混凝土梁橋早期典型病害分析及養(yǎng)護措施探討

龐世華

（山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014）

0 引言

混凝土梁橋造價低、耐久度好，在橋梁建設(shè)中被廣泛應(yīng)用?；炷亮簶蛟谶\營過程中，受混凝土自身性能、荷載、環(huán)境等影響，會產(chǎn)生裂縫、破損等病害，如不及早采取養(yǎng)護措施，隨著病害的進一步發(fā)展，將造成結(jié)構(gòu)性損傷，從而影響橋梁的正常使用。

1 工程概況

青銀高速青州段于2019年7月擴建完工通車，段內(nèi)有橋梁208座，其中大橋19座，中橋26座，小橋163座，均為混凝土梁橋。段內(nèi)橋梁按上部結(jié)構(gòu)分為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁橋、鋼筋混凝土簡支實心板梁橋。其作為東西大動脈的重要組成部分，青州段改擴建通車后交通量繁忙。隨著我國交通量的不斷增加，高比重的重載交通對段內(nèi)橋梁造成了一定影響，出現(xiàn)了一些早期病害，為保證段內(nèi)橋梁的穩(wěn)定運行，需對這些橋梁進行適當(dāng)養(yǎng)護。

2 混凝土梁橋早期病害

2.1 上部結(jié)構(gòu)病害

（1）梁板裂縫。據(jù)統(tǒng)計，上部結(jié)構(gòu)中梁板裂縫是主要的病害形式。就裂縫表現(xiàn)形式分析，大部分裂縫寬度未超過現(xiàn)行養(yǎng)護規(guī)范的規(guī)定值，少部分底板縱向裂縫最大縫寬超限，如個別預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁在梁端出現(xiàn)少許斜向裂縫。

（2）承重構(gòu)件其他病害。除裂縫外，個別橋梁中主梁存在孔洞、鋼筋銹脹、露筋銹蝕、混凝土破損、剮蹭、粗骨料外露、蜂窩麻面、網(wǎng)裂、受水侵蝕等病害。

除主梁外，橋梁的一般承重構(gòu)件中鉸縫、濕接縫、橫隔板、端橫梁等均存在病害。鉸縫主要存在勾縫脫落、水侵蝕等病害；濕接縫主要存在橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損、粗骨料外露、露筋銹蝕、滲水泛白等病害；橫隔板主要存在混凝土破損、粗骨料外露、露筋銹蝕、豎向裂縫、斜向裂縫、U形裂縫、網(wǎng)裂、銹脹開裂等病害；端橫梁主要存在斜向裂縫、橫向裂縫、露筋銹蝕、混凝土破損等病害。

（3）支座病害。段內(nèi)橋梁支座主要為板式橡膠支座，主要病害為局部脫空、老化開裂、剪切變形、偏位、外鼓、鋼墊板銹蝕、墊石破損、墊石開裂等。

2.2 下部結(jié)構(gòu)病害類型

（1）橋臺。段內(nèi)橋梁橋臺主要結(jié)構(gòu)為：框架式橋臺、薄壁式橋臺、肋板式、座板式、輕型、扶壁式、埋置式橋臺。根據(jù)檢測情況分析，橋臺主要病害為裂縫。少量薄壁式橋臺臺身豎向裂縫最大縫寬超限；肋板式橋臺臺背水平裂縫縫寬超限。

橋臺（包括臺身、臺帽、背墻）、擋塊其他個別病害有：橋臺網(wǎng)裂、混凝土破損、混凝土剝落、粗骨料外露、鋼筋銹脹、露筋銹蝕、蜂窩、銹脹開裂、受水侵蝕；擋塊混凝土破損、擠死、擠壓破損、粗骨料外露、麻面、鋼筋銹脹。

（2）橋墩。橋梁的橋墩主要結(jié)構(gòu)為：薄壁橋墩、雙柱墩和多柱墩。檢測發(fā)現(xiàn)，墩柱及蓋梁存在的主要病害為裂縫：墩身水平裂縫、豎向裂縫、橫向開裂、豎向開裂；墩帽豎向裂縫、斜向開裂；墩蓋梁水平裂縫、豎向裂縫；擋塊擠壓開裂。

