公路桥梁病害原因分析及处理方法(实用版)

公路桥梁病害原因分析及处理方法（实用版）

公路桥梁病害原因分析及处理方法

l摘要:针对公路既有桥梁检查,分析病害产生的原因,并根据桥梁结构特点提出了合适的处理方法。

关键词:

本文来自：https://www.360docs.net/doc/3710978228.html, 骆驼论文桥梁检查病害原因分析养护处理方法

1 引言

随着国民经济的飞速发展,交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,尤其是推行拖挂运输后,重型车辆日益增多,公路桥梁的负担日趋严重,桥梁的安

全度会有所下降,以致影响车辆运营的安全。同时,超重车辆的大量行驶,加之雨水及化冰盐等外界自然及人为条件的不断地侵蚀作用,导致桥梁的部分构件混凝土剥落、钢筋锈蚀的现象十分严重,影响了桥梁正常的使用寿命。而现有公路桥梁中有相当一部分是早期修建的桥梁已满足不了使用上的要求,有的桥梁由于原设计荷载等级偏低,不能适应现代交通增长的需要;有的桥梁由于采用桥型不当或计算假定不尽合理;有的桥梁存在施工质量隐患;有的桥梁养护不当或年久失修等等。因此,有必要对既有桥梁进行科学的检测,充分了解桥梁的实际状况,既可以为有效利用既有桥梁提供合

理依据,又可以避免灾难性事故的发生。

随着交通运输事业的蓬勃发展,种种原因造成不少桥梁发生病害,甚至有的已成

为“危桥”,严重地影响了桥梁的承载能力和正常使用。而要将所有的旧桥、“危桥”拆掉重建依据我国现阶段的经济发展状况是根本不可能的,况且,目前世界各国,即使是最发达的国家,在新建桥梁的同时,也都非常注重旧桥的利用,竟相投入人力、物力和财力从事旧桥的维修与加固研究。因此,如何延长桥梁构件的使用寿命,提高其耐久性以减少桥梁更新的投入,便成为广大桥梁工作者极为关心的问题。

针对旧桥多为钢筋混凝土结构或圬工结构的现状,本文拟根据实地调研资料,分

析旧桥混凝土构件的主要病害,并提出切实可行的整治措施。

2 桥梁检查和典型病害特征

我单位管养辖区内共有93座桥梁,其中箱梁桥1座、混凝土空心板3座、简支梁板桥59座、拱桥加宽或接长梁板桥后成为板拱桥25座、拱桥5座,每季度对既有桥梁进行了详细的定期检查,然后根据这些外业检查检测项目结果,对这些病害产生的

原因进行了细致的分析。

2.1桥面系

经调查发现,各旧桥桥面系及附属构造物均存在不同程度病害,主要有:桥面沥青层出现隆包、剥离,车辆直接作用于外露的混凝土梁(板);伸缩缝被泥沙填堵,缝两侧梁体被车辆撞损严重,或者梁体产生较大纵向位移,在桥台背墙处完全顶死;护栏出现滑移、断裂、脱落等。

2.1.1桥面铺装

桥面铺装首先是调查桥面铺装的类型,然后调查铺装层存在的主要缺陷。水泥混凝土铺装层的主要病害有:裂缝、剥落、坑洞、磨光等。沥青铺装层的主要病害有:轻微裂缝(发状或条状)、严重裂缝(龟裂、纵、横裂缝)、坑槽、车辙、拥包、磨光和起皮等。此外,沥青铺装层应保证足够的平整度和粗糙度,过分光滑雨天易使车辆打滑。

2.1.2伸缩缝

伸缩缝设置于梁端构造较弱部位,因直接承受车辆的反复荷载,故最易遭受破坏。

本辖区内的小桥有50%以上是没有设置伸缩缝的,部分伸缩缝为填料式。随着交通量的增大,载重车辆增多,伸缩缝的破坏逐渐增多。伸缩缝的损坏不仅妨碍车辆的行驶性能,而且会发展到引起结构本身的破坏,如桥面伸缩缝损坏后,使雨水向下渗漏从而影响梁体端部结构和造成支座锈蚀等破坏。

