北京城區(qū)三環(huán)橋梁檢測(cè)分析★

王 罡 朱 力 曹明盛

(1.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100044；2.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)研發(fā)中心，北京 100044； 3.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

城市橋梁運(yùn)營(yíng)通車后，受到車輛反復(fù)碾壓等沖擊作用及逐漸積累的自然因素影響，導(dǎo)致橋梁的日常運(yùn)營(yíng)遭受巨大考驗(yàn)，橋梁的耐久性降低，進(jìn)而影響通車的安全性。針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)展開相關(guān)的檢測(cè)及狀態(tài)評(píng)估工作已成為一項(xiàng)十分重要的工作[1]。

焦馳宇等[2]對(duì)北京市城市橋梁進(jìn)行了調(diào)查分析，選用抗震性能評(píng)估方法中的能力需求比法，對(duì)9座典型橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的抗震性能評(píng)估，得到了北京市城市橋梁抗震性能的現(xiàn)狀。賈明哲[3]以吉林省境內(nèi)長(zhǎng)吉、長(zhǎng)平、長(zhǎng)營(yíng)3條典型高速公路為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)地調(diào)研、分析，對(duì)6種常用的橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法進(jìn)行了比較分析，并對(duì)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體和局部設(shè)計(jì)計(jì)算，以驗(yàn)證加固效果。高源等[4]通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比國(guó)內(nèi)外已有橋梁的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外已有橋梁評(píng)估理論及實(shí)用方法現(xiàn)狀，提出國(guó)內(nèi)需要認(rèn)真研究橋梁評(píng)估理論，建立完整的評(píng)估體系，完善評(píng)估方法，以便解決橋梁建設(shè)中存在的各種困難和問(wèn)題。倉(cāng)盛等[5]以寧波為例，對(duì)市區(qū)及沿海橋梁進(jìn)行耐久性調(diào)研，指出橋梁耐久性降低的主要原因是海水侵蝕、酸雨侵蝕、車輛超載以及水流、生物和船只撞擊等，建議應(yīng)從環(huán)境、材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)四個(gè)層次統(tǒng)籌考慮來(lái)提高沿海橋梁的耐久性。李平，強(qiáng)志國(guó)，王嘯林等[6-9]對(duì)公路橋梁檢測(cè)與加固技術(shù)進(jìn)行了研究，概括出公路橋梁檢測(cè)的內(nèi)容以及常見的公路橋梁結(jié)構(gòu)加固方法。

以上學(xué)者均對(duì)橋梁檢測(cè)方法及橋梁加固進(jìn)行了研究，但是所調(diào)研的橋梁相對(duì)較少，針對(duì)性也比較單一。本文通過(guò)實(shí)地檢測(cè)北京市三環(huán)上的所有橋梁，根據(jù)CJJ 99—2017城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中的城市橋梁技術(shù)狀況評(píng)估方法，對(duì)所檢測(cè)的橋梁進(jìn)行打分評(píng)定，并具體分析了各結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷和損傷的主要原因。

1 橋梁評(píng)價(jià)方法

常規(guī)定期檢查以CJJ 99—2017城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中的城市橋梁技術(shù)狀況評(píng)估方法為依據(jù)，對(duì)所檢測(cè)的橋梁進(jìn)行評(píng)定。其中按照在道路系統(tǒng)中的地位不同，城市橋梁分為五類，即Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類養(yǎng)護(hù)橋梁，養(yǎng)護(hù)的等級(jí)不同評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)也有一些差別。

橋梁技術(shù)狀況的評(píng)定指標(biāo)是橋梁狀況指數(shù)BCI(Bridge Condition Index)，以表征橋梁結(jié)構(gòu)的完好程度。橋梁狀況指數(shù)BCI以橋梁損壞狀況的檢測(cè)為基礎(chǔ)，采用分層加權(quán)法，對(duì)橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行評(píng)估，再綜合得出整個(gè)橋梁技術(shù)狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)評(píng)定結(jié)果按照CJJ 99—2017城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中表1所示的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估。

