山區(qū)公路橋梁常見危橋病害及其防治對策研究

李均進(jìn) 李波 袁博 余成群

摘 要：山區(qū)公路橋梁的總體特點(diǎn)一定程度上決定了其比較容易出現(xiàn)危橋，通過對近年來山區(qū)公路橋梁常見危橋病害的統(tǒng)計(jì)分析，歸納出了橋梁上部、下部及拱橋中常見的10類危橋病害，逐一分析各自的病害特征和產(chǎn)生原因，同時(shí)對如何預(yù)防危橋病害產(chǎn)生、合理處治危橋病害、著重關(guān)注危險(xiǎn)橋型和關(guān)鍵部位以避免突發(fā)安全事故等方面進(jìn)行了重點(diǎn)分析闡述，最后對本文未論述的其它危橋病害及其它特殊橋型的病害分析評定方法進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞：山區(qū);橋梁;危橋;病害;防治;樁基;裂縫

0 前言

云南作為地處云貴高原的一個(gè)省份，山高坡陡，其公路系統(tǒng)一個(gè)很大的特點(diǎn)就是橋隧比特別大。而作為山區(qū)，其橋梁又有其獨(dú)特特點(diǎn)，首先是這些橋梁多是跨溝跨河或傍山而建，其次是橋梁運(yùn)營環(huán)境相對復(fù)雜惡劣，泥石流、季節(jié)性暴雨、日溫差特別大、干線少導(dǎo)致車流量大且高速分流重車多等?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，其橋梁相對容易產(chǎn)生各種病害，在近些年對云南省各等級(jí)公路橋梁的檢測中，發(fā)現(xiàn)了不少存在安全隱患的危橋，這些危橋?qū)τ谌嗣竦纳?cái)產(chǎn)和行車通暢構(gòu)成了巨大威脅。因此很有必要對這些山區(qū)公路危橋病害進(jìn)行歸納總結(jié)，分析其病害特征和形成原因，從而提出針對性的防治、管養(yǎng)對策，盡可能將危橋病害消除在萌芽階段，或及時(shí)發(fā)現(xiàn)危橋并采取相應(yīng)措施將其安全隱患消除，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

1 常見危橋病害歸納總結(jié)及應(yīng)對措施分析

通過對近些年檢測的危橋進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，山區(qū)橋梁危橋病害主要出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在下部結(jié)構(gòu)中主要出現(xiàn)在：①墩臺(tái)基礎(chǔ)沖刷淘空;②樁基鋼筋銹蝕腐化;③樁基滑移、④橋臺(tái)坍塌。在上部結(jié)構(gòu)中主要出現(xiàn)在：①上部梁板超限開裂;②落石撞擊或堆積擠壓梁板破壞;③空心板底板厚度不足及相關(guān)病害;④空心板單板受力斷裂。在拱橋中常見危橋病害主要有：①石拱橋主拱圈縱向開裂;②小跨徑雙曲拱橋拱肋損傷。

1.1 墩臺(tái)基礎(chǔ)嚴(yán)重沖刷淘空

墩臺(tái)基礎(chǔ)嚴(yán)重沖刷淘空是橋梁下部結(jié)構(gòu)最常見危橋病害，一般有兩種表現(xiàn)形式：一是樁基嚴(yán)重外露，如圖1所示;二是重力式墩臺(tái)基礎(chǔ)基底被嚴(yán)重淘空。對于涉河橋梁，病害形成原因主要為河水持續(xù)沖刷或橋位下游長時(shí)間挖沙導(dǎo)致墩臺(tái)基礎(chǔ)周圍土體流失;對于跨溝跨谷橋梁，病害形成原因主要為季節(jié)性強(qiáng)降水或橋面排水對墩臺(tái)周圍土體的沖切，其發(fā)展往往非常迅速。

樁基嚴(yán)重外露的危害首先是極大地降低了樁基的豎向承載力，其次在地震及其他橫向力作用下可能會(huì)導(dǎo)致橋梁整體橫向失穩(wěn)。重力式墩臺(tái)基礎(chǔ)的嚴(yán)重淘空會(huì)使墩臺(tái)坍塌傾覆的風(fēng)險(xiǎn)急劇增大。

