城市混凝土橋梁病害成因及修復(fù)措施

韓 揚

(北京建筑大學(xué) 北京未來城市設(shè)計高精尖創(chuàng)新中心,北京 100044)

1 概述

城市橋梁是公共道路的重要組成部分，市區(qū)的跨線橋、跨河橋、立交橋等都在其交通線路的正常運行中發(fā)揮著突出作用。在我國，建設(shè)城市橋梁時往往會選擇混凝土橋作為常規(guī)的結(jié)構(gòu)形式，這是由于混凝土橋本身具有結(jié)構(gòu)簡單易推廣、施工技術(shù)較成熟、安全系數(shù)更高、經(jīng)濟效益更好的優(yōu)勢。雖然混凝土橋依靠其自身特點而在城市中普及，但此類橋梁在運營多年后，仍舊不可避免地出現(xiàn)各類病害問題[1,2]。因此，本文依據(jù)某市2018年市區(qū)環(huán)線道路橋梁的病害檢查結(jié)果，對城市混凝土橋梁的病害成因進行分析，并提出針對性修復(fù)措施，希望能為日后此類舊橋的維修加固改造提供參考幫助。

2 病害成因分析

2.1 橋面系病害

橋面系病害主要分布于橋面鋪裝、伸縮縫、防撞墩及路緣石，具體情況如下：橋面鋪裝局部產(chǎn)生線形裂縫、網(wǎng)狀裂縫或坑槽、車轍等病害；伸縮縫存在變形、止水帶破損等病害；橋面兩側(cè)防撞墩出現(xiàn)剝落露筋，路緣石、平緣石出現(xiàn)侵蝕露骨。

從橋面系病害的類型和分布情況來看，大部分病害的形成主要是由于長期行車運營過后，外部材料的損傷累積致使橋面系功能性退化，比如：汽車荷載與溫度荷載的持續(xù)作用下，橋面鋪裝層產(chǎn)生裂縫、坑槽并持續(xù)擴大[3]；伸縮縫型鋼變形甚至斷裂導(dǎo)致橋頭跳車、出現(xiàn)異響。此外，外部環(huán)境侵蝕也會造成病害的出現(xiàn)：混凝土防撞墩由于暴露在外界，長期受到風(fēng)雨侵蝕極易導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕，脹開表面混凝土保護層，形成鋼筋外露；路緣石、平緣石則受到積水及融雪劑影響，易出現(xiàn)麻面露骨。

2.2 上部結(jié)構(gòu)病害

混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的病害主要包括滲水泛堿、銹脹露筋、混凝土破損、梁體腹板縱向裂縫、橫隔板開裂破損等。從病害成因上進行歸類，滲水泛堿與銹脹露筋同屬于滲漏水病害，混凝土破損則受到多種因素影響，腹板縱向裂縫與梁體施工工藝有關(guān)，而橫隔板破損與上部結(jié)構(gòu)整體性有關(guān)。

伸縮縫止水帶破損、橋面鋪裝裂縫導(dǎo)致橋面滲漏水對主梁及下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏水病害，泄水管堵塞則加劇了該問題的出現(xiàn)。滲水泛堿形成的原因，便是橋面長期滲漏水致使混凝土與積水發(fā)生化學(xué)作用產(chǎn)生堿性物質(zhì)，再與空氣接觸生成大量白色晶體，較為嚴(yán)重時甚至?xí)诨炷帘砻娓采w一層鐘乳石[4]。當(dāng)梁體保護層較薄時，滲漏水浸入混凝土引起鋼筋銹蝕，滲水泛堿更易發(fā)展為銹脹露筋。

導(dǎo)致混凝土破損出現(xiàn)的原因較多，主要有以下幾點：內(nèi)部鋼筋銹蝕致使混凝土脹裂破損；風(fēng)化、鹽害等環(huán)境侵蝕引起破損；車輛剮蹭梁體導(dǎo)致混凝土剝離破損；構(gòu)件受力節(jié)點處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象促使混凝土開裂破損；現(xiàn)場施工時遺留先天缺陷破損等[5]。

混凝土梁體腹板出現(xiàn)縱向裂縫時，其部位及走向往往與預(yù)應(yīng)力鋼束走向一致，據(jù)此可判定，裂縫的開展與預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過程中產(chǎn)生的側(cè)向力有關(guān)。但該種病害的產(chǎn)生有時也會受到施工技術(shù)的影響，當(dāng)施工現(xiàn)場混凝土振搗不密實、養(yǎng)護不到位、強度不達標(biāo)時，此類裂縫出現(xiàn)的幾率便會大大增加[6]。

出現(xiàn)梁體間橫隔板開裂破損等病害的主要原因是橋梁上部橫向受力較大，橫向聯(lián)系不足。該病害的出現(xiàn)將導(dǎo)致車輛荷載沿橫橋向傳遞的能力減弱，更為嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生單梁受力問題[7]。因此，一旦有橫隔板出現(xiàn)嚴(yán)重破損時應(yīng)盡快修復(fù)，及時增強梁體間的橫向聯(lián)系。

