梁式橋梁定期檢查主要病害分析及處治對策

胡月奇 劉山洪 柯尊能

(重慶交通大學土木建筑學院，重慶 400074)

0 引言

近年來，國內修建了大量的梁式橋，收到了良好的經濟效益，取得了巨大的成就，在經濟建設中發揮了促進作用。然而，隨著大量橋梁服役年限的提高，在荷載和環境的共同作用下，各種各樣的病害相繼產生，對橋梁的安全運營造成了隱患。在2011年12月對重慶市永川區橋梁定期檢查的過程中發現，梁式橋的主要病害有:1)梁體開裂，出現大量裂縫;2)梁體跨中下撓;3)混凝土表面的表層缺陷;4)橋面鋪裝出現大量裂縫。尤其是大跨徑的梁式橋，出現的病害較多。因為檢查中觀測到的各種病害不僅影響橋梁結構的承載能力，而且會影響到行車的安全性，故對這些病害進行原因分析，并及時采取相應的處治措施就顯得十分必要［1］。本文通過對重慶市永川區橋梁定期檢查，總結了梁式橋在運營管理過程中存在的主要病害，在此基礎上，并進一步分析了產生這些病害的原因，最后提出了相應的處治加固對策［2］。

1 梁式橋主要病害分析

1.1 梁體開裂

在永川區橋梁定期檢查的過程中發現，梁式橋梁開裂的種類有很多，主要有:腹板斜裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、橫隔板裂縫、混凝土塊劈裂、齒縫等。下面針對橋梁檢查中經常出現的前三種裂縫表述我的觀點。

腹板斜裂縫。在本次重慶市永川區橋梁定期檢查的過程中，發現腹板斜裂縫是出現最多的梁體裂縫。一般與梁軸線成一定角度。往往這類裂縫隨時間的推移，數量會有所增加，并且向上、下和跨中方向發展。在檢查的過程中，對某特大橋進行了檢測后，發現箱梁裂縫多達300多條，其中大約有80%的裂縫分布在箱梁腹板內表面上，剩下的裂縫則分布在箱梁腹板外表面上和箱梁底板上。在本次永川橋梁定期檢查過程中，發現的典型腹板斜裂縫如圖1所示。出現斜裂縫的主要原因有:

1)取消了預應力筋彎起束;在箱梁的設計中，取消彎起束后，主拉應力由縱向預應力和豎向預應力來克服，這樣做雖然方便施工，減薄了腹板的厚度，但豎向預應力筋連接的十分不可靠，這樣有效預應力就得不到保證，最后結果就是斜裂縫大量出現。

2)設計中僅從縱向和豎向來分析計算主拉應力，沒有充分考慮橫向的影響，從而使計算的主拉應力值偏小。

3)腹板偏薄，混凝土的澆筑質量不能得到很好保證;同時配置的普通鋼筋偏少，不能有效限制裂縫的發展。

4)豎向預應力施工操作不夠規范，誤差較大，有效預應力嚴重不足，達不到規范要求。為了防止斜裂縫的發展，必須采取一定的對策。

常用的對策有:

1)保證有足夠的斜截面強度;

2)計算分析中考慮橫向的影響，采用三維來分析主拉應力，避免漏項;

3)配置彎起束，并采用二次或多次張拉豎向預應力束，確保其有效預應力滿足要求。

圖1 腹板斜裂縫

圖2 縱向裂縫

縱向裂縫。縱向裂縫通常出現在與橋軸方向平行的位置，主要存在頂板、底板，該裂縫在橋梁定期檢查中也經常出現，典型的裂縫如圖2所示。形成縱向裂縫的主要原因有:

1)超載。在調查的過程中發現，許多的交通要道出現了大量的運煤車輛及大型的運貨車輛，這些車輛的載重通常都超出了設計荷載的允許值。

2)收縮差引起的裂縫。許多大型橋梁的墩身與墩上的梁的建成時間相差很遠。比如連續剛構橋當墩身建成相當長時間后，墩上梁的0號塊才開始興建，而此時墩身的橫向收縮基本完成，0號塊的橫向收縮由于受到墩身約束從而導致底板中部出現裂縫。存在齡期差的混凝土結合面，都有因收縮差而出現縱向裂縫的風險。因此，分段澆筑的時間間隔不要太長。

