農村公路橋梁病害成因與養護管理措施

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1 農村公路橋梁的典型病害形式及成因

1.1 橋梁上部結構

橋梁上部結構是直接承受車輛及行人荷載、外部環境變化的結構，也是農村公路橋梁的關鍵部分之一。梁式橋的上部結構有主梁、橫隔梁等，拱式橋的上部結構有主拱圈、立墻立柱等，需分別對其典型病害形式進行分析。

（1）梁式橋。農村公路梁式橋上部結構病害以混凝土裂縫為主，而裂縫主要表現為結構性裂縫和非結構性裂縫兩種形式。混凝土裂縫可能出現在橋梁上部結構的跨中、支座、腹板、梁底等部位，不同位置裂縫形態和產生原因有一定的差異，具體如表1所示。

表1 梁式橋裂縫分布形態及成因

（2）拱式橋。農村公路拱式橋梁上部結構病害以表面風化、主拱圈裂縫等為主。主拱圈裂縫包括剪切裂縫、貫通裂縫、劈裂破壞等，主要原因在于結構設計不合理、圬工強度小、橋墩橋臺移位等。其中，剪切裂縫、劈裂破壞分別是因為主拱圈抗剪強度和抗壓強度不足而引起的；貫通裂縫與主拱圈抗彎強度及橋墩橋臺的不均勻沉降密切相關[1]。

1.2 橋梁下部結構

（1）蓋梁。蓋梁起著“承上啟下”的作用，既承受來自上部結構的荷載，同時又將該荷載傳遞到橋墩。蓋梁主要受到彎拉力和剪切力作用，容易產生裂縫，尤其是立柱頂上方的蓋梁，由于長期承受負彎矩，裂縫分布更加密集。同時，橋梁伸縮縫處的橋墩蓋梁受到含氯離子較多的河水或雨水侵蝕，蓋梁鋼筋或剪力筋容易被腐蝕破壞。

（2）橋梁墩臺。農村公路橋梁墩臺如果設置在水中，在水流或漂浮物撞擊作用下容易產生混凝土剝落、豎向裂縫、水平裂縫、橋臺開裂等病害。根據相關病害統計數據可知，農村公路橋梁墩臺80%以上的病害都是裂縫。不同類型的裂縫病害成因如下：豎向裂縫是橋梁基礎的橫向差異沉降變形造成的；水平裂縫是橋梁結構相鄰兩跨水平受力不均勻造成的；如果橋臺臺背回填壓實度不滿足規范要求或地基承載力較小，則墩臺在外荷載作用下會出現下沉、傾覆等現象，最終導致橋臺產生開裂病害。

（3）橋梁基礎。橋梁基礎的主要功能是將上部荷載傳遞給地基，其缺陷以基礎沉降、滑移、隆起為主[2]。①基礎沉降滑移。農村公路橋梁基礎是允許微小的沉降變形或水平滑移的，但是如果其值超過某一臨界點可能危及橋梁結構整體穩定性。基礎沉降是因為原地面基底承載力不足或地基處理措施不當，從而導致橋梁結構在各種外力作用下，基底在一定深度范圍內產生較大的附加應力。基礎滑移是由于橋梁基礎受到較大的水平力或沖擊力，使得水平抗滑力與水平下滑力的比值小于規范允許的安全系數。②基礎隆起。如果橋梁工程修建在季節性凍土地區，在反復凍融循環作用下，則橋梁基礎材料的耐久性會不斷降低。同時，凍脹力會將橋梁基礎上抬，導致基礎隆起。埋置深度小于5m的淺基礎受凍融循環的影響程度要遠大于深基礎，需及時對其進行加固養護。

1.3 橋面系

農村公路橋梁的橋面系主要包括橋面鋪裝、伸縮縫裝置、人行道、欄桿、護欄、防排水系統、照明、標志等要素，其病害類型會對行車舒適度和安全性產生直接影響。不同橋面系要素的常見病害形式如表2所示[3]。

