鋼筋混凝土橋梁病害分析及其對(duì)策

劉　佳

摘要：如何對(duì)既有橋梁做出正確的檢測(cè)、評(píng)估及加固，目前理論上尚沒(méi)有很好的解決辦法，究其原因，主要是對(duì)病害及其發(fā)生機(jī)理缺乏系統(tǒng)、清楚的認(rèn)識(shí)。因此，掌握不同類型橋梁、不同病害的特點(diǎn)，分析其病害成因，針對(duì)具體問(wèn)題迅速簡(jiǎn)捷地制定相應(yīng)對(duì)策，是當(dāng)前橋梁工程界研究的熱點(diǎn)。鋼筋混凝土橋梁是我國(guó)橋梁，特別是公路橋梁上采用的最主要的結(jié)構(gòu)型式。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土橋梁；病害原因；處理措施；混凝土裂縫；鋼筋銹蝕

中圖分類號(hào)：U445文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0172-03

橋連四海，路通八方，橋梁的興建與暢通，促進(jìn)了人類社會(huì)的文化和經(jīng)濟(jì)生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會(huì)帶來(lái)巨大的損失和災(zāi)難。近些年，人們已經(jīng)開始注意到了各種病害正在不同程度地侵?jǐn)_著我國(guó)正在服役的30多萬(wàn)座既有橋梁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)存在安全隱患和耐久性問(wèn)題的橋梁約占總數(shù)的50%，個(gè)別地方甚至超過(guò)了70%，在這些橋中危橋又占20%～30%，約有9597座。

如何對(duì)這些既有橋梁做出正確的檢測(cè)、評(píng)估及加固，目前理論上尚沒(méi)有很好的解決辦法，究其原因，主要是對(duì)病害及其發(fā)生機(jī)理缺乏系統(tǒng)、清楚的認(rèn)識(shí)。因此，掌握不同類型橋梁、不同病害的特點(diǎn)，分析其病害成因，針對(duì)具體問(wèn)題迅速簡(jiǎn)捷地制定相應(yīng)對(duì)策，是當(dāng)前橋梁工程界研究的熱點(diǎn)。鋼筋混凝土橋梁是我國(guó)橋梁，特別是公路橋梁上采用的最主要的結(jié)構(gòu)型式。本文通過(guò)總結(jié)鋼筋混凝土橋梁存在的常見(jiàn)病害及其發(fā)生機(jī)理并提出一些對(duì)病害的處理及預(yù)防措施，以期為今后的橋梁檢測(cè)、評(píng)估以及加固工作提供有益的參考。

一、混凝土裂縫

（一）病害特征及機(jī)理分析

裂縫是鋼筋混凝土橋梁中最普遍、最常見(jiàn)的病害之一，不產(chǎn)生裂縫的橋梁幾乎沒(méi)有，而且裂縫往往是由多種因素共同作用的結(jié)果。就混凝土材料自身而言，產(chǎn)生裂縫的機(jī)理一般認(rèn)為是因?yàn)榛炷敛牧希òㄋ嗪痛旨?xì)骨料）變形受到約束所引起的內(nèi)應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度的緣故。裂縫的存在往往會(huì)引起其他病害的發(fā)生與發(fā)展，如鋼筋銹蝕、凍融破壞等，這些病害與裂縫形成互相影響的惡性循環(huán)，對(duì)橋梁的承載能力產(chǎn)生很大的危害。但是不同原因引起的裂縫對(duì)鋼筋混凝土橋梁的承載能力的影響也是不同的，嚴(yán)重的裂縫如比較大的貫通縫、網(wǎng)裂等將會(huì)嚴(yán)重危及橋梁的安全運(yùn)行。以下是一些常見(jiàn)的引起裂縫的原因：

1．超載引起的裂縫。由于交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展以及設(shè)計(jì)、施工等方面的原因，特別是對(duì)已使用多年的舊橋，大部分鋼筋混凝土橋梁處于超載運(yùn)行狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)上的作用超過(guò)了橋梁的抗力，出現(xiàn)了此類裂縫，包括局壓裂縫、彎曲裂縫、剪切裂縫。