根據(jù)上述特點(diǎn)，其防治主要有以下幾點(diǎn)：一是對橋墩周圍土體進(jìn)行片石鋪砌或其他抗沖刷防護(hù)措施;二是完善橋梁防排水設(shè)施;三是雨季加強(qiáng)對橋梁下部結(jié)構(gòu)的巡檢，特別是高邊坡、地質(zhì)條件差的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)苗頭及時(shí)處治。

1.2 樁基鋼筋銹蝕腐化

該病害一般存在于涉水橋梁的樁基上，且一般伴有樁基外露，如圖2所示。其產(chǎn)生原因主要有兩點(diǎn)：一是由于樁基混凝土施工質(zhì)量難以保證，混凝土不密實(shí)及鋼筋保護(hù)層厚度不足等病害非常常見，混凝土無法起到對鋼筋的保護(hù)作用;二是樁基被沖刷外露后，持續(xù)受流水的反復(fù)沖刷和侵蝕，當(dāng)混凝土質(zhì)量不合格時(shí)，侵蝕就會(huì)更迅速地發(fā)展，一旦鋼筋發(fā)生銹蝕就會(huì)產(chǎn)生銹脹作用，銹蝕鋼筋體積膨脹增大，進(jìn)而自內(nèi)向外破壞混凝土，進(jìn)一步加劇內(nèi)部鋼筋的銹蝕，形成惡性循環(huán)。

其危害主要是當(dāng)樁基承受較大橫向彎矩作用時(shí)（如地震作用、樁基滑移等），鋼筋銹蝕腐化部位有可能直接發(fā)生脆斷，造成突然失穩(wěn)破壞;其次是隨著病害的發(fā)展，必然導(dǎo)致混凝土進(jìn)一步腐蝕及樁徑縮小，極大削弱樁基承載力。

對該病害的防治，第一是要確保樁基施工質(zhì)量，同時(shí)在管養(yǎng)中防止樁基外露病害的出現(xiàn);第二是對已經(jīng)出現(xiàn)的病害及時(shí)采取加固和防護(hù)措施，確保其豎向承載力及與墩柱的整體性和延性。

1.3 樁基滑移

該病害在山區(qū)公路橋梁中常有發(fā)生，發(fā)生樁基滑移時(shí)，一般會(huì)在橋梁上下部結(jié)構(gòu)及橋面系上發(fā)生次生病害反映出來。下部結(jié)構(gòu)的次生病害一般為墩柱、系梁蓋梁開裂破損，擋塊開裂破損，墩柱移動(dòng)傾斜變形等，如圖3、圖4所示;上部結(jié)構(gòu)的次生病害主要為上部結(jié)構(gòu)整體異常變形移位、梁板開裂及支座剪切變形、移動(dòng)等;橋面系表現(xiàn)的病害特征為伸縮縫處標(biāo)線錯(cuò)位、伸縮縫縫寬異常及防撞護(hù)欄橫向錯(cuò)位，甚至橋面異常沉降變形。

造成樁基滑移常見的原因主要有：

（1）橋體附近大量棄土或建筑垃圾等雜物堆積側(cè)壓：這類原因造成的樁基移位是比較常見的，在施工和養(yǎng)護(hù)過程中要格外重視。

（2）樁基一側(cè)開挖或樁底隧道下穿施工：樁基一側(cè)開挖會(huì)在樁基一側(cè)形成巨大側(cè)壓力，容易造成樁基及附近土體的移動(dòng);樁底隧道下穿施工則有可能大幅降低樁基的豎向承載力，從而引起樁基沉降移動(dòng)，如圖4所示。

（3）滑坡或樁基周圍土體局部滑動(dòng)：在山區(qū)陡坡地段，滑坡或局部土體塌方滑動(dòng)引起的樁基滑移非常常見，圖3中所示的病害皆是由于滑坡引起的，日常養(yǎng)護(hù)巡視要重點(diǎn)關(guān)注。

（4）樁基承載力不足;這里主要是指勘察設(shè)計(jì)階段地勘不準(zhǔn)確，導(dǎo)致樁基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）地震作用等。