2 橋梁概況及檢測(cè)結(jié)果

為保證北京市市管橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，提高設(shè)施服務(wù)水平，按照CJJ 99—2017城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范及北京市城市道路養(yǎng)護(hù)中心2018年對(duì)城市橋梁的有關(guān)工作要求，對(duì)《2018年養(yǎng)護(hù)協(xié)議》中所屬“三環(huán)路”的186座橋梁進(jìn)行了常規(guī)定期檢測(cè)。

橋梁檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 橋梁完好狀況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

1)立交橋共計(jì)109座，其中未評(píng)定1座，完好狀態(tài)等級(jí)優(yōu)良率99.08%，合格率99.08%，無(wú)不合格級(jí)、D級(jí)和E級(jí)設(shè)施。

2)跨河橋共計(jì)14座，完好狀態(tài)等級(jí)優(yōu)良率92.86%，合格率100%，無(wú)不合格級(jí)、D級(jí)和E級(jí)設(shè)施。

3)天橋共計(jì)63座，其中未評(píng)定1座，完好狀態(tài)等級(jí)優(yōu)良率98.41%，合格率98.41%，無(wú)不合格級(jí)、D級(jí)和E級(jí)設(shè)施。具體評(píng)價(jià)分析結(jié)果分布如表2所示。

表2 橋梁完好狀態(tài)等級(jí)按使用功能分類統(tǒng)計(jì)一覽表

3 主要病害分析及相應(yīng)加固措施

由以上檢測(cè)結(jié)果可知三環(huán)路上橋梁基本處于優(yōu)秀及良好狀態(tài)，但這些橋梁均處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種輕微的橋梁病害。本節(jié)將所出現(xiàn)的病害進(jìn)行總結(jié)和分析。

3.1 橋面系主要病害

立交橋、跨河橋主要病害為：橋面鋪裝橫、縱向裂縫、網(wǎng)裂、坑槽、車轍及壅包；伸縮縫堵塞、混凝土保護(hù)帶破損；排水口堵塞、排水管殘缺脫落；護(hù)欄銹脹開裂；掛板銹脹、剝落露筋等病害。典型病害圖見圖1，圖2。

人行天橋主要病害為：橋面鋪裝層零星剝落、開裂，止步磚缺失，踏步立面銹蝕，欄桿銹蝕等。

主要病害成因分析：對(duì)于橋面裂縫：橋面瀝青鋪裝層、鉸縫混凝土、混凝土橋面板和少量的鉸縫鋼筋將主梁連為整體共同受力，在設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為鉸縫只傳遞剪力不承受彎矩，但是實(shí)際上梁體在主要承受縱向彎矩的同時(shí)，還要承擔(dān)一定的橫向彎矩，而這一橫向彎矩主要靠鉸縫頂面的瀝青鋪裝層來(lái)承擔(dān)，從而產(chǎn)生裂縫；并且高溫施工也會(huì)導(dǎo)致溫差拉應(yīng)力而引起裂縫。對(duì)于伸縮縫保護(hù)帶破損：施工時(shí)對(duì)伸縮縫施工工藝重視不夠，未能嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)和安裝程序施工，致使錨固區(qū)開裂；伸縮縫兩側(cè)水泥混凝土與瀝青混凝土鋪裝層結(jié)合不好，碾壓不嚴(yán)實(shí)，也容易產(chǎn)生開裂。其他主要病害大多是由于材料退化與損傷導(dǎo)致橋面系功能性退化。

加固維修方式主要有：及時(shí)封閉橋面鋪裝層中出現(xiàn)的裂縫、對(duì)橋面鋪裝破損嚴(yán)重的進(jìn)行銑刨重鋪；更換中央分隔帶、及時(shí)清理伸縮縫雜物及梁端垃圾(破損止水帶及時(shí)更換)，確保梁體正常受力；及時(shí)清理堵塞的排水口，更換殘缺的排水管。

3.2 上部結(jié)構(gòu)主要病害

立交橋、跨河橋主要病害：三環(huán)路橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要病害形式為T梁底板縱、橫向裂縫，腹板斜向裂縫、縱向裂縫、滲水侵蝕、銹脹開裂、混凝土剝離等；箱梁的翼板橫向裂縫、露筋銹蝕、翼板縱向裂縫、腹板縱向裂縫、底板橫向裂縫、底板縱向裂縫、混凝土剝離等；板梁板底裂縫等病害。濕接縫水侵泛堿、網(wǎng)狀裂縫、表面涂層起皮、剝落露筋。