2．不均勻沉降引起的裂縫。基礎(chǔ)的不均勻下沉和橋臺(tái)、拱腳的變位都會(huì)導(dǎo)致超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力發(fā)生改變而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)混凝土的開裂?；A(chǔ)的不均勻下沉?xí)怪髁赫?fù)彎矩區(qū)的彎矩絕對(duì)值加大，從而有可能引起裂縫產(chǎn)生，而且隨著不均勻沉降的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。另外橋臺(tái)、拱腳的變位，也將使構(gòu)件不同部位出現(xiàn)拉應(yīng)力，導(dǎo)致開裂。

3．混凝土收縮引起的裂縫?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬時(shí)產(chǎn)生體積減少的現(xiàn)象成為收縮?；炷恋氖湛s是混凝土強(qiáng)度形成過(guò)程中或強(qiáng)度形成后的必然過(guò)程，這一過(guò)程如果受到混凝土體內(nèi)或外界不均勻的約束，則將產(chǎn)生相應(yīng)的約束應(yīng)力，當(dāng)因約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的寬度有時(shí)很大，甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。

4．鋼筋銹蝕引起的裂縫。鋼筋生銹后，其體積比原來(lái)大得多，會(huì)對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生擠壓，使混凝土脹裂。這種裂縫通常稱為“先銹后脹”，其走向沿鋼筋方向。這種裂縫發(fā)生后，又加速了鋼筋銹蝕過(guò)程，最后導(dǎo)致保護(hù)層成片剝落，對(duì)混凝土的耐久性和承載力都有較大的影響。

5．堿－骨料反應(yīng)裂縫。堿－骨料反應(yīng)有兩種：一種是堿－硅酸鹽骨料反應(yīng)；另一種是堿－碳酸鹽骨料反應(yīng)。后一種不常見(jiàn)，前一種引起混凝土開裂的原因是混凝土加水拌和后，水泥中的堿不斷溶解，這種堿液與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)，析出膠狀的堿－硅膠，從周圍介質(zhì)中吸水膨脹，其體積可增大三倍，而使混凝土脹裂。其特點(diǎn)是裂縫中充滿白色膠體，表面裂縫常有白色沉淀的膠體，呈雜亂的“地圖”狀。堿－骨料反應(yīng)是導(dǎo)致公路路面或大型橋梁墩臺(tái)開裂的重要原因之一。

6．預(yù)應(yīng)力不足引起的裂縫。造成預(yù)應(yīng)力不足有多方面原因，施工方面主要表現(xiàn)在：張拉控制、錨具選擇、預(yù)應(yīng)力管道壓漿等方面。設(shè)計(jì)方面則主要表現(xiàn)在配筋不足，或布索位置不合理等。預(yù)應(yīng)力不足形成的裂縫一般較寬、較深、橫向貫穿斷面。

（二）處理措施

一般裂縫的修補(bǔ)可采用表面封閉和壓力灌漿修補(bǔ)法兩種形式進(jìn)行。根據(jù) 《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的要求和實(shí)際情況，對(duì)于裂縫寬度小于0.20mm淺而細(xì)的表面裂縫，可用環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行表面封閉：對(duì)于裂縫寬度大于0.20mm且較深的裂縫，可采用“壁可法”壓力灌漿法修補(bǔ)。

