公路橋梁常見病害及成因分析

羅浩 王錕 晏亮 楊彤麟 甘賢備 郭輝

摘 要：橋梁是公路交通的重要組成部分和生命線工程，近年來，受設(shè)計(jì)荷載、施工質(zhì)量以及運(yùn)營養(yǎng)護(hù)過程中不利因素影響，導(dǎo)致出現(xiàn)橋梁梁體開裂、支座功能退化、伸縮縫破壞等常見病害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對橋梁安全造成重要影響。鑒于此，本文以橋梁的結(jié)構(gòu)形式與病害類別為脈絡(luò)，逐次介紹了橋梁上部結(jié)構(gòu)、支座、下部結(jié)構(gòu)、橋面系及附屬設(shè)施的典型病害，并分別對各個(gè)部位產(chǎn)生病害的原因進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;橋梁檢測;病害成因;安全保障

中圖分類號(hào)：U445.7 ;U448 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）07-0148-03

我國橋梁建設(shè)發(fā)展如火如荼，經(jīng)過了幾十年的快速發(fā)展，橋梁在運(yùn)營階段中，橋梁病害問題逐步顯現(xiàn)，對橋梁的正常使用產(chǎn)生了安全隱患。因此，定期對橋梁開展檢測工作是十分必要的，通過現(xiàn)場橋梁檢測經(jīng)歷，根據(jù)橋梁自身結(jié)構(gòu)組成，本文將橋梁分為四個(gè)部分，依次對橋梁上部結(jié)構(gòu)、支座、下部結(jié)構(gòu)、橋面及附屬設(shè)施[1]出現(xiàn)的一些常見病害進(jìn)行歸納總結(jié)，并對病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行初步探討分析。

1上部結(jié)構(gòu)

橋梁的上部結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件包括承重構(gòu)件和一般構(gòu)件。承重構(gòu)件則是梁體本身，包括梁的腹板、翼板、底板，而橫隔板、濕接縫等附屬構(gòu)件則為橋梁的一般構(gòu)件，這些都是產(chǎn)生橋梁病害的常見構(gòu)件。

1.1承重構(gòu)件

1.1.1腹板的斜裂縫和豎裂縫

腹板處產(chǎn)生的裂縫一般為收縮裂縫。梁體在受到荷載作用時(shí)，混凝土的抗拉極限強(qiáng)度值小于梁的斜截面拉應(yīng)力時(shí)，斜裂縫則會(huì)在腹板垂直于主拉應(yīng)力的方向產(chǎn)生[2];腹板豎裂縫產(chǎn)生的原因是由于在梁的腹板區(qū)域內(nèi)，通常會(huì)布置少量的構(gòu)造鋼筋，當(dāng)腹板沿著縱向收縮時(shí)，易使其豎向開裂。

1.1.2底板裂縫

底板處產(chǎn)生裂縫，主要是由于預(yù)應(yīng)力的作用所導(dǎo)致的，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后，在梁的端部區(qū)域易形成縱向受壓、橫向受拉狀態(tài)，在橫向受拉區(qū)域當(dāng)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度小于混凝土的拉應(yīng)力時(shí)[3]，極易在主梁的底板處產(chǎn)生裂縫。除此之外，當(dāng)混凝土的保護(hù)層偏薄時(shí)，底板也容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

1.1.3翼板裂縫

由于主梁頂板在張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力不足，在主梁的兩側(cè)翼板處，易出現(xiàn)剪力滯效應(yīng)，梁的翼板中支點(diǎn)部位常常出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，有時(shí)還有滲水現(xiàn)象。

1.2 一般構(gòu)件

1.2.1濕接縫裂縫

常見病害為縱裂和橫裂現(xiàn)象，通常是由于現(xiàn)澆混凝土收縮時(shí)，受到兩邊預(yù)制梁的約束所導(dǎo)致的。

1.2.2橫隔板

橫隔板處的病害一般表現(xiàn)為收縮裂縫。由于橫隔板是沿著四邊嵌固而成的，如果橫隔板自身剛度不足，受到偏載作用的影響，橫隔板局部會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

在橋梁的上部構(gòu)件中還常常會(huì)出現(xiàn)梁底板破損漏筋、腹板蜂窩麻面的現(xiàn)象，如圖1～2所示。這是由于在施工過程中，脫模粗糙、混凝土振搗不密實(shí)，從而導(dǎo)致混凝土壓實(shí)度不夠，或者設(shè)計(jì)施工不當(dāng)，局部混凝土保護(hù)層皮偏薄時(shí)，亦會(huì)引起蜂窩麻面、破損漏筋的現(xiàn)象[4]。

2支座

支座在橋梁結(jié)構(gòu)中起到承上啟下的傳力作用，當(dāng)支座產(chǎn)生病害時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)安全會(huì)產(chǎn)生重大安全隱患，同時(shí)也會(huì)使橋梁的使用壽命大打折扣。

