城市混凝土橋梁病害診斷與防治

葉偉，王知樂，肖沖

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的飛速發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市橋梁的數(shù)量也越建越多。城市橋梁有鋼橋、鋼筋混凝土橋梁（簡稱混凝土橋梁）、鋼混結(jié)合橋梁等，其中混凝土橋梁數(shù)量最多，它們?yōu)槌鞘芯用竦某鲂刑峁┝朔奖?，為城市的發(fā)展增添了活力。然而隨著城市交通量的猛增、周邊環(huán)境的影響以及很多橋梁進(jìn)入“老齡期”等原因[1]，城市橋梁也出現(xiàn)了許多病害。一些病害如果不加以治理和控制，會影響橋梁的功能。

1 城市混凝土橋梁常見病害類型

城市混凝土橋梁常見的病害類型有：①結(jié)構(gòu)非正常變形：梁體的下?lián)稀⒒A(chǔ)沉降等。②結(jié)構(gòu)裂縫：底板、腹板的裂縫等。③支座病害：支座發(fā)生剪切變形、脫空、鎖死等現(xiàn)象。④環(huán)境因素引起的病害：鋼筋的銹蝕及混凝土的開裂、剝落。⑤附屬設(shè)施病害：伸縮縫的破壞、橋面鋪裝開裂、橋頭搭板的不均勻沉降等。⑥施工遺留病害：蜂窩、麻面、空洞、施工縫等。

1.1 橋梁非正常結(jié)構(gòu)變形

混凝土橋梁的非正常結(jié)構(gòu)變形主要包括兩方面：一是梁體的變形，二是基礎(chǔ)變形。梁體變形主要表現(xiàn)為梁體的下?lián)?。施工時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力不足或者后期預(yù)應(yīng)力損失過大，由于超載引起的梁體剛度不足以及梁體下部混凝土開裂等原因都會導(dǎo)致梁體的變形。在平原地區(qū)，引發(fā)基礎(chǔ)變形的因素主要為由于地質(zhì)情況分析不明確或基礎(chǔ)施工質(zhì)量不良等導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降或位移。在山區(qū)城市，周期性的水流沖刷導(dǎo)致基礎(chǔ)有效埋深降低或裸露在外也會引發(fā)基礎(chǔ)的變形[2]。

1.2 裂縫分類及成因

裂縫是影響橋梁結(jié)構(gòu)美觀、耐久性及威脅橋梁安全運(yùn)行的重要病害[3]。按照裂縫形成原因一般分為兩類：一類是結(jié)構(gòu)性裂縫，另一類是非結(jié)構(gòu)性裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到極限值時(shí)就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，此類裂縫外觀較規(guī)則，是結(jié)構(gòu)開始破壞的特征[4]。

結(jié)構(gòu)性裂縫產(chǎn)生的原因有：由于配筋不合理引起的裂縫，主要包括正截面和斜截面的裂縫。在設(shè)計(jì)階段中配筋率不足或者布置不正確，結(jié)構(gòu)剛度達(dá)不到要求等將導(dǎo)致裂縫發(fā)生。在使用階段，車輛超載現(xiàn)象頻發(fā)，超過橋梁的設(shè)計(jì)荷載也將形成荷載引起的裂縫。正截面上產(chǎn)生裂縫的特征一般是從構(gòu)件受拉區(qū)邊緣出現(xiàn)的與拉力垂直的裂縫。斜截面上裂縫主要是由于主筋及抗剪鋼筋設(shè)置不足，沿梁端腹板產(chǎn)生約45°方向的斜裂縫。

非結(jié)構(gòu)性裂縫是由荷載以外的其它作用所產(chǎn)生，包括混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫、鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫、堿骨料膨脹產(chǎn)生的裂縫、混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生的裂縫等。

短期來看，非結(jié)構(gòu)裂縫對結(jié)構(gòu)的承載力影響不大，但是如果任由發(fā)展，這些裂縫的存在會對橋梁的耐久性和適用性產(chǎn)生不良影響，最終也會影響結(jié)構(gòu)的承載力。