二、鋼筋銹蝕

（一）病害特征及機(jī)理分析

眾多調(diào)查表明，凡裂縫較多、混凝土質(zhì)量較差的橋梁，其鋼筋銹蝕程度就會(huì)越嚴(yán)重。鋼筋的銹蝕過(guò)程是電化學(xué)腐蝕的過(guò)程，鋼筋銹蝕的發(fā)生，首先要使鋼筋表面的鈍化膜失去作用。在自然環(huán)境條件下，混凝土中鋼筋鈍化膜的破壞就是由于保護(hù)層碳化使鋼筋周圍溶液的pH值降至11.5以下，或是由于氯離子滲透聚集在鋼筋周圍并達(dá)到臨界值（每立方米混凝土含0.6～1.2kg游離CL-或OH-的摩爾濃度比大于0.6）所致。鈍化膜破壞后鋼筋開始銹蝕，或是均勻銹蝕或是局部坑蝕。鋼筋銹蝕時(shí)的體積膨脹是鋼筋混凝土產(chǎn)生順筋裂縫和混凝土保護(hù)層脫落、鋼筋外露的原因。隨著鋼筋銹蝕的發(fā)生，混凝土開裂、剝落，鋼筋和混凝土的黏接力就不斷喪失，鋼筋截面積就減小，承載能力下降，從而降低了結(jié)構(gòu)的安全度。

（二）處理及預(yù)防措施

防止鋼筋銹蝕必須從保護(hù)鋼筋的鈍化膜出發(fā)，具體措施有：（1）最大限度地保證混凝土自身密實(shí)、完好，保持高堿度和防止有害離子入侵；（2）鋼筋使用防銹劑，常用的有：陽(yáng)極保護(hù)、陰極保護(hù)及復(fù)合型3種；（3）鋼筋外涂層：滲透層、覆蓋層、隔蓋層、水泥基、聚合物、樹脂類涂層等；（4）使用特種鋼筋：環(huán)氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋、不銹鋼筋、鍍鋅鋼筋等。

三、支座病害

（一）病害特征及機(jī)理分析

常見(jiàn)的支座形式有油毛氈支座、板式橡膠支座和盆式橡膠支座。油毛氈支座經(jīng)常發(fā)生破裂和滑動(dòng)面不平整的現(xiàn)象。板式橡膠支座的主要病害是脫空、老化開裂和剪切變形，此類病害比較普遍。盆式橡膠支座主要病害是支座螺栓生銹、上螺栓卡死，支座無(wú)法活動(dòng)。支座的病害可能使上部結(jié)構(gòu)失去活動(dòng)能力，從而產(chǎn)生附加內(nèi)力，對(duì)橋梁的承載能力和工作狀態(tài)產(chǎn)生不利影響。引起支座病害的主要原因是支座的設(shè)計(jì)存在缺陷、安裝誤差、日常養(yǎng)護(hù)不周和荷載的反復(fù)作用。

（二）處理及預(yù)防措施

對(duì)于支座常見(jiàn)病害的整治，關(guān)鍵是要做好日常的養(yǎng)護(hù)維修工作，保持支座各部位清潔、金屬部分不得生銹、錨栓牢固、墊板平整，若發(fā)現(xiàn)支座的缺陷故障，應(yīng)及時(shí)維修或更換。目前對(duì)橡膠支座脫空、缺失的“病害”采取的最新方法就是灌支座膠。該法通過(guò)帶壓力裝置的“針筒”，把一種液態(tài)的高分子聚合劑注入縫隙，使之凝固后起到黏連支座和梁體的作用。這種整治方法已經(jīng)在我國(guó)部分公路橋梁上使用，效果非常明顯。

四、伸縮縫病害

（一）病害特征及機(jī)理分析

伸縮縫破壞特征為由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，材料老化和施工的因素造成接縫處不平、跳車、滲漏的現(xiàn)象。產(chǎn)生伸縮縫破損的主要原因有：（1）設(shè)計(jì)不周；（2）施工質(zhì)量問(wèn)題；（3）養(yǎng)護(hù)不當(dāng)；（4）交通流量大、重車多；（5）伸縮縫本身的品質(zhì)有問(wèn)題；（6）最主要原因是伸縮縫受力復(fù)雜而與之密切相關(guān)起決定作用的錨固系統(tǒng)卻不太合理，錨固混凝土太薄，強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，極易損壞。

