既有橋梁病害成因分析及加固處治措施探討

楊永剛

(貴州大學明德學院，貴州貴陽550003)

貴州省在20世紀末修建的一些高速公路既有簡支空心板橋，隨著經濟的發展，交通量的逐漸增加，尤其是超重車輛的增加，導致橋梁出現了各種病害，使其舒適性及服務水平急劇下降，嚴重影響道路的運營安全。為了確保運營及結構安全，力求充分利用，對其病害成因進行正確的分析，進而采取相應的加固維修處治顯得尤為緊迫。

1 工程概況

某橋于2000年12月建成，橋梁全長1 949.0 m，橋面寬度為:0.5 m(護欄)+9.5 m(左幅行車道)+1.5 m(中央分隔帶)+9.5 m(右幅行車道)+0.5 m(護欄)。上部結構為鋼筋混凝土整體現澆空心板;下部為雙柱式橋墩、樁基礎，重力式U型橋臺。橋梁設計荷載:汽車－超20級、掛車－120。隨著本地區交通量的急劇增加，重車、超重車輛比例迅速增大，使得該橋出現了不同類型的裂縫、坑槽、水蝕等病害，使其橋面服務水平明顯下降，交通事故時有發生，嚴重影響了公路的正常運營，需要維修處治。

2 病害調查

本次橋梁病害現狀調查主要以人工調查為主，輔以相機、鋼尺、皮尺、裂縫觀測儀等工具，對各類病害進行了詳細的記錄。

3 橋面鋪裝病害及成因分析

3.1 病害

全橋橋面鋪裝開裂、破損相當嚴重，局部存在坑槽，鋼筋外露，所有墩頂位置的橋面連續均出現橫向開裂現象，個別裂縫已經貫通鋪裝層，病害見圖1。

圖1 橋面病害

3.2 成因分析

本橋面鋪裝主要病害為橋面連續處鋪裝破損，原因包括如下三個方面:

(1)橋面連續構造位于主梁變形(梁端轉動和梁體伸縮)最大的部位，加之相鄰橋跨可能出現的橡膠支座彈性壓縮不同步而引起的錯動變形影響，使橋面連續構造受力十分復雜，從而導致橋面鋪裝的破壞。

(2)該橋設計時采用的是《公路橋涵設計通用規范》(JTJ 021－89)，結構計算時沒有考慮溫度梯度荷載，溫度應力計算值偏小，從而導致橋面連續局部因溫度應力過大而開裂。如按《公路橋涵設計通用規范》(JTGD 60－2004)取值計算，升降溫梯度按1 cm瀝青混凝土對應溫度梯度取值，計算結果表明橋面連續構造在承載能力極限狀態下，抗彎承載能力安全系數在0.405～0.551之間，抗剪承載能力安全系數0.924，正常使用極限狀態下裂縫寬度在0.715～0.253 mm之間，橋面連續構造處的抗彎、抗剪、裂縫計算均不滿足要求［1］，因而導致產生開裂。

(3)橋面連續構造長期處于彎拉或彎壓的受力狀態，隨著超重車輛的逐年增加，使橋面連續結構承受過大的彎拉應力，在荷載達到某一程度時，導致橋面連續結構超過容許應力而發生破壞。同時在重車的反復作用下，引起開裂的橋面連續結構周圍混凝土剝離破損，加速了橋面鋪裝層的破壞。

4 上部結構病害及成因分析

4.1 板底

(1)橫向裂縫:全橋各跨現澆整體板跨中底板4～8 m范圍內均有橫向裂縫，縫寬0.05～0.15 mm，裂縫橫向成斷續分布，長度10～150 cm，個別裂縫橫向斷續貫通，裂縫間距20～40 cm。

成因分析:按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ 023－85)進行結構計算表明，該橋各跨整體板縱向抗彎承載力均滿足要求，最大裂縫寬度在0.145～0.226 mm之間，鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，而規范規定鋼筋混凝土梁板允許的裂縫寬度最大值為0.25 mm［2］，本橋板底橫向裂縫寬度沒有超過規范限制。

(2)縱向裂縫:個別橋跨現澆整體板底板存在縱向裂縫，縫寬0.05～0.15 mm，大部分縱向裂縫分布在靠近蓋梁的板端位置，長度在30～300 cm之間，個別裂縫縱向斷續貫通。

成因分析:依據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ 023－85)進行結構計算表明，該橋各跨整體板橫向抗彎承載力均滿足要求，最大裂縫寬度在0.078～0.170 mm之間，鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，而規范規定鋼筋混凝土梁板允許的裂縫寬度最大值為0.25 mm［3］，板底縱向裂縫寬度沒有超過規范限制。

