公路桥梁典型病害成因与防治措施分析
时间：2023-02-24 14:55:06 来源：千叶帆 本文已影响人
刘 曼
(河北省石家庄市西柏坡高速公路管理处 石家庄市 050299)
随着交通运输事业的迅猛发展，我国桥梁总量不断增加，在社会经济生活中发挥重要作用。同时，随着桥梁服役年限的增长，病害问题越来越突出，我们应对此高度重视，并采取合理措施加以解决，切实保障工程运营安全、保证工程质量符合要求[1-3]。
以公路桥梁桥面铺装不平整、上部结构受力裂缝、支座病害、墩台身裂缝等典型病害为例，综述其病害表现形式、成因以及防治措施。
1.1 桥面铺装病害
桥面铺装常见的病害主要有：桥面开裂(包括轻微裂缝和严重裂缝)、磨损严重、局部坑槽、起皮以及车辙等。桥面的损伤较为普遍，并且成为了影响桥梁使用性、耐久性的重要因素。
1.2 上部结构受力裂缝
以北方某大跨度预应力混凝土箱梁桥为例，常见的受力裂缝主要可以分为五类，分别为跨中区段受弯裂缝、底板接缝附近的横向裂缝、齿块的横向裂缝、箱梁纵向裂缝以及腹板弯剪斜裂缝。几种裂缝形式见图1～图4。
图1 箱梁腹板弯曲裂缝
图2 箱梁受弯裂缝
图3 箱梁底板横向裂缝
图4 箱梁腹板斜裂缝
1.3 支座病害
以板式橡胶支座为例，典型的病害包括支座位置串动、脱空，支座老化、底板变形以及垫石的破碎、钢板的锈蚀等[4]。
1.4 墩台身裂缝
桥梁在运营过程中，墩台身裂缝主要会表现为三种形态。
(1)网状裂缝
此类裂缝多发生在常水位以上桥梁墩身的向阳位置，裂缝宽范围为0.1～lmm，深范围为1～1.5cm，长度不均等。
(2)竖向裂缝
此类裂缝发展趋势以下宽上窄的形态为主，自基础向上发展至桥梁墩(台)上部，裂缝长度不均等。
(3)水平裂缝
此类裂缝多环绕桥墩(台)身呈现，分布不均匀，裂缝宽范围为0.1～2mm。
图5 墩台身裂缝示意图
1.5 桥台护坡典型病害
桥台护坡是保障桥头路堤稳定的重要构筑物[5]，在运营期间时常出现护坡填土塌陷、砌石散落、护坡土壤外露等病害。
2.1 桥面铺装开裂的原因
桥面铺装开裂，甚至发生局部塌陷的主要原因有以下三个方面：
(1)施工原因：桥面铺装材料质量和施工质量较差，在运营若干年后，桥面极易出现开裂、甚至局部塌陷等病害。
(2)重车反复作用：随着交通量、车辆荷载的增加，部分地区所采用的桥梁设计荷载等级已经不能满足交通发展的需求，进而从根本上导致桥面的破损。
(3)基础不均匀沉降：由于雨、水的冲刷致使部分桥梁基础被局部掏空、产生不均匀沉降现象，进而导致桥面的开裂。
2.2 上部结构受力裂缝产生的原因
2.2.1箱梁跨中受弯裂缝产生的原因
(1)对于箱梁，尤其是节段施工的箱梁，节段之间的接缝通常是结构薄弱环节[6]，在车辆荷载等作用下，跨中极易产生弯曲裂缝，此类裂缝主要表现在箱梁腹板下部边缘，裂缝宽度范围为0.1～0.2mm。
(2)过大的桥梁墩(台)基础之间的不均匀沉降差。
2.2.2底板接缝附近的横向裂缝原因
(1)对于节段施工的预应力混凝土连续箱梁，若使用柔性金属波纹管道且固定其位置的构造措施不力，或由于正在浇注箱梁混凝土引起下挠，则管道在接缝处将有折角或尖弯点。在预应力钢束的径向力作用下极易引起箱梁底板的横向裂缝。
(2)底板接缝施工质量较差，加之底板尤其是跨中部位应力安全储备不足，造成开裂。
2.2.3箱梁底板横向裂缝原因
若在设计阶段，对混凝土齿板的非预应力钢筋配置不足，箱梁混凝土底板混凝土极易产生横向裂缝，裂缝自下向上部腹板扩展，会导致腹板混凝土斜裂缝。
2.2.4箱梁纵向裂缝原因
(1)施工阶段，现场作业人员浇注混凝土不规范，从梁的一端单向浇注，致使混凝土凝结不一致，从而使梁体支架在混凝土自重的作用下发生不均匀沉降，导致箱梁纵向开裂。