人行天橋主要病害為：混凝土梁體裂縫、銹脹開裂、混凝土剝落，鋼梁體銹蝕等病害。典型病害圖見圖3,圖4。

已檢測(cè)的橋梁雖然上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多種形式的病害但基本為表觀病害，結(jié)構(gòu)病害很少，不影響橋梁的安全性。

病害原因：

1)梁端混凝土斜向裂縫系梁端主拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力共同作用結(jié)果。

2)從梁體腹板縱向裂縫的部位及走向分析，裂縫沿預(yù)應(yīng)力鋼束走向，產(chǎn)生的原因：一是保護(hù)層較薄，二是預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向力。

3)橋梁混凝土缺陷或破損的病害表現(xiàn)為銹脹開裂、水侵露骨、局部露筋等。此類病害多發(fā)生在橋梁滲漏水區(qū)域，水侵蝕混凝土內(nèi)部導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進(jìn)而發(fā)展為保護(hù)層混凝土脹裂，影響混凝土構(gòu)件耐久性。

4)通道橋閉合框架頂板梁板底產(chǎn)生縱向裂縫主要原因是：板梁的寬跨比較大時(shí)屬雙向板，表現(xiàn)為板梁橫向彎矩較大的雙向板的受力特性，板梁橫向彎矩過(guò)大是導(dǎo)致縱向裂縫的直接原因。

5)橫隔板連接部位破損開裂等病害主要原因是橋梁橫向受力引起，病害的出現(xiàn)將導(dǎo)致車輛荷載沿橫向傳遞能力減弱，最終導(dǎo)致單梁受力問(wèn)題的出現(xiàn)，因此，應(yīng)盡快對(duì)橫隔梁破損問(wèn)題加以修復(fù)。

6)鋼梁的銹蝕主要是由于鋼橋暴露在野外環(huán)境中，同時(shí)承受著交變載荷，極易受到周圍環(huán)境的影響，與介質(zhì)中的水分、鹽分等發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)作用。

加固維修方式主要有：

1)經(jīng)檢測(cè)梁體出現(xiàn)的裂縫實(shí)測(cè)值均在0.25 mm以下，屬于非結(jié)構(gòu)裂縫，因此可以用灌漿修補(bǔ)法，即將一定數(shù)量的粘結(jié)劑(一般為水泥砂漿或者環(huán)氧樹脂漿液)灌入到裂縫中，防止鋼筋銹蝕的水及其氣體竄入到混凝土里面，進(jìn)而提高橋梁工程的穩(wěn)固性；

2)對(duì)于混凝土缺陷比較大的病害部位可以采用外包混凝土加固方法、鋼板粘貼加固方法等對(duì)梁體進(jìn)行加固；

3)對(duì)于銹蝕的鋼梁多采用涂料防腐蝕涂裝方法，一般多用噴砂噴丸除銹，鋼構(gòu)件表面必須露出金屬的光澤，并且除去所有的銹跡和油污，現(xiàn)場(chǎng)施工的涂層可用手工除銹，再根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇不同的種類的涂裝材料涂裝。

3.3 下部結(jié)構(gòu)主要病害

立交橋、跨河橋主要病害為：蓋梁裂縫、銹脹開裂、混凝土破損、銹脹露筋、滲水侵蝕。橋臺(tái)臺(tái)身的主要病害形式為裂縫、網(wǎng)狀裂縫、混凝土開裂、混凝土破損、剝落露筋、滲水侵蝕等；墩身表面多以溫度收縮裂縫為主，裂縫局部成網(wǎng)狀；蓋梁的裂縫主要以側(cè)面豎向裂縫和水平裂縫為主。三環(huán)路的支座形式多為板式橡膠支座，在此次檢查中發(fā)現(xiàn)三環(huán)路橋梁的橡膠支座出現(xiàn)老化開裂、剪切變形、偏壓、鋼墊板銹蝕、滑移等病害。

