公路橋梁典型病害成因與防治措施分析

劉 曼

(河北省石家莊市西柏坡高速公路管理處 石家莊市 050299)

隨著交通運輸事業的迅猛發展，我國橋梁總量不斷增加，在社會經濟生活中發揮重要作用。同時，隨著橋梁服役年限的增長，病害問題越來越突出，我們應對此高度重視，并采取合理措施加以解決，切實保障工程運營安全、保證工程質量符合要求[1-3]。

以公路橋梁橋面鋪裝不平整、上部結構受力裂縫、支座病害、墩臺身裂縫等典型病害為例，綜述其病害表現形式、成因以及防治措施。

1 公路橋梁典型病害

1.1 橋面鋪裝病害

橋面鋪裝常見的病害主要有：橋面開裂(包括輕微裂縫和嚴重裂縫)、磨損嚴重、局部坑槽、起皮以及車轍等。橋面的損傷較為普遍，并且成為了影響橋梁使用性、耐久性的重要因素。

1.2 上部結構受力裂縫

以北方某大跨度預應力混凝土箱梁橋為例，常見的受力裂縫主要可以分為五類，分別為跨中區段受彎裂縫、底板接縫附近的橫向裂縫、齒塊的橫向裂縫、箱梁縱向裂縫以及腹板彎剪斜裂縫。幾種裂縫形式見圖1～圖4。

圖1 箱梁腹板彎曲裂縫

圖2 箱梁受彎裂縫

圖3 箱梁底板橫向裂縫

圖4 箱梁腹板斜裂縫

1.3 支座病害

以板式橡膠支座為例，典型的病害包括支座位置串動、脫空，支座老化、底板變形以及墊石的破碎、鋼板的銹蝕等[4]。

1.4 墩臺身裂縫

橋梁在運營過程中，墩臺身裂縫主要會表現為三種形態。

(1)網狀裂縫

此類裂縫多發生在常水位以上橋梁墩身的向陽位置，裂縫寬范圍為0.1～lmm，深范圍為1～1.5cm，長度不均等。

(2)豎向裂縫

此類裂縫發展趨勢以下寬上窄的形態為主，自基礎向上發展至橋梁墩(臺)上部，裂縫長度不均等。

(3)水平裂縫

此類裂縫多環繞橋墩(臺)身呈現，分布不均勻，裂縫寬范圍為0.1～2mm。

圖5 墩臺身裂縫示意圖

1.5 橋臺護坡典型病害

橋臺護坡是保障橋頭路堤穩定的重要構筑物[5]，在運營期間時常出現護坡填土塌陷、砌石散落、護坡土壤外露等病害。

2 典型病害成因分析

2.1 橋面鋪裝開裂的原因

橋面鋪裝開裂，甚至發生局部塌陷的主要原因有以下三個方面：

(1)施工原因：橋面鋪裝材料質量和施工質量較差，在運營若干年后，橋面極易出現開裂、甚至局部塌陷等病害。

(2)重車反復作用：隨著交通量、車輛荷載的增加，部分地區所采用的橋梁設計荷載等級已經不能滿足交通發展的需求，進而從根本上導致橋面的破損。

(3)基礎不均勻沉降：由于雨、水的沖刷致使部分橋梁基礎被局部掏空、產生不均勻沉降現象，進而導致橋面的開裂。

2.2 上部結構受力裂縫產生的原因

2.2.1箱梁跨中受彎裂縫產生的原因

(1)對于箱梁，尤其是節段施工的箱梁，節段之間的接縫通常是結構薄弱環節[6]，在車輛荷載等作用下，跨中極易產生彎曲裂縫，此類裂縫主要表現在箱梁腹板下部邊緣，裂縫寬度范圍為0.1～0.2mm。

(2)過大的橋梁墩(臺)基礎之間的不均勻沉降差。

2.2.2底板接縫附近的橫向裂縫原因

(1)對于節段施工的預應力混凝土連續箱梁，若使用柔性金屬波紋管道且固定其位置的構造措施不力，或由于正在澆注箱梁混凝土引起下撓，則管道在接縫處將有折角或尖彎點。在預應力鋼束的徑向力作用下極易引起箱梁底板的橫向裂縫。