3)頂板偏薄。在頂板的設計中，要布置縱、橫向預應力束，還要布置普通鋼筋，在這三種鋼筋中，橫向預應力筋是最重要的，然而其位置較難準確控制，如果偏差較大，就容易在頂板下緣出現縱向裂縫。同時，頂板偏薄后，其在活載作用下的混凝土應力變幅就會加大，進而出現疲勞裂縫。

4)水化熱導致的開裂。這種現象一般出現在采用懸臂澆筑施工的底板較厚的梁端根部，尤其在天氣溫度較低時，進行拆模后就會發現底板下緣存在大量縱向裂縫。

5)瀝青攤鋪時的高溫影響。橋面廣泛采用瀝青混凝土鋪裝，而瀝青混凝土攤鋪時要求高溫操作，攤鋪溫度往往高達1 500℃，橋面鋪裝層的上部與大氣熱交換，導致瀝青混合料及周圍環境溫度不斷變化;鋪裝層的下部分與結構熱傳導，導致結構溫度急速升高，形成非常大的梯度溫度，從而對箱梁結構產生非常不利的影響。

橫向裂縫。在橋梁的相關規范中，嚴格要求橋梁的設計施工中不能出現橫向裂縫。出現橫向裂縫的主要原因有:

1)有效預應力不滿足設計要求。預應力徐變損失在設計計算時偏小，而通常徐變是若干年后一直在進行的;沿管道預應力損失偏大;預應力筋因銹蝕后預應力下降;這些因素都會導致有效預應力達不到要求。

2)對剪力滯所造成的影響因素考慮不夠周全。通過軟件分析發現腹板區域上下緣的縱向拉應力遠遠大于平均應力，而在設計時并沒有很周全的考慮這一因素。

3)梁體下撓過大導致橫向裂縫的產生，同時斜裂縫發展到一定數量后對橫向裂縫的生成也有影響。

4)梁體超方、鋪裝超厚、橋面超載。

5)摩擦樁不均勻沉降，應慎用連續結構。

1.2 梁體跨中下撓

梁體跨中下撓在大跨徑橋梁的定期檢查中十分普遍。跨中下撓往往伴和橫向裂縫或斜裂縫一起出現，大跨徑橋梁的下撓現象十分嚴重。跨中下撓的原因分析如下:

1)沒有重復認識徐變對下撓的影響。在設計的過程中，大家往往不重視施工階段撓度的控制，以為通過調整模板高程及設預拱度即可解決，對施工造成的下撓的認識不夠深入。在恒載作用下，撓度可達相當大的值，徐變下撓又與恒載下撓成正比，恒載下撓越大，徐變下撓就越大。雖然設置預拱度可以消除一部分下撓，但是卻不能減小徐變下撓總量。

2)過分強調結構的輕型化。為減小恒載內力，20世紀90年代過分強調結構的輕型化。構件變薄之后，混凝土的應力就高，而徐變變形又與應力成正比，進而變形就越大。

3)部分活載也會產生一定的徐變撓度。在設計過程中，計算徐變撓度只考慮恒載，沒有考慮活載影響。在交通繁忙的路段上，車流巨大，日夜不間斷，此時橋梁承受的部分活載實際上可以看成“恒載”，也就會產生徐變撓度，導致下撓加大。

4)施工質量上的缺陷導致的跨中下撓。在施工的過程中，對預應力管道定位及管道漏漿控制往往不夠嚴格，實際上，管道摩擦引起的預應力損失比設計計算時的采用值大很多，相差甚遠。這樣就會導致有效預應力不足，下撓增大。

5)梁體開裂也會導致撓度加大。梁體開裂后，無論是斜裂縫還是橫向裂縫，均會導致梁的剛度降低，承載力下降，進而梁的撓度也會加大，當梁體存在較大裂縫時更是如此。

1.3 混凝土表面的表層缺陷

在檢查的過程中，發現無論是梁還是橋墩和基礎等，都存在大量的表層缺陷，這是每個梁橋的共有現象。混凝土的表層病害主要有:坑洞、露筋、孔洞、磨損、剝落、混凝土碳化、表面裂縫、接縫不平等。孔洞、露筋、破損等病害如圖3，圖4所示。