2.1.3桥面排水设施

桥面排水设施及桥面铺装的缺陷,往往导致桥面积水,引起车辆滑移,导致交通事故。

桥面排水设施缺陷的检查最好在降雨和化雪季节进行。桥面积水往往会通过桥面铺装的裂缝等缺陷影响桥梁主要承重结构构件的耐久性能。由于桥面防水不良,除从梁跨中多处漏水外,还有大量的桥面雨水从桥边顺板梁边、梁底漫流或渗漏从而使不少边梁受损。有的梁端被雨水浸蚀,导致混凝土粉化脱落。检查中发现,所有简支梁的边梁,凡跨中有泄水管,而泄水管设置又不完善的边梁跨中下缘钢筋均被锈蚀,并沿钢筋出现混凝土胀裂、脱落、剥落。

桥面排水的泄水管太短,未能伸出梁底或管周防水不严,使桥面水沿梁体结构浸渗或尿檐,给桥梁结构主体造成了严重的损害。使多处边梁混凝土剥落、钢筋锈蚀,降低了结构的强度。

2.2桥梁上部结构

2.2.1梁板

梁板通常有混凝土开裂、剥离、断面破损、钢筋外漏及锈蚀、混凝土本身质量不足、异常变形、梁板湿接缝渗水、漏水等缺陷。对于简支梁桥主要检查支点、L/4、3 L/4及跨中截面是否有裂缝、蜂窝、麻面、空洞、露筋、剥落、游离石灰、缝隙夹层等现象。

2.2.1.1预制梁板

简支板梁主要破损是板梁跨中断裂、梁端混凝土碎裂等。最先破坏的部位都是由主车道开始,然后逐渐向外发展。首先是板梁跨中的铰缝混凝土碎裂脱落,从跨中向两端逐渐延伸。与此同时,铰缝处的裂缝反射到桥面铺装层上,使桥面铺装层的铰缝位置沿桥梁纵向出现裂缝。继续发展则桥面铺装层混凝土碎裂,铺装层横向钢筋被行车荷载剪断。

横向联系是装配式混凝土简支梁桥的薄弱环节。板梁间的横向联结功能丧失,使荷载无法横向分布,形成单板受力状态。再往后发展,板梁跨中逐渐下沉,挠度逐渐增大,直至断裂。因此一旦出现单板受力状况,则桥梁承载能力将大幅度下降,危及桥梁的安全和寿命。特别是有重车、超重车通行时非常危险。

根据简支板桥梁破坏规律,在进行检查时,应特别注意检查铰缝混凝土和桥面铺装层的状况。当有裂缝出现时,注意观测其发展变化,一定要掌握其发展速度。横向联系的丧失还伴随着板梁挠度的加大,在桥上可以看到主车道跨中部位有明显的凹陷。板桥一旦出现单板受力情况,必须立即采取措施,尽快进行临时加固,保证人民财产和生命安全。

2.2.1.2整体现浇梁板

几乎所有整体现浇实心板梁底板都出现通长或断续纵向裂缝,大部分裂缝宽度都小于0.20mm,但部分裂缝宽度最大值达1mm。

这种裂缝系由于板梁的横向宽度过大使得梁体实际上为双向受力的板结构,在路面荷载作用下产生了较大的横向弯矩,超过了梁体的横向抗弯能力,从而引起梁体出现纵向裂缝。根据目前裂缝的性状看,大部分裂缝宽度尚未超过养护规范的规定值,且裂缝处未发现渗水等现象,说明裂缝尚未贯穿整个板梁的高度范围;而少部分裂缝宽

