淺析混凝土公路橋梁的常見病害

楊宇丹

北京海龍公路工程公司（102209）

隨著交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大,對公路橋梁的危害也越來越大，以致在橋梁設計與施工上、日常養護過程中或多或少存在的缺陷也不同程度地造成各類橋梁病害，對交通運輸造成不同程度的影響，橋梁病害越來越引起工程界的高度重視。

橋梁病害是指人為的(勘察、設計、施工、使用等)或自然的(地質、風雨、冰凍等)原因，使橋梁結構出現不符合規范和標準要求的問題和現象。對橋梁進行病害分析，提出相應對策，進行維修加固，具有顯著的經濟效益和社會效益。

根據近幾年統計數據:混凝土橋梁出現頻率最高的病害有:橋面鋪裝的病害、橋梁裂縫、基礎不均勻沉降、橋頭跳車等。

1 橋面鋪裝的常見缺陷及成因

橋面直接承受車輛荷載，最容易產生病害。橋面鋪裝的損壞會引起單梁受力甚至破壞。資料顯示，混凝土橋面鋪裝層的損壞占公路總維修的1/3，維修工作量和費用十分驚人，鋪裝層的病害主要表現為鋪裝層出現縱、橫向裂縫及網狀裂縫，鋪裝層剝落，出現碎裂、脫落等破壞現象，伸縮縫處鋪裝破損等形式。

1.1 瀝青類鋪裝層的缺陷及形成原因

瀝青類鋪裝層所產生的缺陷主要有松散、車轍、唧漿、網裂、龜裂、坑洞等。

1）松散原因:①瀝青用量偏少，壓實度不夠，或瀝青溫度過高，瀝青老化失去粘結力造成,石料中粉塵過多等；②橋面積水無法排出，在車輛荷載下使瀝青和石料脫離造成松散。

2）車轍原因:①壓實度不夠，空隙率大，尤其是超重車的行駛造成車轍，在主車道發生較多；②瀝青混凝土的熱穩定性差（軟化點低），瀝青混合料級配不佳,瀝青用量過多，在夏季高溫，容易形成車轍。

3）唧漿原因:①瀝青鋪裝層的空隙率偏大，滲水進入難以排出，行車反復碾壓形成唧漿；②底層清掃不徹底形成隔層，使得粘層（防水層）起不到應有的作用。雨水進入后在行車的反復作用下即形成唧漿;③冷接縫和與路肩結合處未按要求涂粘層瀝青，造成雨水滲入，經行車碾壓即形成唧漿；④瀝青混合料不均勻，局部不均勻。在雨天，車輛荷載作用下，由于瀝青脫落很快就會冒出白漿。

4）網裂、龜裂原因:①瀝青性能不好，油層老化，路面使用疲勞、衰減，反復多次的微裂，即會形成較大面積的網裂，嚴重時形成龜裂；②水泥混凝土鋪裝層強度不夠，引起嚴重的龜裂；③施工時瀝青混合料溫度過高，瀝青老化，失去粘性；④碾壓未達到規定的密實度，空隙率過大；⑤透層油不起作用造成隔層，在車輛荷載長期作用下即形成網裂、龜裂。

坑洞形成的原因較多，由網裂、龜裂、唧漿繼續發展即形成坑洞，由前邊病害的擴展而形成。

1.2 混凝土鋪裝層的缺陷及成因

1）磨光:由于鋪裝層集料抗磨性能差或交通量過大引起。2）裂縫:因施工不良、溫度變化以及橋面板或梁結構產生過大撓曲應力所致。有網裂、縱橫裂縫等。3）脫皮、露骨:由于施工時沒有一次成型，厚度不夠或者裂縫在車輛沖擊力作用下，表層產生脫皮或局部破壞露骨。4）松散破碎:由于強度不足，在車輪沖擊下造成破壞。

2 混凝土結構裂縫缺陷及成因

混凝土結構的裂縫是由材料內部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的,裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因。但裂縫的成因不外乎以下兩類:

結構性裂縫即由外荷載引起的裂縫，預示結構承載力可能不足或存在其他嚴重問題。

非結構性裂縫即由變形引起的裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結構變形在內部產生自應力,當此應力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫。

兩類裂縫有明顯的區別,危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。資料表明，非結構性裂縫約占80%；結構性裂縫約占20%。不管是那一種裂縫，只要裂縫的寬度和數量超出規范容許的范圍和限度，都會導致結構惡化，影響到橋梁的承載力和使用壽命。

2.1 結構性裂縫

結構性裂縫歸納起來分為直接應力裂縫和次應力裂縫。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫，如基礎不均勻沉降、超限車輛通過等。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。如:由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂，如橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等。因此，若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。

2.2 非結構性裂縫

1）收縮裂縫:在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。2）溫度裂縫:溫度變化將引起混凝土熱脹冷縮變形，從而在內產生拉應力，當此應力達到混凝土的抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫。溫度裂縫區別于其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