2.1 支座偏位

支座產(chǎn)生偏位的主要原因大多是由于施工不當(dāng)所導(dǎo)致的，當(dāng)支座偏位過大時(shí)，會(huì)引起支座相鄰梁體之間的間距變小，易使得主梁之間產(chǎn)生頂死現(xiàn)象，從而對橋梁的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重要影響[5]，如圖3所示。

2.2 支座脫空

產(chǎn)生支座脫空的主要原因主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）在施工階段，未控制得當(dāng)支座的墊石標(biāo)高。

（2）梁體一般采用預(yù)制，但由于預(yù)制中施工失當(dāng)?shù)挠绊憰?huì)使得梁端的三角楔型塊不平，從而容易導(dǎo)致脫空現(xiàn)象。

（3）墊石的混凝土強(qiáng)度過低，致使支座受壓后，墊石出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，導(dǎo)致支座脫空。

（4）受到溫度的影響，混凝土易產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，當(dāng)后期混凝土梁體收縮過大時(shí)，易使支座產(chǎn)生沿縱向一側(cè)產(chǎn)生較明顯的半脫空現(xiàn)象[5]，如圖4所示。

2.3 支座剪切

支座產(chǎn)生剪切現(xiàn)象，一方面是支座本身的抗剪彈性模量不足，另一方面因?yàn)橥饨绛h(huán)境、溫度的影響，梁體本身出現(xiàn)過大的收縮變形，引發(fā)支座產(chǎn)生剪切。

除此之外，支座墊石也可能產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，一般是由于墊石的強(qiáng)度不足、自身收縮等原因所導(dǎo)致的。

3下部結(jié)構(gòu)

3.1蓋梁、墩臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.1.1蓋梁裂縫

蓋梁裂縫多分布于蓋梁的受彎區(qū)域，可分為兩種情況：一是蓋梁裂縫出現(xiàn)在兩墩之間蓋梁的正彎矩處，裂縫自底部向上對稱發(fā)展，裂縫寬度表現(xiàn)為下寬上窄;二是蓋梁裂縫分布在蓋梁懸臂端的負(fù)彎矩區(qū)域，裂縫自頂部自上而下對稱發(fā)展，裂縫寬度表現(xiàn)為上寬下窄。這兩種裂縫產(chǎn)生的原因一般皆是超載所導(dǎo)致的，而后者的病害危害較大，特別是在梁端出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時(shí)。

3.1.2蓋、帽梁堆積施工垃圾

在橋梁施工階段或養(yǎng)護(hù)過程中，形成的施工垃圾堆積在蓋、帽梁處，如圖5所示。

3.1.3蓋梁擋塊開裂破損現(xiàn)象

圖6中蓋梁擋塊與梁體出現(xiàn)頂死現(xiàn)象，導(dǎo)致蓋梁頸部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)致使蓋梁一側(cè)的擋塊出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

3.2錐坡、護(hù)坡

影響基礎(chǔ)不均勻沉降的因素主要有基礎(chǔ)形式、基礎(chǔ)位置處地質(zhì)不良等，錐坡和護(hù)坡處易發(fā)生不均勻沉降，從而使得錐坡、護(hù)坡處出現(xiàn)下沉，破碎，塌陷和開裂現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)造成橋梁的墩臺(tái)出現(xiàn)沉降開裂等情況的發(fā)生。

4 橋面系及其附屬設(shè)施

4.1橋面鋪裝

4.1.1橋面開裂

常見的橋面開裂包括縱裂和橫裂。橋面產(chǎn)生裂縫的主要原因是荷載的反復(fù)作用[6]。由于橋梁在重型車輛荷載的反復(fù)作用下，梁與梁之間的橫向連接減弱，從而產(chǎn)生橋面縱裂，進(jìn)而容易發(fā)展成破碎帶，形成橋面網(wǎng)裂現(xiàn)象。

4.1.2橋面坑槽破損現(xiàn)象

橋面坑槽一般是指橋面在荷載反復(fù)作用下易出現(xiàn)沉陷、坑槽現(xiàn)象[7]，其產(chǎn)生的原因包括兩個(gè)，一是車輛超載方面的原因，重載車輛的作用下，其鉸縫混凝土的破碎速度大大加快，導(dǎo)致鉸縫失效，從而使得橋梁受力不均，橋面就反映處坑槽破損現(xiàn)象;二是橋面設(shè)計(jì)與施工方面的原因，橋面瀝青混凝土在施工時(shí)壓實(shí)度不夠，施工配合比失當(dāng)，厚度不均，鋪裝層透水性差等亦會(huì)導(dǎo)致橋面病害產(chǎn)生。

4.2伸縮縫

橋梁伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)組成中的一個(gè)重要部件，伸縮縫的損害直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用，從而降低橋梁的使用壽命。因此有必要對橋梁伸縮縫的常見病害進(jìn)行歸納總結(jié)研究，分析其成因，橋梁伸縮縫的病害主要類型如下表1所示。

