混凝土橋梁結(jié)構(gòu)常見病害及損壞問題淺析

王斌斌

摘 要：改革開放之后，我國的交通行業(yè)迎來了巨大的發(fā)展，但是目前一些橋梁運(yùn)營狀態(tài)并不十分樂觀，出現(xiàn)了影響橋梁正常使用的病害現(xiàn)象，有些甚至危及橋梁安全。橋梁病害的發(fā)生降低了結(jié)構(gòu)的可靠性，給橋梁安全性埋下了隱患。本文主要對我國橋梁常見的病害問題做出分析，以求給橋梁的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)管理方面提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁病害 混凝土橋梁 原因分析 安全性

中圖分類號：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0064-02

道路橋梁是我國運(yùn)輸和交通系統(tǒng)中的核心部分，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的紐帶。隨著投入運(yùn)營的橋梁的數(shù)量增多，橋梁的使用年限增大，出現(xiàn)了不少橋梁病害問題，嚴(yán)重情況下甚至出現(xiàn)了橋梁損壞垮塌的問題，關(guān)于這方面的事故報(bào)道也層出不窮。而在全部橋梁中，混凝土橋梁占絕大多數(shù)，如何保證此類橋梁的交通安全性和舒適性，成為了擺在橋梁設(shè)計(jì)者、施工者、管理者面前的重要問題。科學(xué)合理地對大量問題進(jìn)行歸納總結(jié)能對今后的橋梁發(fā)展起到一定的借鑒作用。

1 橋梁病害的類型

1.1 混凝土裂縫

混凝土裂縫在我國的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中是比較普遍的一種病害。裂縫按照成因可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。（1）結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)由于荷載引起的裂縫主要包括：彎曲裂縫，常出現(xiàn)在截面受拉區(qū)彎矩最大處的混凝土；剪切裂縫，又稱斜裂縫，扭曲裂縫，由主拉應(yīng)力引起；局部應(yīng)力裂縫，主要出現(xiàn)在支座、懸臂梁掛梁梁端、牛腿等處局部應(yīng)力較大的部位。（2）非結(jié)構(gòu)裂縫。指由于變形受到約束而出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象。主要包括：溫度裂縫，混凝土硬化時(shí)的水化熱、溫差（整體及局部）等原因引起的裂縫；混凝土收縮、徐變裂縫；不均勻變形引起的裂縫，如下部墩臺帽身的豎向、斜向裂縫等。雖然混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫現(xiàn)象是常見的，但是裂縫往往也會引起其他病害的產(chǎn)生和發(fā)展，橋梁的破壞和倒塌往往是從裂縫的擴(kuò)展開始的，因此不可忽視橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫問題。

1.2 橋面鋪裝病害

橋面鋪裝層直接承受車輛荷載的沖擊、剪切，并直接承受氣候的影響，起著防止車輪磨耗行車道板、分散車輪集中力、隔絕外部雨水冰雪等侵蝕結(jié)構(gòu)的作用，因此其是容易產(chǎn)生病害的部位之一。以常見的瀝青混凝土鋪裝層為例，病害現(xiàn)象有碎裂、車轍、推移、鼓包、縱橫向裂縫、脫落等。其中以縱橫向裂縫和局部破損現(xiàn)象居多。我國橋面鋪裝損壞的問題近些年來比較嚴(yán)重，不僅一些年代較早的橋梁中存在，新近修建的橋梁尤其一些鋼主梁的橋梁中也出現(xiàn)不少此類現(xiàn)象。橋面鋪裝層的受力復(fù)雜，病害時(shí)有發(fā)生，因此對橋面鋪裝層的設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)予以足夠的重視。

