城市混凝土橋梁病害成因及修復措施

韓 揚

(北京建筑大學 北京未來城市設計高精尖創新中心,北京 100044)

1 概述

城市橋梁是公共道路的重要組成部分，市區的跨線橋、跨河橋、立交橋等都在其交通線路的正常運行中發揮著突出作用。在我國，建設城市橋梁時往往會選擇混凝土橋作為常規的結構形式，這是由于混凝土橋本身具有結構簡單易推廣、施工技術較成熟、安全系數更高、經濟效益更好的優勢。雖然混凝土橋依靠其自身特點而在城市中普及，但此類橋梁在運營多年后，仍舊不可避免地出現各類病害問題[1,2]。因此，本文依據某市2018年市區環線道路橋梁的病害檢查結果，對城市混凝土橋梁的病害成因進行分析，并提出針對性修復措施，希望能為日后此類舊橋的維修加固改造提供參考幫助。

2 病害成因分析

2.1 橋面系病害

橋面系病害主要分布于橋面鋪裝、伸縮縫、防撞墩及路緣石，具體情況如下：橋面鋪裝局部產生線形裂縫、網狀裂縫或坑槽、車轍等病害；伸縮縫存在變形、止水帶破損等病害；橋面兩側防撞墩出現剝落露筋，路緣石、平緣石出現侵蝕露骨。

從橋面系病害的類型和分布情況來看，大部分病害的形成主要是由于長期行車運營過后，外部材料的損傷累積致使橋面系功能性退化，比如：汽車荷載與溫度荷載的持續作用下，橋面鋪裝層產生裂縫、坑槽并持續擴大[3]；伸縮縫型鋼變形甚至斷裂導致橋頭跳車、出現異響。此外，外部環境侵蝕也會造成病害的出現：混凝土防撞墩由于暴露在外界，長期受到風雨侵蝕極易導致內部鋼筋銹蝕，脹開表面混凝土保護層，形成鋼筋外露；路緣石、平緣石則受到積水及融雪劑影響，易出現麻面露骨。

2.2 上部結構病害

混凝土橋梁上部結構的病害主要包括滲水泛堿、銹脹露筋、混凝土破損、梁體腹板縱向裂縫、橫隔板開裂破損等。從病害成因上進行歸類，滲水泛堿與銹脹露筋同屬于滲漏水病害，混凝土破損則受到多種因素影響，腹板縱向裂縫與梁體施工工藝有關，而橫隔板破損與上部結構整體性有關。

伸縮縫止水帶破損、橋面鋪裝裂縫導致橋面滲漏水對主梁及下部結構產生滲漏水病害，泄水管堵塞則加劇了該問題的出現。滲水泛堿形成的原因，便是橋面長期滲漏水致使混凝土與積水發生化學作用產生堿性物質，再與空氣接觸生成大量白色晶體，較為嚴重時甚至會在混凝土表面覆蓋一層鐘乳石[4]。當梁體保護層較薄時，滲漏水浸入混凝土引起鋼筋銹蝕，滲水泛堿更易發展為銹脹露筋。

導致混凝土破損出現的原因較多，主要有以下幾點：內部鋼筋銹蝕致使混凝土脹裂破損；風化、鹽害等環境侵蝕引起破損；車輛剮蹭梁體導致混凝土剝離破損；構件受力節點處存在應力集中現象促使混凝土開裂破損；現場施工時遺留先天缺陷破損等[5]。

混凝土梁體腹板出現縱向裂縫時，其部位及走向往往與預應力鋼束走向一致，據此可判定，裂縫的開展與預應力鋼束張拉過程中產生的側向力有關。但該種病害的產生有時也會受到施工技術的影響，當施工現場混凝土振搗不密實、養護不到位、強度不達標時，此類裂縫出現的幾率便會大大增加[6]。

出現梁體間橫隔板開裂破損等病害的主要原因是橋梁上部橫向受力較大，橫向聯系不足。該病害的出現將導致車輛荷載沿橫橋向傳遞的能力減弱，更為嚴重的甚至會發生單梁受力問題[7]。因此，一旦有橫隔板出現嚴重破損時應盡快修復，及時增強梁體間的橫向聯系。