(2)底板接縫施工質量較差，加之底板尤其是跨中部位應力安全儲備不足，造成開裂。

2.2.3箱梁底板橫向裂縫原因

若在設計階段，對混凝土齒板的非預應力鋼筋配置不足，箱梁混凝土底板混凝土極易產生橫向裂縫，裂縫自下向上部腹板擴展，會導致腹板混凝土斜裂縫。

2.2.4箱梁縱向裂縫原因

(1)施工階段，現場作業人員澆注混凝土不規范，從梁的一端單向澆注，致使混凝土凝結不一致，從而使梁體支架在混凝土自重的作用下發生不均勻沉降，導致箱梁縱向開裂。

(2)設計階段，箱梁頂寬度較大，梁體橫向預應力或橫向配筋偏弱，在車輛荷載作用下產生縱向裂縫。

2.2.5箱梁腹板彎剪斜裂縫原因

(1)梁體腹板厚度、截面高度尺寸偏小，在運營期間箱梁混凝土抗裂富余量偏小。

(2)緊鄰邊跨支座處梁體受到較大的剪力作用，加之箱梁截面彎矩作用，在兩者應力共同作用下，前期表現為彎曲豎向裂縫，隨著裂縫繼續斜向發展，最終產生了彎剪斜裂縫。

(3)在預應力混凝土連續箱梁的縱向預應力鋼束布置上，僅布置了底板束和頂板束，缺失了彎起鋼束。由于箱梁豎向預應力筋長度偏小，加之施工控制的專項預防措施不到位，使得本身長度已經偏短的螺紋鋼筋有效預應力進一步降低，達不到設計要求的豎向預應力作用，最終導致箱梁腹板混凝土斜裂縫的產生。

2.3 梁式橋梁支座病害原因

目前橋梁支座病害產生的原因大體可以分為以下四個方面：

(1)設計方面：設計過于“粗糙”或縱坡、超高等指標取值偏大，使得支座安裝后上下支承面接觸不緊密、甚至較大幅度的脫空，導致橋梁支座受力不均勻，積年累月后造成支座損壞。

(2)施工方面：支座上、下支承面施工不規范。沒有針對蓋梁墊石幾何尺寸、標高以及表面平整度等參數進行事先計算與校核，致使蓋梁墊石產生幾何尺寸偏差、標高不匹配、表面不平整等通病，最終造成支座密貼性差、脫空。

(3)養護方面：支座滾動面、滑動面夾雜異物；橋梁防排水裝置存在缺陷，支座處發生滲漏水，致使支座發生銹蝕等運營期相關缺陷，沒有及時得到維修處理。

(4)其他方面：橋梁墩(臺)不均勻沉降、變位及傾斜。

2.4 墩臺身裂縫

2.4.1網狀裂縫原因

(1)施工期間，澆注橋墩混凝土后拆除模板過早或未能及時采取養護措施，由于混凝土的水化熱溫度和外部氣溫的溫差過大而產生的表面裂縫。

(2)橋梁墩臺身混凝土因養護期不足或養護措施不到位，致使混凝土干燥收縮，引起開裂。

2.4.2豎向裂縫原因

(1)由于基礎松軟或沉降不均勻引起。

(2)由于橋墩頂部受拉鋼筋數量或布置位置不合理所引起的。

2.4.3水平裂縫原因

(1)由于施工操作不規范，造成的混凝土澆注接縫。

(2)橋址區氣候原因，例如北方季節性凍脹力，容易使自身強度不足的墩臺出現被剪斷或被拔斷的現象，進而伴隨著表現出水平裂縫。

3 典型病害防治措施分析

3.1 上部結構病害防治措施

(1)當主梁縱向裂縫寬度范圍在0.15mm以內時，推薦采用封閉處理；當裂縫寬度大于0.15mm時，推薦采用加壓注漿加固處理。

(2)當箱梁梁體出現局部混凝土剝落、露筋現象時，應鑿除原“起皮”的混凝土，并對鋼筋進行除銹，使用環氧混凝土進行修補，在修補過程中應注意新舊混凝土的結合。

3.2 下部結構病害防治措施

(1)當蓋梁、墩柱以及墩臺帽混凝土存在剝落、破損、露筋等病害時，應進行加固處理，以保障結構的耐久性。若結構鋼筋外露且銹蝕，首先應除銹，并采用聚合物砂漿進行修補處理。

(2)當墩臺身裂縫(豎向、斜向裂縫)超過0.20mm時，應加強對墩臺身裂縫寬度發展情況的觀測，若無繼續發展擴大的跡象，可僅進行加壓注漿封閉處理。如繼續發展擴大，應查明原因后及時進行加固處理。

(3)對橋墩基礎受水沖刷嚴重的，應對樁柱進行套箍加固處理。如河流上下游有采挖砂的，建議對河流修建堤壩，以防止河床沖刷加劇。

3.3 橋面病害處治措施

(1)對于橋面鋪裝局部破損的部位進行局部修補或重新攤鋪。

(2)對于橋面鋪裝補丁處破損的應鑿除補丁瀝青混凝土層，重做防水，攤鋪瀝青混凝土修補，維修時嚴禁破壞原橋面鋪裝鋼筋。

3.4 支座病害處治措施

對支座組件破損嚴重、位移超限的，進行更換支座。

4 結語

綜上所述，當前公路橋梁工程建設運營過程中，應高度重視橋梁各類病害問題，加強工程管理，及早發現病害，并及時采取措施進行修復，從而切實保障公路橋梁工程項目的可靠性以及安全性。