1.3 橋頭沉降病害

橋梁建成通車后經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營期，臺后填土出現(xiàn)下沉，造成橋臺搭板脫空，進(jìn)而導(dǎo)致橋頭跳車。這種跳車引起的沖擊和振動影響了行車的舒適性和安全性，增加了車輛的故障率，也對橋臺產(chǎn)生不良影響。究其原因，可能為季節(jié)性水位變化，也可能為多雨季節(jié)的雨水入滲，導(dǎo)致臺后填土的強(qiáng)度軟化，土體基礎(chǔ)逐漸沉降變形，引起臺前臺后不均勻沉降。

1.4 伸縮縫病害

伸縮縫的設(shè)置是為保證橋梁結(jié)構(gòu)在溫度變化、荷載以及混凝土徐變作用下能夠自由變形。橋梁伸縮裝置位于梁端構(gòu)造較弱的位置，直接承受車輛的反復(fù)荷載，是容易損壞且又相對難修復(fù)的部位。其破壞主要表現(xiàn)在伸縮縫本身的破壞、錨固件的損壞、伸縮縫構(gòu)造部位凹凸不平等。伸縮縫的破壞除了影響行車的舒適性外，還可能造成伸縮縫處漏水，進(jìn)而可能會加速支座和結(jié)構(gòu)的腐蝕。

1.5 鋼筋混凝土耐久性問題

混凝土的耐久性是混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力，包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、碳化、堿骨料反應(yīng)及混凝土中的鋼筋銹蝕等性能。

混凝土的碳化是指空氣中CO2擴(kuò)散到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低。當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋會發(fā)生銹蝕。

氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化混凝土?xí)斐汕治g。海水、海風(fēng)、海霧中的氯離子是氯離子的主要來源，此外冬季道路、橋面撒拋冰鹽都有可能使氯離子滲入混凝土中。氯離子對混凝土的侵蝕表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。

混凝土中的堿與骨料中的活性成分在混凝土硬化后吸水逐漸發(fā)生膨脹性化學(xué)反應(yīng)，會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂破壞。其破壞的特征之一為混凝土表面開裂，裂紋呈網(wǎng)狀（龜背紋）。有時(shí)反應(yīng)生成的堿-硅酸凝膠會順著裂縫滲透到混凝土表面，凝膠外觀類似于樹脂狀，脫水后凝膠變成白色。堿骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制。

鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及受力性能的主要因素。混凝土在多種因素作用下（如碳化、大氣污染、氯離子侵蝕等），混凝土中pH值下降，鋼筋表面原先在堿性介質(zhì)中生成的鈍化膜漸漸被破壞而失去保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。這會造成鋼筋力學(xué)性能退化、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能下降等后果，導(dǎo)致鋼筋與混凝土不能充分協(xié)同工作，從而降低構(gòu)件的承載能力，影響結(jié)構(gòu)的安全。

2 橋梁病害的原因淺析

橋梁的結(jié)構(gòu)形式和橋梁的使用環(huán)境各有不同，橋梁出現(xiàn)病害的現(xiàn)象及類型很多，因此引起橋梁病害的因素也相應(yīng)很多。綜合來講，橋梁的勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)諸多環(huán)節(jié)都有可能埋下隱患。

2.1 設(shè)計(jì)方面存在問題

橋梁一旦出現(xiàn)病害，需要排除是否設(shè)計(jì)的原因。設(shè)計(jì)方面的問題可簡單分為：（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及荷載偏低。我國有很大一部分的橋梁修建年代較早，而隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)逐步得到提高，這就帶來一個(gè)問題，舊橋的荷載標(biāo)準(zhǔn)不能滿足當(dāng)前的荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以部分老橋面臨荷載等級偏低、承載能力不足的狀況，導(dǎo)致病害日益嚴(yán)重。（2）設(shè)計(jì)可能存在不合理。橋梁總體方案的選擇，是由橋位處水文地質(zhì)條件、施工技術(shù)和方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和施工工期要求等諸多因素所決定的。此外，設(shè)計(jì)時(shí)投入的精力、設(shè)計(jì)周期的長短都制約了橋梁方案的質(zhì)量，可能會忽略橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些關(guān)鍵問題的研究。這會造成方案布局不合理或者結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)欠考慮等，都會埋下橋梁在運(yùn)營過程中的隱患。偶爾也會出現(xiàn)個(gè)別橋梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，后患無窮。endprint