（二）處理及預(yù)防措施

伸縮縫是橋梁的一個(gè)重要組成部分，由于諸多原因，伸縮縫裝置的損壞是難免的。要從設(shè)計(jì)施工養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)重視它，并加強(qiáng)日常維修養(yǎng)護(hù)，保證其處于正常的工作狀態(tài)，確保橋梁安全。解決伸縮縫問(wèn)題的最根本方法是采用無(wú)縫橋梁。無(wú)縫橋梁作為正在實(shí)踐的形式。目前正處于探索階段，有待于進(jìn)一步的實(shí)踐積累與總結(jié)。

五、橋面鋪裝層

（一）病害特征及機(jī)理分析

橋面鋪裝層是車輛荷載直接作用的部分。在公路橋梁工程中，橋面鋪裝常出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫，較規(guī)則的縱向、橫向裂縫及較嚴(yán)重的碎裂等病害。產(chǎn)生病害的原因是多方面的，主要是設(shè)計(jì)階段對(duì)橋面鋪裝參與結(jié)構(gòu)受力考慮偏低（亦即沒(méi)有按主受力截面要求配筋設(shè)計(jì)），而超載車輛又頻繁作用。另外配筋材料的選擇和施工質(zhì)量也是影響橋面鋪裝質(zhì)量的重要因素。

（二）處理及預(yù)防措施

對(duì)于橋面鋪裝病害，可以采用新近開發(fā)的冷軋帶肋鋼筋和鋼纖維混凝土材料防護(hù)。冷軋帶肋鋼筋與普通鋼筋相比，設(shè)計(jì)強(qiáng)度大幅度提高，與混凝土粘結(jié)握裹力強(qiáng)。同時(shí)，冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)有良好的整體剛度，不易變形，在橋面混凝土施工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)局部鋼筋網(wǎng)陷落的情況。采用了鋼纖維混凝土這一新型高強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)對(duì)橋面修理、補(bǔ)強(qiáng)，既可提高橋面的抗裂性、耐磨性、耐久性，又可延長(zhǎng)橋梁的使用壽命和減少維修，此外，早期強(qiáng)度高，可提前通車，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有著很好的發(fā)展前景。

六、基礎(chǔ)沖刷

（一）病害特征及機(jī)理分析

近年來(lái)，在沿海地區(qū)，橋梁基礎(chǔ)受沖刷、海水淘空及水毀日益嚴(yán)重。其原因是多數(shù)舊老橋梁均為天然擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度不夠，橋址所在河床及河流受人為和自然的影響發(fā)生變化，引起基礎(chǔ)沖刷及淘空。個(gè)別新建橋梁因設(shè)計(jì)過(guò)失，也有類似情況。橋梁基礎(chǔ)受損以及缺乏必要的維護(hù)，加劇了橋梁水毀的嚴(yán)重性，致使河床標(biāo)高急劇下降，橋梁基樁裸露，基樁混凝土剝落、露筋。

（二）處理及預(yù)防措施

為防止河床的進(jìn)一步?jīng)_刷，橋梁養(yǎng)護(hù)管理部門一方面應(yīng)同有關(guān)方面進(jìn)行協(xié)調(diào)，嚴(yán)禁在橋位的上、下游采砂；另一方面，在橋梁的上下修建攔水壩等構(gòu)造物，防止河床的沖刷，保護(hù)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)。

七、結(jié)語(yǔ)

任何一座橋梁，從交付運(yùn)營(yíng)時(shí)起，或多或少就帶有一定程度的病害，必須進(jìn)行維修處理。但更重要的是在設(shè)計(jì)、施工中預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費(fèi)用。若能將科研單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、養(yǎng)護(hù)單位等聯(lián)合起來(lái)檢查已建成鋼筋混凝土橋梁存在的工程質(zhì)量病害和通病，并把這些病害和通病錄制下來(lái)，讓各相關(guān)單位技術(shù)人員從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將對(duì)鋼筋混凝土橋梁工程質(zhì)量起到不可估量的作用。

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作者簡(jiǎn)介：劉佳（1980－），男，安徽固鎮(zhèn)人，鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處助理工程師，研究方向：橋梁設(shè)計(jì)。