圖3 梁體出現大量坑洞、露筋

圖4 梁體混凝土剝落、破損

在橋梁定期檢查過程中發現的混凝土表面的蜂窩、麻面及孔洞等病害主要是由于施工過程控制不嚴造成的。蜂窩麻面是鋼筋混凝土結構表面比較常見的病害，蜂窩的現象是混凝土結構局部出現松散，無強度狀態。其產生的原因主要有混凝土配合比不當或砂、石子、水泥材料加水量計量不準，造成砂漿少、石子多;混凝土攪拌時間不夠，未拌合均勻，和易性差，振搗不密實;下料不當或下料過高，未設串通使石子集中，造成石子砂漿離析;混凝土未分層下料，振搗不實，或漏振，或振搗時間不夠;模板縫隙未堵嚴，水泥漿流失;鋼筋較密，使用的石子粒徑過大或坍落度過小等等。麻面的現象是混凝土局部表面出現缺漿和許多小凹坑、麻點，形成粗糙面，但無鋼筋外露現象。其產生的主要原因有模板表面粗糙或粘附水泥漿渣等雜物未清理干凈，拆模時混凝土表面被粘壞;模板未澆水濕潤或濕潤不夠，構件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水過多出現麻面;模板拼縫不嚴，局部漏漿;模板隔離劑涂刷不勻，或局部漏刷或失效。混凝土表面與模板粘結造成麻面;混凝土振搗不實，氣泡未排出，停在模板表面形成麻點。梁體表面或內部的孔洞或空洞主要是由于混凝土澆筑過程中振搗不充分，混凝土內部的氣體未及時排出或者粗細骨料級配不良而導致混凝土內部形成大量空洞。另外，混凝土表層磨損、腐蝕、老化剝落等，則是構件在使用中所出現的缺陷，其主要原因如下:車輪磨耗;高速水流沖刷;保護層太薄;結構出現裂縫，雨水浸入;鋼筋銹蝕膨脹引起剝落;混凝土強度不足，表層細骨料太多等。

1.4 混凝土橋面系的病害

混凝土橋面鋪裝層的常見病害有:橋面鋪裝層出現大量縱向和橫向裂縫、橋梁鋪裝大量坑洞空洞、伸縮縫出現破損等。出現這些病害的原因主要是:超重、鋪裝層厚度不夠、雨水沖刷等，如圖5～圖7所示。

圖5 橋面鋪裝破損嚴重

圖6 橋梁鋪裝層的裂縫

圖7 伸縮縫破損嚴重

2 梁橋加固處治措施研究

在檢查完所有的橋梁之后，根據最新的JTG/TH21-2011公路橋梁技術狀況評定標準進行了技術狀況等級評定。評定結果表明，許多新建的橋梁基本在二類，而年代久遠的橋梁在三類或者四類，都出現了不同程度的病害，個別舊橋已達到五類橋的標準。根據JTG H11-2004公路橋涵養護規范可知，一類橋梁應進行正常保養;二類橋梁需進行小修;三類橋梁需進行中修，酌情進行交通管制;四類橋梁需進行大修或改造，及時進行交通管制，如限載、限速通過，當病害較嚴重時應關閉交通;五類橋梁需進行改建或重建，及時關閉交通。如果不對其中的三、四類橋梁進行及時加固維修，隨著時間的發展，這些橋梁就可能成為五類橋梁(危橋)。而一旦成為危橋之后，再采取措施進行補救的話，就只能重建了。這樣不僅耗資巨大，而且有可能對人們生命財產造成損失。因此，對三、四類橋梁進行及時加固維修顯得尤為重要。梁橋加固的方法有很多種，在實際加固時需要針對具體情況選擇合適的加固方案。以下是梁橋加固的常用修補方法。

2.1 橋梁裂縫的修補方法

在橋梁結構出現裂縫之后，應該加強對該部位的檢查與觀測。首先要根據裂縫的特征、范圍，結合設計、施工相關資料進行全方位的分析，確定裂縫性質、原因以及危害程度，確定該裂縫是否需要修補并制定相關的修補方案。常用的結構裂縫修補處理方法有:

1)采用表面封閉的修補法。該種方法就是采用表面噴漿、表面抹灰、鑿槽嵌補等工藝來修補裂縫的一種方法。表面噴漿修補是在經鑿毛處理的混凝土裂縫處，噴射一層強度較高振搗密實的水泥砂漿保護層，以此來封閉裂縫。常用的措施有掛網噴漿、無筋素噴漿等。表面抹灰是指用水泥砂漿、水泥漿、環氧基液以及環氧砂漿等材料經過充分攪拌均勻后涂抹在混凝土裂縫處的一種方法。鑿槽嵌補法是指在混凝土裂縫處沿著縫隙鑿一條深槽，并在槽內嵌補各種粘結性好的材料，如環氧砂漿、丙烯酸脂類化學補強劑、瀝青等的一種修補方法。