2.2 施工過程的管理及質(zhì)量把控不足

我國一些橋梁在未達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)即出現(xiàn)了影響正常使用的病害，這與施工質(zhì)量低有著密切聯(lián)系。施工是設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)，是設(shè)計(jì)的具體檢驗(yàn)。同時(shí)，施工的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響橋梁的整體性能。由于我國交通事業(yè)迅猛發(fā)展造成了施工隊(duì)伍良莠不齊，很多工程病害主要是施工管理不到位、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成的。使用的材料強(qiáng)度不足、偷工減料、不嚴(yán)格按照施工工藝施工等現(xiàn)象對橋梁安全造成了極大的損害。

2.3 未充分考慮使用過程中的因素

眾所周知，我國的汽車超載現(xiàn)象比較嚴(yán)重。特別是公路運(yùn)輸中，車輛違規(guī)超載現(xiàn)象比較普遍。橋梁的超載會引起橋梁的疲勞問題，使疲勞應(yīng)力幅增大，一旦造成橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將會逐步引起損傷加劇，最終危及橋梁安全。特別嚴(yán)重的超載則會使橋梁的負(fù)荷超過承載能力，造成橋梁的垮塌。因此需要加強(qiáng)對超載的管理，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

橋梁作為結(jié)構(gòu)物，處于自然環(huán)境中，因此會受各種自然災(zāi)害的影響，尤其是地震對橋梁的影響很大。多次破壞性地震顯示了橋梁工程受到破壞的嚴(yán)重后果，也顯示了對橋梁進(jìn)行正確抗震設(shè)計(jì)的重要性。除了在設(shè)計(jì)階段需要選取合適的抗震設(shè)計(jì)理論和分析方法外，還需重視橋梁的合理抗震體系和合理的構(gòu)造細(xì)節(jié)。洪水對橋梁的破壞呈現(xiàn)的特點(diǎn)是發(fā)生面積較廣，發(fā)生次數(shù)較頻繁。洪水對橋梁的損害表現(xiàn)為：（1）掏空橋梁墩臺的基底，使基礎(chǔ)懸空，從而使結(jié)構(gòu)受力模式改變。（2）洪水水流量大，水流速度快，沖毀橋頭調(diào)治構(gòu)造物，沖斷橋頭接線路堤。泥石流則是另一種破壞力較大的自然災(zāi)害，會直接沖毀橋梁道路。因此在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，良好施工。

3 橋梁病害問題對策

橋梁結(jié)構(gòu)不可避免會出現(xiàn)病害和損傷，而橋梁的病害和原因并不是完全對應(yīng)，因此，需要多方面采取應(yīng)對措施。（1）橋梁的設(shè)計(jì)是橋梁安全性的根本之一。從設(shè)計(jì)的角度應(yīng)盡可能地減少可能造成病害的源頭，保證橋梁的設(shè)計(jì)合格、合理、可行。（2）施工質(zhì)量的好壞直接影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全。要充分重視施工質(zhì)量的把控，確保橋梁設(shè)計(jì)能夠全面落實(shí)，減少不必要的橋梁病害。（3）必須加強(qiáng)病害的預(yù)防。具體來說，對橋梁病害進(jìn)行預(yù)防處理是加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)維修和定期檢查，建立起日常檢查機(jī)制，定期對橋梁進(jìn)行運(yùn)營狀態(tài)評估，必要時(shí)還須進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)，掌握橋梁的狀況和安全狀態(tài)，分析病害的原因及嚴(yán)重程度，對于檢查出的存在結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的橋梁應(yīng)安全、經(jīng)濟(jì)、適用地進(jìn)行維護(hù)加固。

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