2.3 下部結構病害

混凝土橋梁下部結構的病害主要包括滲水侵蝕、銹脹開裂、混凝土破損、墩臺及蓋梁不規則裂縫、墩柱環向裂縫、支座剪切變形、護坡沉陷等。其中，滲水侵蝕、銹脹開裂以及混凝土破損等病害情況與上部結構類似，故不再進行贅述。

墩臺及蓋梁上出現大量不規則裂縫，主要有三個方面的原因：首先，如果施工時混凝土振搗、養護不達標，在其收縮階段，極易產生不規則裂縫，這些裂縫會隨外部環境侵蝕而不斷發展；其次，在橋梁運營階段，下部結構受溫度荷載影響，混凝土發生不自由脹縮，同樣會產生不規則裂縫；最后，對于處在潮濕環境或存有侵蝕介質環境中的下部結構來說，混凝土pH值一般均會逐漸降低，內部鋼筋表面的鈍化膜由此遭受破壞，導致鋼筋銹蝕，進而脹裂保護層混凝土。

墩柱出現環向裂縫時，往往會沿橫橋向分布于墩身兩側，從裂縫形態及所處部位分析，其產生的主要原因是高獨柱墩受墩頂橋梁荷載偏載作用而處于壓彎狀態，墩柱下部在橋上偏載時呈一側受拉、另一側受壓，導致墩身受拉側開裂。當出現該種病害時，應對墩柱裂縫損傷的程度進行專項檢查，同時開展墩柱受力狀態實時監測，以便深入判定墩柱開裂對橋梁安全性的影響。

下部結構的支座剪切變形一般分為兩個方向：沿橋梁縱向剪切變形由環境溫度變化、汽車制動力等作用引起，橋梁設計縱坡過大也是原因之一；沿橋梁橫向剪切變形則是由主梁整體橫向偏移所致。護坡沉陷往往是由于橋梁排水系統殘缺不全，積水長期沿橋臺向下沖刷護坡，導致坡下積土被掏空，進而護坡發生沉陷。

3 病害修復措施

針對以上病害，我們將其按照病因大致歸結為三類，即滲漏水病害、混凝土損傷病害以及設施材料性能退化病害。以下為各類病害的修復措施與建議。

3.1 滲漏水病害

歸根結底，制止滲水泛堿、滲水侵蝕、露筋銹蝕、護坡沉陷等一系列病害的關鍵在于解決橋梁滲漏水問題，其根本方法是截斷水源。故此，應不斷開展對橋梁結構排水設施的維護改造，在日常養護中加強巡視，及時疏通堵塞的排水管道，更換殘缺破損的排水構件；對損壞的伸縮縫止水帶也應迅速更換，減少梁體接縫間積水對混凝土的侵蝕作用，保證混凝土的耐久性。

3.2 混凝土損傷病害

對于混凝土損傷病害來說，結構上、下部存在的可見裂縫應及時處理：寬度小于0.15 mm的裂縫采用涂刷樹脂封閉膠的方式進行封閉；寬度不小于0.15 mm的裂縫采用灌注膠進行灌縫處理；有大量裂縫出現且寬度超過容許值的混凝土構件，應進一步增加安全評定以確認是否進行改造、替換。對于混凝土出現蜂窩麻面、松散、孔洞、破碎、剝落等缺陷的部位，需先細致清理，然后在外露鋼筋表面涂刷鋼筋保護劑，最后采用高強砂漿對缺損部位進行修補。此類型病害在修補過后應不斷追蹤觀察，對損傷反復出現的部位進行標記，分析具體原因后再作出針對性加固改造。

3.3 設施材料性能退化病害

當伸縮縫型鋼、止水帶、路緣石、平緣石、排水管道、橡膠支座等設施材料出現性能退化，雖不會即刻對結構產生致命危害，但如若不及時處理，設施將持續惡化直至完全失效，最終影響到整體結構的正常使用。因此，對于破損輕微的設施，應通過材料修補迅速止損，延長構件使用壽命；對于破損嚴重的設施，必須更換新構件。

4 結語

大多數城市混凝土橋梁病害的產生并非互不相關，結構中一系列問題的出現往往存在聯系。如果單純針對橋梁某個部位的某種病害進行處理，即便修復手段比較完善，該病害仍有極大可能會在日后復發。想要降低病害復發的幾率，就應當結合現場勘察情況來對橋梁病害進行深層次地探究分析，以求從根源處截斷病害。