小，为了防止浸水引起钢筋腐蚀，用环氧树脂或其它防水灌浆材料填补裂缝。但由于骨料中含有盐分和有害的矿物质，受到这种盐害和碱—集料反应的墩、台身由于生成物质的膨胀压力而产生相当大的裂缝。对于这样的损坏，通常用水泥砂浆或防水涂层修补。裂缝贯通整个截面的损坏严惩处应凿掉重浇混凝土。
从骨料来源及环保方面考虑，即使不太好的骨料今后也得使用。因此，配合比设计方法和设计经验尤为重要。
水流冲刷墩、台身产生磨耗，因涡流作用磨耗加剧。
对于上述桥台的损伤，轻微开裂者可用环氧树脂砂浆填充；而继续开裂以致截面缺损削减的情况，应凿削混凝土表面，加入接合钢筋，用混凝土修复，或者用钢板加固，用砂浆填充断面缺损处。然而，在不中断交通，且在桥梁的下方河流中从事补强加固作用，这是相当困难的工作，另外，修补的费用巨大。因此，从将来的养护和维修的艰巨性考虑，必须从桥梁设计之初，注意必要的配筋。混凝土的配合比设计注意骨料质量，以期获得耐久性好的钢筋混凝土。同时，在施工阶段要加强管理，使之达到所规定的设计标准。
2.3基础的破坏
由于基础嵌在地基中，其损坏主要原因是洪水冲刷以及地基变位所致。受冲刷损害的主要是扩大基础之类的浅基础。冲刷深度取决于河床坡降和河床堆积物的粒径等因素。因为冲刷深度不能笼统地说多少米，所以设计前应进行大量的调查，以便求得这个深度。另外，由于河流整治，因河堤和河床降低往往使得河流的流水截面积增大，所以，河床降低的情况也必须充分估计到。
修建在软弱地基上的基础会因地基土壤固结而下沉。在桥梁修建中，有些基础没有落在坚实的持力层上，这往往导致不均匀沉降或大量值沉降。即使有的基础落到了坚实的持力层上，也会受到地下水位降低引起的广泛地基沉降的影响产生变形。后者这样的沉降是难以预测，也是不能避免的。但通常引起的是整个基础的均匀沉降，变形在支座附近停止。
总之设计时应充分掌握地基土壤固结沉降量。倘若考虑沉降影响到上部构造，设计一开始就可以研究办法，在支承部位对其进行调整。
桩基础被深埋入地基之中，一般难以确定其变形形式，破损的实际状态也难弄清，其中流砂层对桩基的破坏不容忽视。
通常，桩与基脚多刚结在一起。此时，如果受到水平力，在桩顶则作用着很大的弯曲应力。因此，对于结合不牢的结构，桩顶处将会产生弯曲破坏成铰。现在的设计已有所考虑，无论是对桩和桩顶固结，或是铰化问题设计都偏于安全。但在水平力作用下，铰化后的桩顶水平位移约比刚结情况大两倍，可认为是经常受到较大水平力作用的拱桥上部结构变形大的原因之一。
3.0结语：
在不中断交通的情况下，不管对桥梁的上部或下部构造进行补强或修复，都是一项较大的工程。下部构造特别是基础，在一般情况下多半隐蔽在地面之下，难以发觉其异状情况，即或发现损伤，而要一边临时承托重型结构物，一边凿削补强，施工作业是极其艰难的，而且耗资甚多。就此而言，应当对已破损的桥梁进行调查，归类研究其破损的原因，作为以后设计之鉴，以期将今后的桥梁修复和补强工作减至最小限度。对于那些不可避免的操作，则应千方百计地延缓破损发生的时间。

学习

学习了。