淺談道路橋梁結構病害與加固

李恒贏

摘要：加強道路橋梁的加固水平，降低質量問題和結構病害是當今橋梁建設中迫切要解決的問題。本文對橋梁病害的成因、病害數據、破壞機理進行分析，并有針對性的提出了防治措施。

關鍵詞：道路橋梁;結構病害;防治措施

1. 道路橋梁結構病害分析

1.1梁底板裂縫病害特征及規律

統計分析大量己有文獻和工程實踐的資料，空心板梁橋底板縱橫向開裂的原因歸納起來主要有三個方面：設計、施工、運營。

1.設計原因空心板底板厚度普遍較小，且為了節約工期，降低工程造價，預應力空心板多設計為寬幅狀，所以空心板的頂底腹板厚度往往偏薄，局部承載能力相對較弱，為縱橫向裂縫的出現埋下隱患。此外，空心板梁橋的預應力體系通常設計為扁錨結構，管道摩阻系數往往較大，錨固位置的局部應力也較大，所以施加預應力時，底板混凝土位置開裂。

2.施工原因設置的預應力鋼筋本應呈現直線狀態，但因為施工不規范的原因，大多呈現曲線的波浪狀態。張拉預應力后，力筋又向直線形式轉變，所以波動的鋼絞線部分會使得附近混凝土承受推壓，故發生橫向變形，在混凝土發生橫向變形的部位處的力筋位置的底板隨之沿著縱向開裂。

3.運營原因據大量的交通量統計，大多數小車往往習慣走超車道和臨近超車道位置，而超過2/3的重載車輛往往習慣走道路右側。受到重載車或超限車長期間作用時，極易引起底板的縱橫向開裂。

1.2梁橋底板裂縫病害機理分析

空心板梁底板縱向裂縫的產生原因主要包括設計、施工及運營三個方面：

1.設計方面

早期空心板梁設計由于經濟因素制約，其底板厚度較薄（一般為10～12cm左右，部分梁體優化設計后底板厚度更?。?，薄壁結構在縱向受力時其截面將發生畸變變形，同時在底板上下緣產生畸變彎曲應力，當畸變拉應力超過混凝土的抗拉強度，勢必導致底板產生縱向開裂。若底板橫向構造配筋較少，則鋼筋無法限制縱向裂縫的擴展（底板橫橋向為普通鋼筋混凝土結構），這也是底板縱向裂縫寬度一般較大的原因之一。

2.施工方面

施工工藝引起空心板梁底板產生縱向裂縫的因素較多，其中預應力因素較為關鍵。正常狀態下施加預應力，預應力將對截面產生軸向壓力和彎矩，由于混凝土材料的泊松效應，在軸向壓力作用下底板將產生橫向拉應力，此應力與截面的畸變應力組合后往往大于混凝土的抗拉強度，這就是產生縱向裂縫較為普遍的原因之一。若后張法預應力管道定位不牢固，預應力鋼束在澆筑混凝土后出現起伏狀，則張拉鋼束時預應力的徑向力將導致底板出現局部開裂。曾對部分出現縱向裂縫的空心板梁進行了驗證，發現底板出現裂縫與定位鋼筋間距太大或定位不牢固有直接關系。

3.運營方面

大量的日常檢查結果表明，采用四個板式橡膠支座的空心板梁極易出現支座局部脫空、整體脫空甚至支座缺失的情況。若空心板梁支座出現病害，則梁體受力偏移設計意圖，空心板梁約束扭轉內力加大，在約束扭轉的作用下截面同樣產生畸變彎曲應力，也是引起空心板梁底板縱向裂縫的原因之一?？招陌辶旱装蹇v向裂縫應由空心板內外溫差所引起，并指出底板對內外溫差較為敏感，而頂板不敏感，并建議在空心板梁底板開通風口。筆者認為空心板梁內外溫差對底板受力影響較小，一方面是空心板梁壁厚較小，熱傳導很快就能完成;另一方面中板受外界環境溫度影響較小，但中板出現底板縱向裂縫亦是普遍現象。

2.道路橋梁病害的防治策略

2.1設計防治措施

對于隱藏在設計階段的病害，設計時應具體分析橋梁所處環境、地形、荷載情況、施工季節等，選擇與之相適應的橋梁結構形式、材料及施工方法等，確保橋梁后期運營階段的安全性與耐久性。