表2 不同橋面系要素的常見病害形式

1.4 橋梁支座

如果橋梁支座出現病害，其基本變形能力（轉角和位移等）就會產生一定程度的損失，存在安全隱患。農村公路橋梁常用支座形式主要有簡易支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座、聚四氟乙烯板式支座等，不同類型的支座，其病害形式也不完全一致。例如，簡易支座病害主要有油毛氈老化、破損；板式橡膠支座病害主要有老化變質、開裂、外鼓、位置串動、脫空或剪切超限；盆式橡膠支座病害主要有鋼盆銹蝕、螺栓剪斷；聚四氟乙烯板式支座病害主要有老化、臟污、磨損。

2 農村公路橋梁病害養護時機的確定

（1）橋梁技術狀況評定方法。橋梁技術狀況評定包括橋梁構件、部件、橋面系、上部結構、下部結構和全橋評定。橋梁總體技術狀況評定等級和橋梁技術狀況分類界限如表3所示。橋梁技術狀況評定分為一般評定和適應性評定。一般評定是依據橋梁定期檢查資料，通過對橋梁各部件的技術狀況進行綜合評定，劃定橋梁各部件及總體技術狀況類別，進而提出各類橋梁的養護措施，其評定方法應按現行《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）執行。對一般評定劃定的各類橋梁，應分別采取不同的養護措施：一類橋梁進行正常養護；二類橋梁需進行小修；三類橋梁需進行中修，酌情進行交通管制；四類橋梁需進行大修或加固，及時進行交通管制，如限載、限速通過，當缺損嚴重時應關閉交通；五類橋梁需進行加固、改建或重建，及時關閉交通。

表3 橋梁總體技術狀況評定等級和分類界限

（2）決策樹法。決策樹法用于確定橋梁病害養護時機，需要先建立“樹結構”，同時結合當地經驗和相關專家的意見，不斷細化決策方案，最終給出最佳的養護時機。然而農村公路橋梁養護時機影響因素較多，決策樹結構較復雜，一旦增刪某一項因素，均應再次建立決策樹結構，這樣會顯著增加工作量。

3 農村公路橋梁養護措施

3.1 橋梁養護原則

目前農村公路橋梁加固養護措施較多，在選擇加固養護方案時要綜合考慮當地的經濟技術水平和橋梁現狀等因素，盡可能選擇施工難度小、工程造價低、對交通影響小、對原結構不損傷或少損傷的加固養護方案。

3.2 橋梁養護措施

（1）完善養護管理體系。為了提高農村公路橋梁的養護管理水平，要建立完善高效的養護管理體系，具體工作如下：第一，加強對技術人員的培訓工作，提高其對橋梁養護工作的重視程度，提高業務能力；第二，養護運營單位應盡可能加大資金、人員、設備的投入，確保養護工作的順利進行；第三，明確養護作業責任主體，并加強職能部門的監督管理。（2）制訂養護方案。農村橋梁養護一般包括日常養護與定期養護。為了充分掌握橋梁運營狀況，在資金、人員允許的條件下，日常養護應至少1天1次，工作內容主要是將橋梁外觀及可能產生的病害情況記錄歸檔。在定期養護之前，應對橋梁狀況開展整體性評定，并確定合理的養護時機和相應的車輛管控措施。（3）完善養護數據管理工作。利用數字化技術建立農村公路橋梁養護數據庫，動態更新橋梁養護信息，確保橋梁養護檔案客觀、真實、完整，使各級橋梁管理機構實現資料共享，以此提高橋梁養護管理效果。

4 結論

文章分析了農村公路橋梁的典型病害形式、成因以及養護時機，提出了有效的養護管理措施，主要得到了以下結論：（1）在車輛及行人荷載、水流沖擊、外部環境變化等因素的影響下，農村公路橋梁各構件病害形式和成因也存在一定差異。（2）農村公路橋梁養護時機不宜過早也不宜過晚，養護時機評定可選擇橋梁技術狀況評定方法、決策樹法等。（3）農村公路橋梁應選擇施工簡單、成本低、對原結構損傷小的養護方案，并可從完善養護管理體系、制訂養護方案、完善養護數據管理工作等方面來加強農村橋梁養護管理。