人行天橋主要病害為：橋臺(tái)混凝土剝落，蓋梁銹脹開裂、墩身開裂，天橋支座脫空、支座移位、支座鋼墊板銹蝕、支座變形。典型病害圖片見圖5,圖6。

病害原因：

1)混凝土養(yǎng)護(hù)差、溫度變化等原因引起橋臺(tái)、墩柱表面不規(guī)則裂縫。

2)處于潮濕或有侵蝕介質(zhì)環(huán)境中的混凝土，pH值會(huì)逐漸降低，鋼筋表面鈍化膜容易遭到破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。對(duì)于裂縫等病害與上部結(jié)構(gòu)的維修加固方法一致。

3)梁體及橋墩臺(tái)混凝土滲水析白和銹蝕脹裂剝落是主要問(wèn)題。主要原因是：橋面長(zhǎng)期滲漏水對(duì)混凝土的侵蝕過(guò)程產(chǎn)生白色泛堿物。梁體混凝土保護(hù)層較薄、混凝土碳化及滲漏水影響引起鋼筋銹蝕，最終導(dǎo)致混凝土脹裂。防治的根本方法是解決橋梁滲漏水問(wèn)題。

4)橋梁支座病害。墊板銹蝕：支座鋼墊板防腐、防銹質(zhì)量不高，主要鋼構(gòu)件受雨、霧等浸蝕而銹蝕。墊石損壞：砂漿填充不密實(shí)且強(qiáng)度低，施工時(shí)碰撞等原因造成支座墊石破損。支座脫空：一般是因?yàn)槭┕た刂撇划?dāng)造成，另外可能由于橋墩、臺(tái)不均勻沉降等原因?qū)е?。剪切變形：包括支座施工時(shí)受力不均造成過(guò)大的剪切變形，周圍溫度的變化、混凝土的膨脹和壓縮等引起的剪切變形，支座保護(hù)層厚度不足，內(nèi)部鋼板偏心，橡膠品質(zhì)低劣造成的剪切變形。老化開裂：施工不當(dāng)造成的老化開裂，支座自身的缺陷，周期荷載疲勞荷載作用以及附近的雜物限制了支座的正常變形。支座滑移：由于梁體的熱脹冷縮，梁體與支座發(fā)生相對(duì)位移，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累，發(fā)生支座滑移現(xiàn)象。

對(duì)于支座老化嚴(yán)重、變形過(guò)大、開裂寬度超過(guò)1 mm或裂縫長(zhǎng)度超過(guò)相應(yīng)邊長(zhǎng)的25%的應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于支座外鼓現(xiàn)象較嚴(yán)重(沿支座側(cè)外鼓長(zhǎng)度超過(guò)相應(yīng)邊長(zhǎng)的10%)或鋼板外露長(zhǎng)度大于100 mm的應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于支座出現(xiàn)剪切變形(剪切角度大于35°)或位置有較大偏移的應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于支座有位移現(xiàn)象或有較大轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角超出設(shè)計(jì)值的(位移超過(guò)10 mm，或轉(zhuǎn)角超過(guò)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角20%)應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于支座脫空現(xiàn)象較嚴(yán)重的(支座承壓面積小于50%)應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于鋼墊板修的支座應(yīng)及時(shí)除銹刷漆；支座附近有雜物堆積的應(yīng)及時(shí)清理。

4 結(jié)語(yǔ)

按照CJJ 99—2017城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)北京城區(qū)三環(huán)所有橋梁進(jìn)行檢查評(píng)估，經(jīng)檢測(cè)雖各個(gè)橋梁出現(xiàn)多種形式的病害但基本為表觀病害，結(jié)構(gòu)病害很少，不影響橋梁的安全性，因此絕大部分的橋梁只需日常保養(yǎng)或者保養(yǎng)小修，橋梁均處于安全運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

本文對(duì)所檢測(cè)橋梁的各種病害進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)維修措施，可為評(píng)定橋梁的使用功能、制定養(yǎng)護(hù)計(jì)劃提供可靠依據(jù)。為了使北京城區(qū)橋梁的安全性、耐久性保持在較高的水平，還需對(duì)正在運(yùn)營(yíng)的橋梁進(jìn)行定期檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)病害并進(jìn)行及時(shí)修復(fù)。