1.3 橋梁支座病害

城市混凝土橋梁的支座多為橡膠支座。以泰州主城區(qū)城市橋梁為例，筆者所調(diào)查的12座橋梁里面有11座為板式橡膠支座，只有1座跨徑較大的橋梁是采用盆式橡膠支座。橡膠支座的病害包括支座橡膠發(fā)生老化、支座剪切變形、脫空、錯(cuò)位等。這些病害發(fā)生的原因可以從設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營三方面分析。在設(shè)計(jì)階段對支座的型號及性能了解不透徹，錯(cuò)誤估計(jì)支座的轉(zhuǎn)角與允許位移值；對于滑動(dòng)支座，設(shè)計(jì)將具有橫向滑動(dòng)的支座錯(cuò)誤地布置為縱向滑動(dòng)支座等，這些不合理的設(shè)計(jì)會導(dǎo)致支座受剪切壓力超出其承受極限，發(fā)生剪切變形破壞[5]。施工過程中支座墊石質(zhì)量不合格、支座安放不準(zhǔn)確、梁底預(yù)埋鋼板底面不水平等容易使支座出現(xiàn)偏壓、局部脫空等現(xiàn)象。城市橋梁的超載為普遍現(xiàn)象，在橋梁通車后，由于支座實(shí)際承受荷載超過其設(shè)計(jì)荷載，常導(dǎo)致其發(fā)生硬性破壞。即使不發(fā)生破壞，長期的超負(fù)荷也會導(dǎo)致支座使用壽命的下降。再加上養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，初期產(chǎn)生的損傷得不到解決，從而累積為更大的病害。

1.4 由環(huán)境因素引起的結(jié)構(gòu)損傷

混凝土本身不可避免存在孔道、氣泡、微裂縫等一些微小通道。環(huán)境中的水、空氣及一些侵蝕性介質(zhì)通過這些微小通道滲入到混凝土內(nèi)部，與混凝土中某些成分發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和受力性能[6]。通過調(diào)查，泰州主城區(qū)混凝土橋梁因環(huán)境引發(fā)的病害主要有混凝土碳化、氯離子侵蝕?；炷恋奶蓟瘜?shí)質(zhì)是混凝土的中性化，碳化后混凝土的堿度降低，減弱混凝土對鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋表面產(chǎn)生銹蝕，體積膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂和剝落。氯離子侵蝕是指環(huán)境中游離的Cl-與混凝土中的3CaO·2Al2O·33H2O發(fā)生反應(yīng)，生成CaCl2與大量結(jié)晶水，體積膨脹；另一方面，具導(dǎo)電作用的Cl-可以和 Fe2+反應(yīng)生成 FeCl2，加速鋼筋銹蝕[7]。

1.5 附屬設(shè)施病害

由于城市交通量的急劇增長以及超載超限車輛的不斷碾壓，城市橋梁橋面鋪裝層的開裂、破損是常見病害之一。城市橋梁鋪裝層主要有兩種：一是水泥混凝土橋面，二是瀝青混凝土橋面。筆者通過對泰州主城區(qū)12座橋梁的實(shí)地調(diào)查，水泥混凝土橋面的病害有坑洞、磨光、局部剝落、開裂等；瀝青混凝土橋面的病害有車轍、擁包、坑槽、龜裂等。橋梁伸縮縫作為橋梁附屬設(shè)施中的薄弱部件，容易出現(xiàn)松動(dòng)、損壞或者脫落的病害；另外，由于維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，沉積在伸縮縫中的石子等雜物會限制伸縮縫的自由伸縮，導(dǎo)致伸縮縫損傷或者錨固件損壞，嚴(yán)重的會引起伸縮縫接頭部位混凝土的破壞，影響橋面的美觀，降低行車的舒適性。

1.6 施工遺留病害

橋梁施工有許多環(huán)節(jié)組成，任何環(huán)節(jié)出差錯(cuò)都會對橋梁的質(zhì)量有影響。水泥存放時(shí)間過長或存放受潮會導(dǎo)致水泥質(zhì)量下降，進(jìn)而引起混凝土強(qiáng)度的不足。在混凝土澆筑過程中振搗時(shí)間過長會使混凝土材料產(chǎn)生離析，硬化后易出現(xiàn)光面現(xiàn)象；振搗不足易使粗骨料浮在表面出現(xiàn)蜂窩、麻面現(xiàn)象。施工時(shí)使用不合格的模板或者施工精度不夠，易導(dǎo)致混凝土表面不平整。另外，施工時(shí)混凝土保護(hù)層沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙來設(shè)置，導(dǎo)致保護(hù)層不夠或部分鋼筋外露，為日后病害的出現(xiàn)留下隱患。

2 對策分析

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)

對于上部結(jié)構(gòu)，根據(jù)梁體的類型、跨徑和尺寸，結(jié)合其損壞或變形的程度，評估橋梁實(shí)際受力狀態(tài)。對于跨徑較小的梁體可以采用粘貼纖維復(fù)合材料加固法。對于跨徑較大梁體的底板可以采用粘貼鋼板加固法。對于橋面板或拱橋拱肋等部件可以選擇增大構(gòu)件受力截面加固法。對采用一般方法加固效果不明顯的梁體可以采用設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力筋加固法。

2.2 橋梁支座

對于支座，首先應(yīng)進(jìn)行病害評價(jià)，評價(jià)橡膠支座的劣化類型和劣化等級。當(dāng)橡膠支座按照劣化標(biāo)準(zhǔn)判斷，劣化等級為A級的支座必須要進(jìn)行更換，相鄰兩支座永久壓縮變形的差值超過支座厚度5%的也須進(jìn)行更換。同一排中有一個(gè)支座因裂化等級過高而無效，則本跨同排支座都要更換。對于劣化等級較低的支座，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清潔和修補(bǔ)，并保持支座周圍的清潔，尤其要防止橡膠接觸油脂或其它腐蝕性介質(zhì)。