(3)板底滲水病害:個別橋跨現澆板底受水腐蝕較為嚴重，存在縱向、橫向裂縫滲水現象，個別裂縫滲水縱向貫通，且有游離鈣析出，局部區域的結晶物析出呈鐘乳石狀。

成因分析:由于本橋橋面鋪裝破損嚴重，有較多的坑槽，局部破損至橋面板，橋面防水失效導致雨水從橋面流入板內腔圓孔中，雨水再由板底縱縫下滲至板底。同時由于在該檢測前，本地區已有較長時間未下雨，但在檢測中發現個別板底縱縫仍有滴水現象，可以推斷板內圓孔中有積水。

4.2 腹板

豎向裂縫:右幅橋第34跨整體板外側腹板靠近跨中位置出現8條豎向裂縫，裂縫延伸至板底與板底橫向裂縫貫通，裂縫間距30～40 cm，裂縫寬度0.05～0.10 mm。

成因分析:為板底橫向裂縫的延續。

5 下部結構病害及成因分析

5.1 蓋梁

(1)豎向裂縫:部分蓋梁柱頂位置出現豎向裂縫，縫寬0.05～0.2 mm，裂縫上寬下窄，長度在10～80 cm之間，個別裂縫豎向貫通，外側墩頂處蓋梁裂縫較內側嚴重。

成因分析:經結構驗算分析可知，支點負彎矩區抗彎承載能力不足，導致裂縫的產生，同時計算最大裂縫寬度為0.256 mm，已超過規范限制。由于橋面重車通常靠外側通行，導致外側墩頂處蓋梁裂縫較內側更為嚴重。

(2)蓋梁水蝕:全橋多數蓋梁水蝕嚴重。

成因分析:由于墩頂橋面鋪裝破損嚴重，橋面均發生橫向開裂，雨水下滲經裂縫流至蓋梁上，導致蓋梁水蝕嚴重。

(3)蓋梁混凝土劈裂、鋼筋銹脹病害:全橋多數蓋梁局部出現混凝土劈裂、鋼筋銹脹現象。

成因分析:蓋梁長期處于潮濕狀態，雨水沿微裂縫或破損部位滲入混凝土內與鋼筋接觸，導致鋼筋發生銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹，導致混凝土保護層發生劈裂并脫落，從而加劇了病害的發展，蓋梁病害見圖2。

6 附屬構造物病害及成因

(1)伸縮縫病害及成因:由于橋梁的日常養護未重視，造成全橋伸縮縫內均被碎石、砂土塞實，導致伸縮縫失去伸縮功能。

(2)支座病害及成因:部分支座存在塌陷、脫空現象，根據現場檢測推斷，主要是原橋施工中施工管理及控制不當所致。

圖2 蓋梁病害

7 加固處治措施

(1)主梁:將原有簡支體系變為連續構造，從根源上解決橋梁連續處開裂的問題，同時跨中截面荷載彎矩減少有利于提高結構安全儲備。對于存在滴水現象的主梁，通過在梁底打孔將梁內積水排出，減少主梁荷載及對梁體的污染。

(2)橋面鋪裝:將原有鋪裝層鑿除，種植鋼筋及設置橋面鋪裝層鋼筋網，澆筑12 cm厚的聚丙烯纖維混凝土，以增強混凝土的彈性和抗疲勞性，加強橋面整體性，利于鋪裝層參與受力。同時在該鋪裝層上加鋪1 cm厚的MS－3改性瀝青微表處［4］，以增強橋面的抗滑能力。

(3)蓋梁:對于支點處存在豎向裂縫的蓋梁，主要是由于蓋梁的抗彎和抗剪能力不足造成，主要是先對裂縫進行處治后通過黏貼鋼板進行加固補強。

(4)混凝土裂縫及缺陷:對外露鋼筋采用鋼筋保護劑和阻銹劑進行涂裝;對混凝土破損采用改性聚合物水泥砂漿進行修補;而對于結構裂縫寬度＜0.15 mm的裂縫，采取封閉處理，寬度≥0.15 mm的裂縫，采取灌漿處理。

(5)伸縮縫及支座:為了恢復伸縮縫功能，對全橋伸縮縫進行了全部更換，同時根據結構體系變化情況在非連續墩處設置SSFB－80型伸縮縫;本橋支座均為板式橡膠支座，至今使用已達10年，部分支座除出現塌陷、脫空現象外，同時出現老化現象，由于更換支座需要頂升梁體，工程造價高，而且隨著時間的推移，支座將進一步老化，更換已將成為必然。為了保證大橋的耐久性，所以在本次維修中，采取將全部支座進行了更換。

8 結束語

根據全橋病害現狀，管養單位采取了相應的措施對該橋進行了加固維修處治，極大提高了橋面行車的舒適性，阻止了原橋面的進一步損壞。現該橋已維修完畢近一年，交通事故較維修前明顯減少，產生了良好的社會效益及經濟效益。

［1］JTG D60－2004公路橋涵設計通用規范［S］

［2］JTJ 023－85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］

［3］JTG H11－2004公路橋涵養護規范［S］

［4］交通部公路科學研究院.微表處和稀漿封層技術指南［M］.北京:人民交通出版社，2006