度较大且裂缝处渗水、析出白色晶体。裂缝将削弱断面的整体性,随着车辆荷载的不断作用,将使得纵向裂缝不断加深乃至贯穿整个截面,进而使得桥面顶部出现纵向裂

缝等,引发桥面雨水的渗入,影响结构的耐久性等。

2.2.1.3支座

由于油毡垫支座、板式橡胶支座构造简单、造价低廉、安装方便,被广泛用于各类公路桥梁中。检查中发现有近30%桥梁存在支座病害,主要表现为支座变形开裂、脱空、填充砂浆裂缝、支座底板混凝土碎裂、支座垫石压坏、剥离、辊轴的偏移和下降、销子和辊轴的破坏、支座构件裂痕、螺母松动、带头螺栓固定螺栓的脱落、滑动面、滚动面锈死和支座垫板锈蚀等现象。

支座的检查内容包括简易垫层支座的油毡是否老化破裂;橡胶支座是否老化、变形,位置是否正确;滑动钢盆橡胶支座的固定螺栓有无剪断破坏,螺母有无松动;钢板

滑动支座和弧形支座是否干涩、锈蚀;摆式支座各部分相对位置是否正确,受力是否均匀,钢筋混凝土立柱是否损坏;活动支座是否灵活,实际位移是否正确、是否有对于滑动面、滚动面夹杂尘埃和异物,以及防水装置和排水装置等的缺陷而产生的漏水、溢水等。

造成支座病害的主要有如下几方面原因:①当静载与动载之和长期超过支座的抗压容许应力上限时,支座就会表现为永久性非弹性变形直至严重损坏。②施工时,支撑垫石、梁体与支座结合部不平整或不水平,导致支座受力不均匀,使得应力集中部位过早破坏;③在桥梁安装梁体就位不准时,本应将梁体吊离,支座重新准确就位,而施工

时只简单前后挪动预制梁体来纠偏,使得支座还未使用就受损。④部分支座开裂是由于本身质量存在问题引起的。⑤施工时支座底部未垫塞调平钢板或钢板厚度不够而引起支座脱空,也有些是由于主梁吊装时碰撞支座使其偏离设计位置引起的。支座脱空造成梁体局部下沉、桥面破坏。⑥支座垫板锈蚀主要是由于钢板表面防锈层破坏,导致钢板被腐蚀引起的。

2.3桥梁下部结构

2.3.1墩台身

墩台的检查主要是墩台身缺陷及裂缝检查和墩台变位(沉降、位移、倾斜)的检查。

钢筋混凝土的墩台身比较常见的缺陷是混凝土的风化、掉角及船只碰撞造成的表面混凝土擦痕、混凝土的冻胀引起剥离、露筋、支座下混凝土局部承压而造成损坏;比较常见的裂缝形态是墩台身沿主筋方向的裂缝或沿箍筋方向的裂缝、盖梁上与主筋方向垂直的竖向或斜裂缝。

砖、石及混凝土的墩台身比较常见的缺陷是砌体的砌缝砂浆风化、大体积混凝土内部的空洞引起的破损等;比较常见的裂缝形态是墩台身的网状裂缝及竖向裂缝(沿

墩台身高度方向发展延伸)。

检查中发现,40%桥梁台身存在竖向裂缝或横向裂缝,20%桥梁盖梁存在竖向裂缝,其中大部分裂缝宽度都小于0.20mm。

墩台身横向裂缝和较浅的竖向表面短细裂缝一般是由于温差和混凝土收缩引起的,这种裂缝一般产生在墩台身中部,而且裂缝宽度呈中间大两头逐渐变小趋势;墩台身宽度较大的竖向深层裂缝是由于基础松软产生不均匀沉降所致,这种裂缝一般由墩台身最底部向上发展,裂缝宽度呈下头大上头逐渐变小趋势。