橋梁結構設計初期應具體分析橋梁所處位置的地質與環境，根據不同的地質選擇相應結構類型，根據不同的環境選擇及與之相適應的材料。設計時應根據環境選擇能夠較好的適應變形的結構類型;由于環境溫度溫差大，結構經常遭受熱脹冷縮現象，應選擇抗凍性能好的混凝土材料;沿海地區，由于海水中存在大量的氯離子，橋梁結構與海水接觸導致氯離子對結構的腐蝕現象嚴重，結構設計時，混凝土材料應選擇抗氯離子腐蝕性能強的材料。對于后期運營階段的常見病害，如裂縫、跨中下撓過大，在設計階段應采取相應措施避免或延緩該類病害的發生與發展。表層裂縫一般是由于混凝土材料的劣化導致，此類病害設計時應注重材料的選擇，在設計初期應選擇與環境相適應的混凝土材料;對于影響結構的安全性的結構性裂縫，通過分析其原因得知，設計時應保證截面有足夠的強度;必須配置彎起鋼束，充分考慮預應力的損失，同時也應配置相應的豎向預應力束，通過二次張拉的方法對預應力進行補張拉，確保有效的預應力;適當增加腹板底部厚度和普通鋼筋含量，對箍筋進行適當加密;加大梁高范圍縱向水平鋼筋直徑，并對其間距進行適當加密，可以有效防止水平裂縫和斜裂縫的產生。

2.2施工防治措施

施工階段保證混凝土的澆筑質量以及對混凝土進行有效的養護是防治混凝土表層缺陷的主要措施。尤其是在夏天施工時，對于混凝土的澆筑應減少每次的澆筑厚度，充分利用澆筑層面使混凝土內部熱量散失;對于橋墩部分等大體積混凝土澆筑，可以通過選擇最合適的施工季節;埋設水管，注水降溫等;對于在夏季施工的工程，避免或者減少混凝土接觸使其溫度升高的因素，應采取有效措施降低混凝土入模溫度等若遇到環境溫度急劇下降的天氣，應采取有效措施對己澆筑的混凝土進行表面保溫，避免表面產生溫度梯度，致使裂縫的產生;當混凝土溫度高于環境溫度時，必須控制好拆模時間，且在拆模后應及時對混凝土表面采取保溫措施，避免表面溫差作用導致溫度應力，致使裂縫的產生。

2.3病害整治措施

（1）梁底開裂的預防措施

從設計的角度分析，空心板梁底板偏薄容易導致梁底橫向裂縫，針對這種因結構構造原因導致的病害，站在設計角度來分析最好的辦法就是適當提高底板厚度。

從施工的角度分析，空心板梁的混凝土質量對其強度至關重要，由于空心板梁高度偏低、底板較薄且內部鋼筋復雜，如果施工過程工藝控制不嚴或材料施工配合比不科學等原因，很容易導致空心板梁底板混凝土質量存在隱患，最終導致底板強度低于設計值而容易出現開裂現象。

（2）梁鉸縫破損的預防措施

從設計的角度主要考慮對鉸縫構造進行優化、加強連接鋼筋、改進鉸縫材料等，目的是加強鉸縫與梁板橫向連接作用、加強橋面板與梁板的連接作用。從施工的角度分析主要考慮嚴格控制施工工藝、流程。從后期運營的角度分析主要考慮限載超載車輛通行、加強日常養護。

結論

本論文首先介紹了研究背景以及國內外針對道路橋梁底板、鉸縫破壞的研究現狀，提出了本文的具體研究內容;分析了管養數據，發現病害率最高的橋梁類型是空心板梁橋，在空心板梁橋的病害中梁體裂縫是發生數量最多的病害。分析梁體不同構件上的主要裂縫病害后，選擇鉸縫、底板裂縫作為空心板梁橋的代表裂縫進行研究。根據管養數據分析這兩種裂縫病害的特征，著重對鉸縫和底板裂縫病害的特征及規律進行來分析;最后，針對空心板梁橋裂縫的特征，提出了相應的應對策略，從設計到施工、到防治等不同階段對空心板梁橋裂縫進行了應對措施介紹。

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