另外還有鋼筋銹脹裂縫、凍脹引起的裂縫、施工材料質量引起的裂縫和施工工藝質量引起的裂縫等同樣都很重要。

2.3 混凝土腐蝕

混凝土的腐蝕一般來說可以概括為:堿-集料反應、鹽腐蝕和凍融。

混凝土堿-集料反應是指來自水泥、外加劑和環境中的堿金屬離子與沙石等集料中的活性組分發生膨脹性化學反應，從而造成混凝土結構從內部開始的脹裂,在表面上出現龜裂或地圖狀裂紋，直至整體開裂，甚至破壞。這種病害稱為混凝土的“癌癥”。破壞需要三個條件:混凝土的高堿性、碎石中富含的堿活性成分以及水。

當含鹽水進入混凝土結構達到飽和，當外界環境非常干燥或干濕條件下時，分別造成混凝土中鹽分濃度增加和鹽結晶,造成混凝土的膨脹破壞，引起鹽腐蝕。

寒冷地區有較長的冰凍期，滲入到混凝土中的水結冰、融化，如此反復進行，導致混凝土的裂縫不斷擴大，對結構產生慢性破壞作用。凍融的結果，加劇了堿-集料反應和鹽腐蝕的破壞作用。

2.4 混凝土的碳化

碳化是指水泥石中的水化產物與周圍環境中的二氧化碳作用生成碳酸鹽或其他物質的現象。碳化將直接影響混凝土結構物的性質及耐久性。混凝土的碳化是一個緩慢的過程，取決于混凝土的密實性、水泥品種、水化物中氫氧化鈣的含量等內部因素，以及大氣中二氧化碳的濃度和壓力、混凝土的濕度等外部因素。

2.5 鋼筋腐蝕

保護層厚度不足以及混凝土不密實都是導致結構鋼筋銹蝕的主要原因,它使混凝土堿性降低，減弱鋼筋的保護作用，導致了鋼筋的銹蝕。

結構的其它表層缺陷也可能導致結構鋼筋銹蝕,隨著蜂窩、掉角、剝落、露筋、裂縫等病害的發展,往往使結構鋼筋直接暴露在外界條件下而發生銹蝕。

混凝土中的鋼筋腐蝕一般為電化學腐蝕。影響電化學腐蝕的因素有環境的濕度、溫度、氧氣濃度等,濕度越大、溫度越高、氧氣濃度越大,腐蝕越嚴重。

3 橋梁基礎病害及成因

由于地基勘察精度不夠，試驗資料不準。在沒有充分掌握地質情況時就設計、施工，或者是地質軟硬不均差距太大、結構基礎類型差別較大、地基凍脹和地基地質發生變化等都會導致基礎的不均勻沉降。基礎病害類型主要有:基礎沉降、基礎的滑移和傾斜和基礎結構物的異常應力和開裂等。

4 橋頭跳車及成因

橋頭跳車是指道路與橋梁臺背的銜接區域出現的路面或搭板變形、斷裂，甚至坑槽，嚴重影響了行車的安全、速度、舒適及其使用壽命。其原因主要有如下幾方面:

4.1 地基土質不良

橋涵通常位于溝壑地段，地下水位高，且多屬軟土，一旦受到荷載影響，則極易產生沉降，再加上橋頭路基填筑高度較大，在車輛荷載作用下更容易引起地基沉陷，特別是施工后沉降較大。

4.2 臺背填料的影響

臺背填料一般為滲透性材料，空隙率大，施工中很難將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重及車輛的垂直荷載與振動荷載作用下,孔隙率降低，密實度逐漸增大,便在一定期限內產生路基沉降，造成跳車。

4.3 剛柔突變引起的沉陷跳車

剛性較大的橋臺與剛度較小、柔性較大的彈塑性體路基相連，在車輛荷載作用下，這個剛度差引起道路與橋臺之間產生較大的塑性變形和剛度突變，增強了橋頭跳車的震動效果。

4.4 設計與施工造成

未按設計規范要求在橋臺前后正確地設置過渡段，特別對于軟基路段，在沉降還未穩定時直接鋪筑路面,沒有嚴格按施工規范進行臺背回填，松鋪厚度過厚、回填速度過快、壓實度不夠、材料把關不嚴、臺背的防護排水處置不規范，施工便道處理不規范造成不穩定，工后產生不均勻沉降造成。

5 支座病害及成因

支座直接傳遞荷載，其的病害直接影響到梁板的安全，其病害主要是支座與梁板和支承墊石不密貼或脫空，形成空隙，造成梁板支承處局部懸空，形成梁板“三條腿”現象，從而造成梁板的損壞和橋面鋪裝開裂等，危及行車安全。

造成支座病害的主要原因有一是設計時對支承墊石及梁底支承部分的縱橫坡和標高精度不夠，二是在施工時控制不嚴，特別是墊石標高、幾何尺寸、平整度不符合設計，造成在架設梁板時采用墊鋼板或砂漿進行調整，從而形成不密貼或脫空等。

6 結論

對于上述出現的各類橋梁病害，在現實工作中只要嚴格按規范控制設計與施工，均能有效的避免或減少，對已出現的各類病害，應認真分析產生的原因和危害,采用不同的處理方式來滿足使用需要。如橋面鋪裝的破壞無論是水泥混凝土橋面還是瀝青混凝土橋面,通常是將破損的部位清理出來，然后鋪筑；對裂縫的修補常用方法有:填縫、表面抹灰、鑿槽嵌補、表面粘貼和表面噴漿等方法，目前常用的是壓力灌漿修補法等等。

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