1.4 橋臺(tái)坍塌

常見的橋臺(tái)坍塌病害一般出現(xiàn)在圬工重力式橋臺(tái)，且前期一般由橋臺(tái)排水不暢，致使橋臺(tái)前墻或側(cè)墻出現(xiàn)開裂、外鼓等現(xiàn)象，最后造成坍塌，如圖5所示?；炷林亓κ綐蚺_(tái)出現(xiàn)坍塌病害一般是由于橋臺(tái)處于陡坡處且基礎(chǔ)出現(xiàn)沖刷、淘空，進(jìn)而造成橋臺(tái)整體坍塌。泥石流或滑坡沖擊也會(huì)造成橋臺(tái)甚至橋梁坍塌損毀。

其防治措施重點(diǎn)仍然是在日常的巡檢上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)前墻或側(cè)墻出現(xiàn)開裂、外鼓或基礎(chǔ)淘空病害時(shí)及時(shí)采取針對性專業(yè)處治，防患于未然。

1.5 上部梁板超限開裂

對于上部梁板裂縫，我們只需要重點(diǎn)關(guān)注規(guī)范不允許出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)受力裂縫，其出現(xiàn)即表明梁板的承載能力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需根據(jù)病害發(fā)展程度及時(shí)對開裂梁板進(jìn)行專業(yè)處治，以免病害的進(jìn)一步發(fā)展及橋梁安全事故的發(fā)生。

不同結(jié)構(gòu)型式的梁板開裂的特點(diǎn)各不相同，需對各種結(jié)構(gòu)型式梁板的超限裂縫逐一說明：

（1）空心板：底板出現(xiàn)大量橫向裂縫，裂縫延伸至兩側(cè)腹板形成“U”型裂縫，縫寬超限;在梁端附近，左、右側(cè)腹板（邊板可見）出現(xiàn)斜向剪切裂縫，裂縫延伸至底板，有的裂縫甚至貫通底板形成斜向“U”型裂縫，縫寬超限。

（2）T梁、工梁：腹板左、右側(cè)有大量對稱豎向裂縫，隨著病害的發(fā)展裂縫一般會(huì)向下延伸至馬蹄側(cè)面甚至底面（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫由馬蹄底面向上發(fā)展），縫寬超限;對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在梁端附近，腹板左、右側(cè)有大量斜向剪切裂縫，裂縫縫寬超限，部分裂縫甚至貫通整個(gè)腹板高度，越過中性軸。

（3）現(xiàn)澆箱梁：腹板出現(xiàn)大量豎向貫通裂縫，且裂縫大部分延伸至底板，縫寬超限;對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在梁端附近，腹板出現(xiàn)斜向剪切裂縫，縫寬超限。

1.6 落石撞擊或堆積擠壓梁板破壞

對于山區(qū)傍山橋梁，當(dāng)橋下凈空不足或是離山體較近時(shí)，都有可能出現(xiàn)落石撞擊、土體堆積擠壓，進(jìn)而導(dǎo)致梁體結(jié)構(gòu)破壞的病害出現(xiàn)。具體表現(xiàn)有兩方面：一是落石瞬間直接撞擊，這些落石一般是山體滑坡、雨水侵蝕、地震作用或施工造成的巖石松動(dòng)滑落，橋上直接撞擊位置一般都會(huì)有直接破損和裂縫產(chǎn)生;二是梁板與山體間距離過近，山體上滑落碎石、土體堆積、擠壓形成側(cè)壓力，致使梁板擠壓開裂破損，一般在抗扭慣矩薄弱的T梁、工字梁上容易產(chǎn)生此類病害。

1.7 空心板底板厚度不足及相關(guān)病害

空心板底板厚度不足的明顯特征是底板會(huì)伴有縱向裂縫及滲水痕跡，通過錘擊，底板會(huì)有明顯的空響聲，稍用力錘擊底板便會(huì)穿透、空洞，如圖6所示。

空心板底板厚度不足的直接后果就是構(gòu)件的整體截面剛度被大幅削弱，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;其次是底板鋼筋和鋼絞線失去保護(hù)，極易造成鋼筋及鋼絞線銹蝕，由于空心板大多數(shù)是簡支結(jié)構(gòu)，梁端位置及其他混凝土不密實(shí)部位比較容易進(jìn)水，失去混凝土包裹保護(hù)，鋼筋及鋼絞線極易銹蝕;空心板底板厚度不足的另一個(gè)直接危害是造成預(yù)應(yīng)力損失，致使有效預(yù)應(yīng)力達(dá)不到或遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全，如圖6所示。