2.3.2盖梁

盖梁较浅的竖向表面短细裂缝一般是由于温差和混凝土收缩引起的,这种裂缝呈

中间大两头逐渐变小趋势;宽度较大的竖向深层裂缝是由于局部应力集中造成的竖向劈裂,这种裂缝一般由盖梁顶部向下发展,裂缝宽度呈上头大下头逐渐变小趋势。盖梁最大拉应力位于桥墩顶处上缘,所以盖梁墩顶处上缘沿纵向裂缝与承受的作用力有关,为受力裂缝。盖梁上缘其它部位拉应力处于较低的水平,因此此类裂缝不是受力裂缝,是由于温差和混凝土收缩引起的。此外,在帽梁端头由于受雨水和大气的影响,使钢筋局部锈蚀,而使混凝土产生一些有规则和无规则裂缝,进而腐蚀粉化影响梁的使用寿命。

2.3.3翼墙

检查发现,20%梁的翼墙存在竖向和斜向开裂。

翼墙产生的竖向裂缝一般为浅层表面裂缝,宽度小于0.2mm,应该是由于温差和混凝土收缩引起的。

翼墙产生的斜向裂缝大都从与背墙相交处开始,裂缝特征表现为:上头大,下头小,裂缝宽度一般都在0.10mm以上,这种裂缝主要是由于以下两种原因所致。

⑴桥台上部台背及翼墙结构均较薄弱,在支座处上部结构产生的偏心荷载、填土及行车荷载产生的侧向压力过大所致。

⑵由于主梁与台背翼墙之间的缝隙被顶死,从梁体上传递来的过大推力引起翼墙的剪切裂缝。

3 旧桥主要病害原因分析

近年来检查发现桥梁的一些部位已有不同程度的损坏。全市的桥梁80%是简支梁桥(包括拱板桥在内)。这些桥梁损坏的部位、损坏的形式基本相同。通过多年的桥梁养护发现,墩台基本没有发现失稳的现象、下部结构损坏较轻微、上部结构破损的程度最严重。

检查发现桥梁损坏主要有以下几个方面:①桥面铺装层和伸缩缝损坏;②整体现浇板梁纵向开裂;③墩台身、盖梁和翼墙开裂;④支座病害。

根据对旧桥运营状况的调查可知,旧桥常见典型病害有以下几类:

3.1裂缝严重

通常裂缝是钢筋混凝土桥梁及圬工桥梁中普遍存在的一种缺陷或主要的病害。一般裂缝有两种类型:一种是由于桥梁结构的强度或刚度不足,在外荷载作用下产生的裂缝,有纵向裂缝和横向裂缝之分;另一种是由于施工质量不好而出现的裂缝。

根据调查结果显示,使用时间在三十年以上的旧桥,几乎绝大多数构件均出现不同程度开裂,裂缝分布范围较广,其宽度远远超过规范所规定的容许范围。

3.2碳化程度严重

所谓碳化是指气相的或水溶的CO2与混凝土中的碱性物质反应,使碱性物质转化为pH较低的碳酸盐CaCO3。混凝土碳化结果是降低了混凝土的高碱性,导致钝化层(混凝土的高碱性使包裹在混凝土中的钢筋表面形成钝态氧化层)失稳甚至失效,引起钢筋锈蚀。

我们采用1%酚酞酒精溶液滴定测试,可得各被测试旧桥混凝土的碳化深度均在8m m以上,其中最大深度达12.6mm。究其原因,可能是修建时混凝土配合比不合理,水灰比大,水泥用量少,空隙大,加之早期养护不足所致。

3.3施工质量差

在过去施工时由于缺乏足够的实践经验,不注意施工质量,不按施工操作规程办事,加之施工组织和管理不善,不仅大幅增加了造价,而且造成了一定的工程事故和隐患。

桥的墩帽处发现大面积蜂窝,墩身气泡、麻面现象非常严重。很显然这是由于当

时施工中振捣不到位所致,且在竣工验收时没有按照有关规程办事,对此类明显存在的问题没有及时予以处理。另外,在各旧桥中混凝土脱落、露筋等病害也时常可见,而裸露的钢筋又由于锈蚀膨胀,使钢筋与混凝土间的粘结作用破坏从而使结构物的承载能力整体下降。