橋墩及蓋梁存在的其他個別病害主要有：墩身網(wǎng)裂、混凝土破損、蜂窩麻面；墩柱混凝土破損、露筋銹蝕；墩蓋梁網(wǎng)裂、混凝土破損、露筋銹蝕、銹脹開裂、粗骨料外露、受水侵蝕；擋塊混凝土破損、露筋銹蝕、擠死、擠壓破損、麻面。

（3）翼墻及錐護坡。橋梁翼耳墻的結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。存在主要病害為：耳墻混凝土破損、粗骨料外露、鋼筋銹脹、豎向裂縫、混凝土開裂、網(wǎng)裂、斜向裂縫、露筋銹蝕、受水侵蝕等病害。

橋梁錐（護）坡的結(jié)構(gòu)形式主要為漿砌片石結(jié)構(gòu)。存在的主要病害為：錐坡混凝土開裂、六角護坡磚缺失、六角護坡磚松動、裙墻混凝土破損、塌陷、沖刷、裙墻剮蹭破損、裙墻外傾、裙墻麻面、填土淘空；護坡填土缺失、淘空、塌陷、未做砌石防護、松散等病害。

3 病害原因分析

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁裂縫

3.1.1 梁底縱向裂縫

（1）由于空心板梁內(nèi)外溫度差，使得空心板底板橫向拉應(yīng)力過大，導(dǎo)致縱向裂縫出現(xiàn)?？招陌鍍?nèi)外溫差對底板橫向應(yīng)力影響較大，對頂板影響較小。

（2）由于保護層過薄，導(dǎo)致鋼筋生銹膨脹，從而出現(xiàn)沿主筋方向的梁底縱向裂縫。

（3）梁體內(nèi)兩側(cè)預(yù)應(yīng)力筋在張拉過程中產(chǎn)生橫向附加拉應(yīng)力，超過梁底混凝土的最大抗拉強度，導(dǎo)致梁底中部沿預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生縱向裂縫。

3.1.2 底板斜向裂縫及橫向裂縫

（1）斜向裂縫。根據(jù)檢測情況，預(yù)應(yīng)力簡支空心板斜向裂縫基本處于梁端，靠近支座位置，處于結(jié)構(gòu)受剪力區(qū)域。另外，出現(xiàn)斜向裂縫的空心板都是直接承受汽車車道荷載的板梁，由此分析，斜向裂縫出現(xiàn)的主要原因與荷載結(jié)構(gòu)受力有關(guān)。

（2）橫向裂縫。一是預(yù)應(yīng)力空心板在混凝土成型后，預(yù)應(yīng)力鋼筋放張前，構(gòu)件中可能已經(jīng)產(chǎn)生橫向裂縫，這與早期的混凝土原材料、混凝土澆筑及養(yǎng)護、施工工藝等有關(guān)；二是生產(chǎn)、堆放、運輸、安裝過程各種不當(dāng)或不規(guī)范行為產(chǎn)生的橫向裂縫；三是由于有效預(yù)應(yīng)力和混凝土抗拉疲勞強度降低產(chǎn)生裂縫。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫

3.2.1 底板縱向裂縫

（1）預(yù)應(yīng)力管道偏位所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力徑向力、混凝土縱向受力的泊松效應(yīng)、混凝土收縮，混凝土收縮是箱梁底板縱向裂縫的主要影響因素。