針對該類病害的防治要點(diǎn)是對存在底板縱向裂縫的空心板及空心板老橋，重點(diǎn)檢查其是否存在底板厚度不足病害（通過錘擊法），若存在則應(yīng)進(jìn)一步檢查鋼絞線或主筋銹蝕情況，根據(jù)病害情況進(jìn)行針對性除防銹、底板增厚、鋼板補(bǔ)強(qiáng)等處治措施。

1.8 空心板單板受力斷裂

空心板單板受力導(dǎo)致的橋梁斷板垮塌事故，在近幾年的新聞中經(jīng)常出現(xiàn)，該病害是空心板橋甚至梁橋上部梁板危害最大的病害，在重車通過時(shí)，很有可能會(huì)毫無征兆的造成空心板突然斷裂，致使橋梁坍塌，危害極大。

空心板單板受力斷裂的病害特征為：①大多出現(xiàn)在采用淺鉸縫空心板的橋梁上;②橋面行車道上有可能會(huì)出現(xiàn)沿鉸縫走向的縱向裂縫;③斷裂位置不一定出現(xiàn)在跨中區(qū)域，在梁端至L/4區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)。

空心板單板受力斷裂產(chǎn)生的原因：①空心板設(shè)計(jì)計(jì)算的理論基礎(chǔ)是板間通過鉸縫傳遞剪力，不傳遞彎矩，要保證這一理論前提，必須要求所有鉸縫都能有效傳遞剪力，否則所有板的橫向分布系數(shù)都會(huì)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，而空心板及鉸縫數(shù)量一般比較大，容錯(cuò)率相對更低;②鉸縫狹小的上口會(huì)造成鉸縫混凝土難以實(shí)現(xiàn)有效振搗，鉸縫下口必然導(dǎo)致澆注的鉸縫混凝土容易漏漿離析，且施工過程中和施工結(jié)束后都屬于隱蔽工程，施工質(zhì)量先天難以保證;③空心板施工質(zhì)量問題，特別是預(yù)應(yīng)力張拉沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，自身承載力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求;④第四大原因則是車輛超載。

針對這種病害的防控措施有：①盡量棄用空心板這種結(jié)構(gòu)形式，同類型的可以選擇小箱梁，若因梁高、橋下凈空、美觀等因素確需采用空心板時(shí)，建議采用深鉸縫空心板，且應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量;②對于正在建設(shè)的空心板橋，對其預(yù)應(yīng)力張拉、鉸縫混凝土施工、橋面鋼筋混凝土現(xiàn)澆層施工等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，確保其單板承載力及橫向聯(lián)系滿足設(shè)計(jì)要求;③對于在役空心板橋，一是查清其空心板類型，對于采用淺鉸縫的一定要重點(diǎn)管養(yǎng)，二是加強(qiáng)日常巡檢及定期檢測，重點(diǎn)關(guān)注橋面縱向裂縫、梁板腹板和底板受力裂縫。

1.9 石拱橋主拱圈縱向開裂

對石拱橋結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成較大威脅且比較常見的病害是主拱圈縱向或斜縱向開裂，如圖8所示。其開裂的位置一般出現(xiàn)在主拱圈左、右兩側(cè)1.5 m范圍以內(nèi)，大部分沿砌縫發(fā)展。由于石拱橋本身就有橫向聯(lián)系比較差的弊端，主拱圈縱向開裂進(jìn)一步惡化其整體受力狀況，使其有沿裂縫向外側(cè)突然傾倒的風(fēng)險(xiǎn)。