4.2.1砼破損

在對伸縮縫錨固區(qū)砼進(jìn)行施工時(shí)，如果后澆混凝土的強(qiáng)度不夠，施工完成后養(yǎng)護(hù)不到位，橋面板之間會(huì)存在高差從而導(dǎo)致跳車現(xiàn)象，加上車輛荷載作用，易使伸縮縫錨固區(qū)出現(xiàn)砼破損現(xiàn)象。

4.2.2型鋼斷裂

伸縮縫型鋼斷裂這種病害的產(chǎn)生是由于橋臺(tái)地基發(fā)生沉陷，以及支座下部墊石出現(xiàn)破損開裂等原因，使得橋面板一側(cè)低于另一側(cè)，形成型鋼錯(cuò)位，常表現(xiàn)為橋頭跳車現(xiàn)象，橋頭跳車時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載重復(fù)作用致使伸縮縫型鋼出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[8]。

4.2.3止水帶破損

伸縮縫止水帶通常采用橡膠材質(zhì)，因此在車輛荷載作用以及溫度、降水等因素影響下，使得止水帶的使用周期大大縮短。由于止水帶的破損，導(dǎo)致伸縮縫滲水，從而致使支座老化開裂、鋼墊板銹蝕等一些伴生病害產(chǎn)生，應(yīng)及時(shí)對破損的止水帶進(jìn)行更換，圖7中所示為伸縮縫止水帶出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

4.2.4堵塞

伸縮縫堵塞主要是由于橋面的沙石、垃圾等雜物在伸縮縫位置處不斷的積累，導(dǎo)致伸縮縫處淤積了大量泥沙形成堵塞現(xiàn)象。

4.2.5型鋼頂死、失效

伸縮縫型鋼頂死、失效是指在對橋面伸縮縫設(shè)計(jì)施工時(shí)，橋梁伸縮縫的預(yù)留寬度不適當(dāng)，對橋梁的內(nèi)力作用考慮不當(dāng)，容易形成這種形式的病害，型鋼間距過窄使得預(yù)計(jì)的壓縮量不足，型鋼出現(xiàn)頂死的情況，如圖8所示。而型鋼間距設(shè)計(jì)過寬，則會(huì)導(dǎo)致伸縮縫失效。

4.3護(hù)欄

在護(hù)欄處易出現(xiàn)銹蝕、變形現(xiàn)象，主要原因是由于防銹處理不到位、護(hù)欄在受到車輛撞擊易引起變形。

4.4防排水系統(tǒng)

4.4.1泄水孔堵塞

泄水孔堵塞是指在運(yùn)營過程中，泥沙、垃圾堵塞在泄水孔處，泄水孔堵塞對橋面的排水有著重要影響。

4.4.2排水管缺失

排水管缺失會(huì)影響橋面的排水功能，排水管道的固定一般采用焊接方法，焊于梁底部，受到溫度、降水等因素的影響，易使排水管焊接處松動(dòng)，如果未及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致排水管脫落。

5 結(jié)語

總的來說，橋梁產(chǎn)生病害的主要原因在于兩個(gè)方面。一是由于設(shè)計(jì)施工，橋梁自身在修建過程中，施工不當(dāng)易使得橋梁在運(yùn)營期間易形成病害;二是在橋梁的使用過程中，受到荷載反復(fù)作用，以及溫度、降水等自然因素的影響，易使橋梁產(chǎn)生病害。因此，在橋梁運(yùn)營期間，應(yīng)定期對橋梁進(jìn)行檢測，并及時(shí)對已經(jīng)產(chǎn)生的病害進(jìn)行加固處理[9]，這樣才能使橋梁的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命得到保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] CJJ 99-2017，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 田春艷，張汎，郭晗.城市老舊橋梁病害及處置措施分析[J].市政技術(shù)，2020，38（05）：122-125+139.

[3] 唐南勇.公路橋梁病害原因分析及解決措施[J].交通世界，2020（25）：148-149.

[4] 金玉泉.橋梁的病害及災(zāi)害[D].同濟(jì)大學(xué)，2006.

[5] 夏娟，奚勇，劉洪濤.橋梁支座典型病害分析及對策[J].華東公路，2008（03）：32-34.

[6] 付李.橋面鋪裝病害原因分析及改造方法探討[J].黑龍江科技信息，2008（25）：230.

[7] 劉倩.橋面破損病害成因及防護(hù)措施[J].四川建材，2009，35（03）：60+62.

[8] 蔣海洋.公路橋梁伸縮縫常見病害成因分析及養(yǎng)護(hù)管理措施[J].工程與建設(shè)，2012，26（05）：699-701.

[9] JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51408217）（51408218）（51608193）;湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2015JJ3066）。