3.4设计不合理或存在缺陷

一方面由于过去所选桥型不尽合理,过去流行的桥型在现阶段重交通情况下出现严重缺陷。同时,在结构设计计算上的某些假定也是不尽完善和合理的。另一方面,由于领导意识较强,在施工时任意改变设计,又未经计算,桥梁结构强度、刚度、耐久性和稳定性均无足够保证。

3.5混凝土质量差

15%桥梁混凝土整体外观较差,主要表现为这几个方面:混凝土表面普遍粗糙、不平整,蜂窝、麻面、剥落、破损情况较多;保护层过薄,导致粗骨料及箍筋有外露现象;剥落、钢筋外露锈蚀且有水渍出现。

此类病害主要是由于混凝土施工质量差引起的,虽然短期内不会导致桥梁承载能力的降低,但对桥梁结构的耐久性影响较大。表层混凝土剥落会导致内部钢筋锈蚀,继而引起钢筋混凝土更大面积的锈蚀开裂,长期作用会导致截面刚度降低、钢筋有效直径减小。对于预应力混凝土桥梁,预应力筋锈蚀后果将更严重。

另外还有一些比较普遍的病害,主要发生在桥面系及其附属结构上,如桥面铺装层大面积破损、横向开裂;桥头搭板下沉跳车;泄水孔堵塞,导致排水不畅;伸缩缝钢板轻微锈蚀且缝内塞满砂土;锥坡开裂破损,杂草滋生等。

4 病害处理方法

4.1桥面铺装层处理

凿除原桥面铺装,全部重新浇筑钢纤维混凝土(加筋),由于钢纤维混凝土抗拉强度较高,并设有较强的钢筋网,不仅耐磨,抗冲击,而且对挂梁的横向刚度有较大提高。

4.2支座病害处理

橡胶支座的变形开裂将会影响桥梁的安全使用,建议对变形开裂比较严重的、老化失效的板式橡胶支座进行更换处理。

脱空的支座应及时纠正支座位置,并在底部垫塞钢板,使其达到设计状态。

垫板锈蚀的支座应及时更换锈蚀的钢板,使支座正常工作。

4.3混凝土裂缝病害处理

普通钢筋混凝土构件在工作时出现开裂是正常现象。实践证明,当裂缝宽度超过一定宽度时(一般为0.25mm)对结构耐久性有一定影响,容易使钢筋锈蚀,减少钢筋面积,降低与混凝土的粘结力,进而降低桥梁的承载力,加快碳化剥落等病害。为避免钢筋锈蚀,影响结构的长期使用性能,建议及时进行裂缝修补。

一般裂缝的修补可采用表面封闭和压力灌浆修补法两种形式进行。根据《公路桥涵养护规范》的要求和实际情况,对于裂缝宽度小于0.20mm浅而细的表面裂缝,可用环氧树脂浆液进行表面封闭;对于裂缝宽度大于0.20mm且较深的裂缝,可采用“壁可法”压力灌浆法修补。

对于现浇实心板梁底板纵向裂缝,宽度小于0.20mm的裂缝,且条数较少时,用环氧树脂浆液进行表面封闭;裂缝宽度大于0.20mm较深的裂缝,且条数较多时,采用横向粘贴碳纤维布进行封闭。

4.4混凝土破损或剥落露筋病害处理

根据《公路桥涵养护规范》的要求和实际情况,对于混凝土表面剥落、破损部位应先将松动的保护层凿去,并将钢筋锈迹清除,再喷射高标号水泥砂浆修补。

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封闭——首先对边梁或板梁边缘(侧面)有裂缝部位,进行环氧树脂灌缝,如遇微细裂