石拱橋主拱圈縱向開裂的原因主要有兩個(gè)大的方面。第一個(gè)原因是拱上填料或活載對拱上側(cè)墻產(chǎn)生的橫向水平力導(dǎo)致的，具體譬如：①側(cè)墻設(shè)計(jì)斷面尺寸偏小，采用的石料尺寸偏小，石料間的砂漿不夠飽滿，粘結(jié)力不足;②拱上填料排水不暢，對側(cè)墻造成比較大的側(cè)壓力;③拱上填料沉陷造成橋面沉陷不平整，導(dǎo)致行車產(chǎn)生的水平推力大增;④橋梁位于彎道上，車輛通過時(shí)產(chǎn)生很大的離心力;⑤車輛行駛在側(cè)墻附近時(shí)對側(cè)墻產(chǎn)生很大的推擠力;⑥施工因素導(dǎo)致，比如重新鋪裝瀝青路面時(shí)采用振動(dòng)壓路機(jī)，在側(cè)墻附近振動(dòng)壓實(shí)作業(yè)。該類原因產(chǎn)生的主拱圈縱向開裂一般都是自拱頂向拱腳方向發(fā)展。第二個(gè)原因是由橋墩臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降所造成的，這類病害的特征是裂縫自墩臺(tái)的前墻開始發(fā)生，向上往主拱圈拱頂方向發(fā)展。

目前對于這類主拱圈病害，主要處治措施是加鋼筋混凝土襯拱同時(shí)對拱上填料進(jìn)行針對性的注漿等加固措施。在管養(yǎng)方面，一是要確保防排水系統(tǒng)的有效性，二是橋面出現(xiàn)異常沉陷或縱向裂縫時(shí)，加強(qiáng)觀測及養(yǎng)護(hù)，三是對橋面進(jìn)行翻修時(shí)要對橋面的振動(dòng)壓實(shí)作業(yè)予以關(guān)注，四是要加強(qiáng)巡檢，對主拱圈、拱上側(cè)墻等重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

1.10 小跨徑雙曲拱橋拱肋損傷

對于小跨徑雙曲拱橋（單孔跨徑25 m以內(nèi)），在近年的各種檢測調(diào)查中，拱肋混凝土腐蝕粉化、主筋嚴(yán)重銹蝕、拱肋被撞擊斷裂甚至局部損毀缺失的現(xiàn)象和病害相當(dāng)普遍，對橋梁結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成很大威脅，如圖9所示。出現(xiàn)這類病害的主要原因有兩個(gè)：一是矢跨比小導(dǎo)致橋下凈空低，容易被泥石流、落石及棄土棄石等直接外力沖擊損毀，同時(shí)更易受到水的潮濕環(huán)境的侵蝕;二是構(gòu)件尺寸偏小，不易控制施工質(zhì)量，當(dāng)混凝土內(nèi)鋼筋受到侵蝕發(fā)生銹蝕后就會(huì)引起銹脹作用，破壞混凝土，形成惡性循環(huán)。

對于此類病害的危橋，已無太大加固利用的空間和價(jià)值，建議直接廢棄重建。

2 結(jié)語

對于本文介紹的諸多危橋病害，管養(yǎng)單位第一個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注且能有所作為予以消除預(yù)防的是墩臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷淘空及樁基滑移等，墩臺(tái)基礎(chǔ)作為橋梁結(jié)構(gòu)承載力形成的基礎(chǔ)，是確保橋梁整體安全的關(guān)鍵;第二個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的是空心板的單板受力斷板，該病害也會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)突然坍塌安全事故，需要重點(diǎn)預(yù)防;第三個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的是石拱橋的主拱圈縱向裂縫和小跨徑雙曲拱橋主拱圈質(zhì)量缺陷，其發(fā)展到一定程度也會(huì)造成橋梁坍塌。對其他影響橋梁結(jié)構(gòu)承載力及橋梁結(jié)構(gòu)安全的危橋病害也應(yīng)及時(shí)按相關(guān)規(guī)范采取交通管制措施并進(jìn)行專項(xiàng)加固處治。

除了本文歸納的常規(guī)橋型常見危橋病害，還有很多其它病害原因造成的危橋，對于其它特殊病害及斜拉橋等特殊結(jié)構(gòu)橋梁，可以參照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004）和《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）中關(guān)于4類、5類橋的定義和5類橋單項(xiàng)控制指標(biāo)等內(nèi)容進(jìn)行分析評定，必要時(shí)還需按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的技術(shù)要求進(jìn)行專項(xiàng)檢測、檢算、驗(yàn)算及荷載試驗(yàn)來進(jìn)一步分析確定，確保能真實(shí)客觀的評定出橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況，避免危橋的服役運(yùn)營。

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