（2）箱梁底板預(yù)應(yīng)力波紋管下混凝土不易振搗，此處混凝土質(zhì)量也是裂縫產(chǎn)生的影響因素之一。

（3）混凝土收縮作用，混凝土收縮產(chǎn)生的橫向正應(yīng)力較大，同時底板預(yù)應(yīng)力管道周圍混凝土相對收縮較快。

3.2.2 腹板水平裂縫

（1）與混凝土的和易性、密實度有關(guān)。在底板混凝土中，碎石密集，混凝土強度較高；頂板振搗密實，收漿后混凝土強度相對腹板也較高；而在腹板中，由于預(yù)應(yīng)力管道的存在，混凝土澆筑過程中不易振搗，密實性相對較低，強度也相對較低。由此相對于頂板和底板，腹板在橫向溫差應(yīng)力主導(dǎo)作用下容易產(chǎn)生裂縫。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼絞線的作用。預(yù)應(yīng)力鋼絞線在縱向產(chǎn)生的較大壓應(yīng)力易在橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)鋼絞線受到縱向張拉時，因試圖繃直而產(chǎn)生上抬力，使波紋管發(fā)生側(cè)向脹開。若施工時預(yù)應(yīng)力波紋管定位稍有偏差，這種脹開力對壁厚較小的兩側(cè)混凝土將產(chǎn)生較大的局部拉應(yīng)力，保護層較薄一側(cè)的混凝土將受到更大的局部拉應(yīng)力，可能導(dǎo)致相應(yīng)的局部損傷，在與對波紋管灌漿時的灌漿壓力聯(lián)合作用下，導(dǎo)致腹板局部發(fā)生沿預(yù)應(yīng)力鋼束的爆裂裂縫。

（3）梁體內(nèi)力受溫差影響較大，橫向溫差應(yīng)力也是腹板產(chǎn)生水平裂縫的主要原因。

3.2.3 腹板斜向裂縫

腹板斜向裂縫的產(chǎn)生原因：檢測發(fā)現(xiàn)簡支小箱梁腹板裂縫共計3條，均位于同一橋臺梁端位置，處于結(jié)構(gòu)受剪力區(qū)域。由于主梁承受了較大的剪應(yīng)力，因錨固區(qū)拉應(yīng)力過大產(chǎn)生斜向裂縫。

3.3 預(yù)應(yīng)力T梁裂縫

3.3.1 預(yù)應(yīng)力T梁腹板斜向裂縫

預(yù)應(yīng)力簡支T梁橋的腹板斜向裂縫主要出現(xiàn)在支座附近至1/4跨范圍內(nèi)，基本與橋軸線成45°。從裂縫分布與方向分析，這些裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，由于主跨梁承受了較大的剪應(yīng)力，腹板的主拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度主應(yīng)力，從而在腹板上出現(xiàn)了斜裂縫。另外還與腹板的厚度、構(gòu)造鋼筋設(shè)置、腹板縱向預(yù)應(yīng)力布置方式和豎向預(yù)應(yīng)力布置方式以及溫度影響有關(guān)。

3.3.2 預(yù)應(yīng)力T形梁腹板豎向裂縫

在檢測中，發(fā)現(xiàn)大部分豎向裂縫寬度較小，少量幾條裂縫寬度0.2mm，且均已加固。分析可能由于早期混凝土原材料質(zhì)量、澆筑及養(yǎng)護質(zhì)量、施工工藝和鋼筋保護層過薄等有關(guān)。

3.4 鋼筋混凝土實心板梁裂縫

雖然部分鋼筋混凝土實心板梁出現(xiàn)了橫向裂縫，但最大裂縫寬度均未超過養(yǎng)護規(guī)范中規(guī)定的限值。橫向裂縫主要原因：一般認(rèn)為在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)截面上的實際拉應(yīng)力超過材料的實際抗拉強度后便會出現(xiàn)裂縫，其形態(tài)與拉應(yīng)力的性質(zhì)有關(guān)。但這種非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件是允許帶裂縫工作的，只要裂縫寬度不超限，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的。其產(chǎn)生與以上鋼筋混凝土箱梁橋出現(xiàn)裂縫的原因類似。另外，鋼筋混凝土實心板梁的縱向裂縫與鋼筋混凝土箱梁縱向裂縫成因類似。

3.5 支座病害

（1）當(dāng)靜載與動載之和長期超過支座的抗壓容許應(yīng)力上限時，支座就會表現(xiàn)為永久性非彈性變形直至嚴(yán)重?fù)p壞。

（2）施工時，支撐墊石、梁體與支座結(jié)合不平整或不水平，導(dǎo)致支座受力不均勻，使得應(yīng)力集中部位過早破壞。

（3）支座脫空主要是由于施工時支座底部未調(diào)平鋼板或鋼板厚度不夠引起的，有些是由主梁吊裝時碰撞支座，使其偏離設(shè)計位置引起的。

3.6 橋臺、橋墩裂縫

（1）橋臺、橋墩的網(wǎng)狀裂縫主要產(chǎn)生原因是混凝土內(nèi)部水化熱和外部氣溫溫差影響而產(chǎn)生的溫度拉應(yīng)力所致。

（2）橋臺、橋墩的豎向裂縫，若表現(xiàn)為上窄下寬有向上發(fā)展趨勢，則由地基承載力不足或沉降不均引起；臺帽豎向裂縫是由臺身豎向裂縫向上延伸所致，或是由于臺帽在支座墊石下未布置鋼筋或布筋不足所致，也可能是受到過大的沖擊所引起，與混凝土澆筑質(zhì)量和鋼筋銹脹也有關(guān)系。