缝则用环氧树脂进行表面涂刷以封闭裂缝;防止水分进一步浸渗,以保证钢筋不被进

一步锈蚀。

修补——凡混凝土脱落缺损者,均以高于原桥梁混凝土标号的环氧砂浆进行修补恢复原状。

加固——凡构件钢筋被锈蚀,混凝土已经开裂或剥落者,必须将开裂部位的混凝

土剔除至混凝土密实部位,或露出混凝土内锈蚀钢筋,然后用化学阻锈剂对锈蚀钢筋

表面进行反复除锈,达到光亮见新;除锈后,用高于原桥梁混凝土标号的阻锈砂浆对破损构件进行修补复原。

4.5墩台身裂缝病害处理

在公路旧桥加固中,塞缝灌浆是综合处治的方法之一,用得比较普遍,特别对墩台身效果较好。塞缝灌浆是把按一定比例配制的水泥(砂)浆、环氧树脂(砂)浆,通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内,起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。结构物一旦出现裂缝,其受力截面发生应力重分布,也就意味着受力有效截面变小,结构应力增大,承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满,使力的作用、传递尽可能恢复到原状态。

塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝,灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂、砂浆等。

水泥(砂)浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥(砂)浆造价低、效果好。

环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,

易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。

塞缝灌浆的通常做法是:先用1:1水泥砂浆勾缝,勾缝时须预留直径约6～8mm的灌浆孔,孔距视裂缝宽度而定,缝宽处孔距为0.6～1.0m,缝小处孔距为0.4～0.6m待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小,用环氧树脂勾缝,凡大于0.2mm的裂缝都要留孔灌浆,孔距一般为0.25～0.30m,灌浆方法与灌水泥浆大致相同。

4.6上部结构改建

在调查研究旧桥的基础上,经过技术、经济比较,采用充分利用原桥进行拼宽,利用桥台将拱式结构改为板式结构的加固方法,使其满足超限运输要求。

4.6.1利用原桥台改拱式结构为板式结构

对于小跨径石拱桥,由于拱圈厚度不能满足超限运输要求或因地基较差发生不均匀沉降,致使拱圈开裂,降低承载能力,可采用此办法。

在确定加固方案时,当拱上填土较薄,不能满足拱上加板的要求,可采取拆除桥面铺装、石拱圈,并将原桥台起拱线以上部分的填土、侧墙拆除,然后加高桥台至设计标高,按超限荷载设计钢筋混凝土预制板的加固方法。如果拱上填土高度能满足加钢筋混凝土板的要求,可不拆除石拱圈,钢筋混凝土预制板的板底距拱顶的净距要求不小

于5cm。

4.6.2结构构件加强

⑴加大截面加固法。该方法可以用来提高构件的抗弯、抗压、抗剪、抗耐久等能力,同时也可以用来修复已经损伤的混凝土截面,提高其耐久性,可以广泛地用于各种构件的加固。但是这种加固方法一般对原有构件的尺寸有一定程度的增加,使原有的使用建筑空间变小

⑵外包钢加固法。外包钢加固可以大幅度提高构件的抗压和抗弯性能,由于采用

型钢材料,施工周期相对较短,占用空间也不大,比较广泛地应用于不允许增大截面尺寸,而又需要较大幅度提高承载力的轴心受压和小偏心受压构件。外包钢加固也可以用于受弯构件或大偏心受压构件的加固,但宜采用湿式外包钢加固法。

5 结论

在桥梁检查中,一定要细心观察,发现缺陷后,应结合观察到缺陷的种类、部位、范围及严重程度,从设计、施工及使用年限,使用状态记录出发,进行综合分析,使之得到切合实际的初步判断。对公路混凝土桥梁的一些病害进行分析,找出产生病害的原因,提出加固处理的具体办法,实践证明此修补措施是可行有效的。这对以后的加固工作具有重要的现实意义,对我国大量既有混凝土梁式桥梁的加固改造有一定的参考价值。

参考文献:

1.公路桥涵养护规范(JTGH11—2004)人民交通出版社

2.公路桥涵施工技术规范(JTJ041—2000)人民交通出版社

3.关于印发《公路桥梁养护管理工作制度》的通知(交通部文件交公发[2007]336号)

4.桥梁加固设计施工技术(刘来君,赵小星)人民交通出版社,2004