2.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)

對于橋墩橋臺表面的混凝土蜂窩、麻面、漏筋、剝落等病害需清潔表面及裂縫中雜物，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。對于基礎(chǔ)的變形，應(yīng)詳細(xì)觀測各部件的變形值，并對變形的原因進(jìn)行分析。由基礎(chǔ)承載力不足引起的沉降變形，當(dāng)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，可以通過對基礎(chǔ)尺寸的擴(kuò)大來提高承載力。對于樁基礎(chǔ)，當(dāng)墩臺發(fā)生沉陷時(shí)，如果是由于樁基深度不足造成，則可通過拓寬承臺、增加樁的數(shù)量來加固。由于風(fēng)蝕、水蝕等造成樁基鋼筋外露、混凝土剝落等病害，應(yīng)仔細(xì)清除表面松散混凝土層和鋼筋除銹，并根據(jù)地質(zhì)情況、缺陷長度、缺陷深度等加包鋼筋混凝土層[8]。

2.4 橋梁附屬設(shè)施

橋面是與車輛和行人直接接觸部位，橋面質(zhì)量的好壞直接影響駕駛員及行人的舒適性。橋面鋪裝層病害應(yīng)視其病害類型、受損程度及范圍采用不同的修補(bǔ)方法。水泥混凝土橋面局部開裂、破碎等病害應(yīng)按照先鋸縫、再開鑿破壞混凝土，然后植筋澆筑混凝土的工序，確保一次到位。瀝青混凝土橋面小范圍內(nèi)的裂縫可以進(jìn)行瀝青填縫，少量的坑槽可以進(jìn)行局部挖除，用與原鋪裝層屬性一樣或相似的材料進(jìn)行修補(bǔ)。對于大面積破壞的橋面鋪裝，尤其是病害面積超過橋面面積10%以上的橋面，可以選擇橋面翻修方案，以保證橋面鋪裝層的整體性與適用性。

對伸縮縫應(yīng)加強(qiáng)日常檢查，及時(shí)清理沉積在縫中的雜物。對于錨固件損壞、非正常變形過大等病害較嚴(yán)重的伸縮縫應(yīng)及時(shí)更換，并對伸縮縫兩邊接頭部位進(jìn)行修復(fù)和加固。防止由于接縫處不平整導(dǎo)致橋頭跳車，加速病害的發(fā)生。

3 結(jié)語

結(jié)合城市鋼筋混凝土橋梁實(shí)際使用狀況，可以通過對橋梁的非正常變形、裂縫、支座病害、環(huán)境影響因素、附屬設(shè)施病害等進(jìn)行調(diào)查和分析，找出病害產(chǎn)生的原因，并通過相關(guān)工程進(jìn)行試驗(yàn)研究，找出有效處理病害的方法。

（1）通過選擇性地批量調(diào)查城市混凝土橋梁存在的病害，對相關(guān)問題進(jìn)行分類，準(zhǔn)確判斷病害成因，評估其對橋梁的影響。

（2）對典型病害，參考橋梁工程維修實(shí)踐，對已有的防治病害方法進(jìn)行跟蹤調(diào)查，并對其防治效果進(jìn)行評價(jià)。

（3）從源頭抓起，嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)；嚴(yán)把施工關(guān)，合格的施工也是橋梁能夠健康運(yùn)營的基本保證。

（4）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，出現(xiàn)病害問題要及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決。隨著城市橋梁數(shù)量的增加以及橋齡的增長，應(yīng)建立城市橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過運(yùn)用精密傳感器和信息化技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控橋梁的健康狀況，以便及時(shí)有效地進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃明．城市橋梁病害分析及養(yǎng)護(hù)管理對策[J]．交通世界，2016（29）：112-113．

[2]謝成剛．橋梁基礎(chǔ)病害整治[J]．江西建材，2015（8）：132．

[3]劉松平．鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析與加固措施研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2012．

[4]陳紹元．結(jié)構(gòu)檢測中的鋼筋混凝土裂縫評定與處理[J]．武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，18(2)：1-4 ．[5]張銀．板式橡膠支座病害成因與防治措施[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014（14）：121-127．

[6]劉山洪，劉毅．橋梁病害種類及處理方法[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2008（27）902-905．

[7]王科，王建華．鋼筋混凝土橋梁病害的分析及處理[J]．商品混凝土，2013（9）：121-122．

[8]歐陽天水，王萬平，劉景生．山區(qū)公路橋梁樁基病害原因分析及處治 [J]．公路交通科技 （應(yīng)用技術(shù)版），2012（12）：134-136．