（3）橋臺、橋墩的橫向裂縫多為混凝土澆筑接縫不良引起；臺背土壓力也是橫向裂縫產(chǎn)生的重要因素。

4 養(yǎng)護維修建議

目前，段內(nèi)橋梁處于改擴建后運營初期，出現(xiàn)的病害為早期癥狀，應(yīng)加大養(yǎng)護力度，延緩病害的發(fā)展，保證橋梁性能。

4.1 梁板裂縫

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。腹板斜向裂縫。由于處于受力區(qū)域，建議對裂縫進行灌縫處理，然后粘貼碳纖維布或鋼板加固處理腹板豎向裂縫。由于已有加固措施，建議對腹板豎向裂縫進行表面封閉處理，在日常養(yǎng)護和定期檢查中加強對裂縫變化情況的觀測，若裂縫持續(xù)發(fā)展或出現(xiàn)新的豎向裂縫，應(yīng)引起重視并采取新的加固舉措。腹板水平裂縫、底板、翼板縱向裂縫及翼板橫向、斜向裂縫。建議對于寬度小于0.15mm的裂縫進行表面封閉處理，對于寬度不小于0.15mm的裂縫進行灌縫處理。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁。底板橫向、斜向裂縫。對于寬度小于0.15mm的裂縫進行表面封閉處理，對于寬度不小于0.15mm的裂縫進行灌縫處理。對于梁底板橫向裂縫，若裂縫寬度較大，且裂縫分布密集的，建議對該區(qū)域灌縫處理后進行粘貼碳纖維布或鋼板加固處理。

底板縱向裂縫。對于寬度小于0.15mm的裂縫進行表面封閉處理，對于寬度不小于0.15mm的裂縫進行灌縫處理。

（3）預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。對于腹板斜向裂縫、底板斜向裂縫、橫向裂縫，建議對裂縫進行灌縫處理，然后進行粘貼碳纖維布或鋼板加固處理。

對于寬度小于0.15mm的腹板水平裂縫、底板縱向裂縫及翼板橫向、斜向、縱向裂縫進行表面封閉處理，對于寬度不小于0.15mm的裂縫進行灌縫處理。

（4）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。目前所有裂縫寬度均小于規(guī)范限值，因此建議對裂縫進行表面封閉處理，并在日常養(yǎng)護和定期檢查中觀測裂縫發(fā)展情況。

4.2 混凝土表觀缺陷

將存在表觀病害的混凝土表面清理至新鮮基面，對外露鋼筋除阻銹處理后，再用聚合物砂漿修復(fù)。

4.3 支座病害處治

（1）脫空支座：梁板的各個支座承壓不均，可用鋼板墊實，以增大接觸面積，使各支座受力均勻。

（2）老化開裂支座：待老化開裂嚴(yán)重后進行集中更換。（3）剪切變形、偏位較嚴(yán)重的支座應(yīng)及時糾正。（4）外鼓的支座：待外鼓嚴(yán)重后進行集中更換。

4.4 橋墩（臺）病害處治

建議對未超限裂縫進行灌縫處理，并加強觀測，具體措施同以上梁板裂縫處理措施；對于超限裂縫，建議灌注環(huán)氧樹脂膠，沿裂縫設(shè)置騎縫鋼筋。

5 結(jié)語

本文以青銀高速青州段橋梁為例，總結(jié)分析了四種常見結(jié)構(gòu)形式的混凝土梁橋在運營初期常見病害類型和病害產(chǎn)生原因，提出了針對性的養(yǎng)護維修建議，可有效保持或提高橋梁技術(shù)狀況，對橋梁養(yǎng)護工程具有一定參考價值。