2.3 下部結(jié)構(gòu)病害

混凝土橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害主要包括滲水侵蝕、銹脹開裂、混凝土破損、墩臺及蓋梁不規(guī)則裂縫、墩柱環(huán)向裂縫、支座剪切變形、護坡沉陷等。其中，滲水侵蝕、銹脹開裂以及混凝土破損等病害情況與上部結(jié)構(gòu)類似，故不再進行贅述。

墩臺及蓋梁上出現(xiàn)大量不規(guī)則裂縫，主要有三個方面的原因：首先，如果施工時混凝土振搗、養(yǎng)護不達標(biāo)，在其收縮階段，極易產(chǎn)生不規(guī)則裂縫，這些裂縫會隨外部環(huán)境侵蝕而不斷發(fā)展；其次，在橋梁運營階段，下部結(jié)構(gòu)受溫度荷載影響，混凝土發(fā)生不自由脹縮，同樣會產(chǎn)生不規(guī)則裂縫；最后，對于處在潮濕環(huán)境或存有侵蝕介質(zhì)環(huán)境中的下部結(jié)構(gòu)來說，混凝土pH值一般均會逐漸降低，內(nèi)部鋼筋表面的鈍化膜由此遭受破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進而脹裂保護層混凝土。

墩柱出現(xiàn)環(huán)向裂縫時，往往會沿橫橋向分布于墩身兩側(cè)，從裂縫形態(tài)及所處部位分析，其產(chǎn)生的主要原因是高獨柱墩受墩頂橋梁荷載偏載作用而處于壓彎狀態(tài)，墩柱下部在橋上偏載時呈一側(cè)受拉、另一側(cè)受壓，導(dǎo)致墩身受拉側(cè)開裂。當(dāng)出現(xiàn)該種病害時，應(yīng)對墩柱裂縫損傷的程度進行專項檢查，同時開展墩柱受力狀態(tài)實時監(jiān)測，以便深入判定墩柱開裂對橋梁安全性的影響。

下部結(jié)構(gòu)的支座剪切變形一般分為兩個方向：沿橋梁縱向剪切變形由環(huán)境溫度變化、汽車制動力等作用引起，橋梁設(shè)計縱坡過大也是原因之一；沿橋梁橫向剪切變形則是由主梁整體橫向偏移所致。護坡沉陷往往是由于橋梁排水系統(tǒng)殘缺不全，積水長期沿橋臺向下沖刷護坡，導(dǎo)致坡下積土被掏空，進而護坡發(fā)生沉陷。

3 病害修復(fù)措施

針對以上病害，我們將其按照病因大致歸結(jié)為三類，即滲漏水病害、混凝土損傷病害以及設(shè)施材料性能退化病害。以下為各類病害的修復(fù)措施與建議。

3.1 滲漏水病害

歸根結(jié)底，制止?jié)B水泛堿、滲水侵蝕、露筋銹蝕、護坡沉陷等一系列病害的關(guān)鍵在于解決橋梁滲漏水問題，其根本方法是截斷水源。故此，應(yīng)不斷開展對橋梁結(jié)構(gòu)排水設(shè)施的維護改造，在日常養(yǎng)護中加強巡視，及時疏通堵塞的排水管道，更換殘缺破損的排水構(gòu)件；對損壞的伸縮縫止水帶也應(yīng)迅速更換，減少梁體接縫間積水對混凝土的侵蝕作用，保證混凝土的耐久性。

3.2 混凝土損傷病害

對于混凝土損傷病害來說，結(jié)構(gòu)上、下部存在的可見裂縫應(yīng)及時處理：寬度小于0.15 mm的裂縫采用涂刷樹脂封閉膠的方式進行封閉；寬度不小于0.15 mm的裂縫采用灌注膠進行灌縫處理；有大量裂縫出現(xiàn)且寬度超過容許值的混凝土構(gòu)件，應(yīng)進一步增加安全評定以確認是否進行改造、替換。對于混凝土出現(xiàn)蜂窩麻面、松散、孔洞、破碎、剝落等缺陷的部位，需先細致清理，然后在外露鋼筋表面涂刷鋼筋保護劑，最后采用高強砂漿對缺損部位進行修補。此類型病害在修補過后應(yīng)不斷追蹤觀察，對損傷反復(fù)出現(xiàn)的部位進行標(biāo)記，分析具體原因后再作出針對性加固改造。

3.3 設(shè)施材料性能退化病害

當(dāng)伸縮縫型鋼、止水帶、路緣石、平緣石、排水管道、橡膠支座等設(shè)施材料出現(xiàn)性能退化，雖不會即刻對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致命危害，但如若不及時處理，設(shè)施將持續(xù)惡化直至完全失效，最終影響到整體結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，對于破損輕微的設(shè)施，應(yīng)通過材料修補迅速止損，延長構(gòu)件使用壽命；對于破損嚴(yán)重的設(shè)施，必須更換新構(gòu)件。

4 結(jié)語

大多數(shù)城市混凝土橋梁病害的產(chǎn)生并非互不相關(guān)，結(jié)構(gòu)中一系列問題的出現(xiàn)往往存在聯(lián)系。如果單純針對橋梁某個部位的某種病害進行處理，即便修復(fù)手段比較完善，該病害仍有極大可能會在日后復(fù)發(fā)。想要降低病害復(fù)發(fā)的幾率，就應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場勘察情況來對橋梁病害進行深層次地探究分析，以求從根源處截斷病害。