(2)设计阶段，箱梁顶宽度较大，梁体横向预应力或横向配筋偏弱，在车辆荷载作用下产生纵向裂缝。
2.2.5箱梁腹板弯剪斜裂缝原因
(1)梁体腹板厚度、截面高度尺寸偏小，在运营期间箱梁混凝土抗裂富余量偏小。
(2)紧邻边跨支座处梁体受到较大的剪力作用，加之箱梁截面弯矩作用，在两者应力共同作用下，前期表现为弯曲竖向裂缝，随着裂缝继续斜向发展，最终产生了弯剪斜裂缝。
(3)在预应力混凝土连续箱梁的纵向预应力钢束布置上，仅布置了底板束和顶板束，缺失了弯起钢束。由于箱梁竖向预应力筋长度偏小，加之施工控制的专项预防措施不到位，使得本身长度已经偏短的螺纹钢筋有效预应力进一步降低，达不到设计要求的竖向预应力作用，最终导致箱梁腹板混凝土斜裂缝的产生。
2.3 梁式桥梁支座病害原因
目前桥梁支座病害产生的原因大体可以分为以下四个方面：
(1)设计方面：设计过于“粗糙”或纵坡、超高等指标取值偏大，使得支座安装后上下支承面接触不紧密、甚至较大幅度的脱空，导致桥梁支座受力不均匀，积年累月后造成支座损坏。
(2)施工方面：支座上、下支承面施工不规范。没有针对盖梁垫石几何尺寸、标高以及表面平整度等参数进行事先计算与校核，致使盖梁垫石产生几何尺寸偏差、标高不匹配、表面不平整等通病，最终造成支座密贴性差、脱空。
(3)养护方面：支座滚动面、滑动面夹杂异物；
桥梁防排水装置存在缺陷，支座处发生渗漏水，致使支座发生锈蚀等运营期相关缺陷，没有及时得到维修处理。
(4)其他方面：桥梁墩(台)不均匀沉降、变位及倾斜。
2.4 墩台身裂缝
2.4.1网状裂缝原因
(1)施工期间，浇注桥墩混凝土后拆除模板过早或未能及时采取养护措施，由于混凝土的水化热温度和外部气温的温差过大而产生的表面裂缝。
(2)桥梁墩台身混凝土因养护期不足或养护措施不到位，致使混凝土干燥收缩，引起开裂。
2.4.2竖向裂缝原因
(1)由于基础松软或沉降不均匀引起。
(2)由于桥墩顶部受拉钢筋数量或布置位置不合理所引起的。
2.4.3水平裂缝原因
(1)由于施工操作不规范，造成的混凝土浇注接缝。
(2)桥址区气候原因，例如北方季节性冻胀力，容易使自身强度不足的墩台出现被剪断或被拔断的现象，进而伴随着表现出水平裂缝。
3.1 上部结构病害防治措施
(1)当主梁纵向裂缝宽度范围在0.15mm以内时，推荐采用封闭处理；
当裂缝宽度大于0.15mm时，推荐采用加压注浆加固处理。
(2)当箱梁梁体出现局部混凝土剥落、露筋现象时，应凿除原“起皮”的混凝土，并对钢筋进行除锈，使用环氧混凝土进行修补，在修补过程中应注意新旧混凝土的结合。
3.2 下部结构病害防治措施
(1)当盖梁、墩柱以及墩台帽混凝土存在剥落、破损、露筋等病害时，应进行加固处理，以保障结构的耐久性。若结构钢筋外露且锈蚀，首先应除锈，并采用聚合物砂浆进行修补处理。
(2)当墩台身裂缝(竖向、斜向裂缝)超过0.20mm时，应加强对墩台身裂缝宽度发展情况的观测，若无继续发展扩大的迹象，可仅进行加压注浆封闭处理。如继续发展扩大，应查明原因后及时进行加固处理。
(3)对桥墩基础受水冲刷严重的，应对桩柱进行套箍加固处理。如河流上下游有采挖砂的，建议对河流修建堤坝，以防止河床冲刷加剧。
3.3 桥面病害处治措施
(1)对于桥面铺装局部破损的部位进行局部修补或重新摊铺。
(2)对于桥面铺装补丁处破损的应凿除补丁沥青混凝土层，重做防水，摊铺沥青混凝土修补，维修时严禁破坏原桥面铺装钢筋。
3.4 支座病害处治措施
对支座组件破损严重、位移超限的，进行更换支座。
综上所述，当前公路桥梁工程建设运营过程中，应高度重视桥梁各类病害问题，加强工程管理，及早发现病害，并及时采取措施进行修复，从而切实保障公路桥梁工程项目的可靠性以及安全性。
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