2)壓力灌漿修補法。壓力灌漿是指通過施加一定的壓力將漿液灌入結構物內部裂縫，以達到封閉裂縫，修復并提高結構的強度、耐久性和抗滲性的一種修補方法。該種方法一般用于裂縫較多且深入結構內部較長或者結構有空隙的一種修補方法。按灌漿材料的不同，大致可以分為三類:石灰、水泥、粘土灌漿;化學物質灌漿;瀝青材料灌漿。在這些灌漿方法中，采用環氧樹脂灌漿材料和甲基丙烯酸脂類材料進行修補的方法能達到較好的修復效果，因此在應用上比較廣泛。

3)表面粘貼碳纖維布或鋼板等材料的方法。此種方法主要是將碳纖維布或者鋼板粘貼在原結構的薄弱部位，使兩者形成一個整體，并協同工作受力，這樣大大提高了結構的抗彎承載能力。無論是碳纖維布還是鋼板，它們的抗拉能力都很高，彈性模量大，用此法加固就很好的利用了它們本身的特性，提高了梁截面的剛度。

2.2 橋梁表層缺陷的修補

混凝土橋梁結構的表層缺陷雖然不會引起塌橋等重大事故，但是并不意味著表層缺陷沒有任何危害。隨著時間的日積月累，這些表層缺陷通常都會加重，并造成混凝土強度的降低，進而縮短橋梁的使用壽命，影響結構安全。因此必須對表層缺陷進行修補，常用的修補方法有:

1)噴漿修補法。此方法是指將水泥砂漿混合料，通過高壓噴射到修補部位的一種修復方法。該方法主要適用于比較重要混凝土結構物或者大面積的混凝土表層破損的修補。采用該方法可以使用較小的水灰比，獲得較高的強度和密實度，達到較好的修復效果。同時受噴面與噴射的砂漿層之間具有較高的粘結強度，修復后耐久性好，工藝比較簡單。

2)采用混凝土粘結劑的修補方法。對混凝土表面出現的剝落、露筋、風化及小面積的破損，通常可采用膠粘劑進行表面封涂的方法。首先通過相關工具反復擦刷新面層，然后用鐵皮、油灰刀、砌筑用板等將膠粘劑人工涂抹、壓實、粉光抹平，最后用草包等物遮蓋吸水物進行養護。對于裂縫深度較長時，可以采用混凝土膠粘劑澆筑涂層的方法進行修補，其施工工藝與人工修補的方法類似。

3)采用環氧樹脂材料的修補方法。環氧樹脂材料本身具有較高的強度，同時抗腐蝕、抗滲能力強，與混凝土等材料能夠牢固地粘結，是一種較理想的修補材料。但是它的價格比較貴，對工藝操作要求較高，一般只有在經濟條件允許的情況下才使用。此方法已經有一套成熟的操作工藝，在采用該方法時，為了達到修復效果，應該嚴格按照施工工藝進行操作，并注意相關事項。

2.3 混凝土橋面系病害的修補

對于混凝土橋面鋪裝層出現的裂縫及坑洞、孔洞等病害，應根據病害程度的大小及范圍及時進行修補，以免影響行車安全和舒適性。一般采用的方法主要是將出現病害的鋪裝層鑿除，用同樣強度的水泥砂漿或混凝土進行修補，最后養護。對于伸縮縫出現較大變形破損情況的橋梁，應及時更換伸縮縫，以免伸縮縫出現更大程度的破壞，影響橋梁的變形和結構安全。

3 結語

1)隨著社會的發展，梁橋已經逐步取代了過去的石拱橋，越來越多的梁橋得以修建。作為重要的交通樞紐和生命線，梁橋在國民經濟中的作用和地位愈來顯著地受到人們的重視。

2)近二十年來，交通運輸量增加，超載現象十分嚴重。

3)為了延長橋梁結構的使用壽命，保證人們的生命財產安全，因此對橋梁進行定期檢查觀測橋梁的病害，及時提出橋梁的加固方法，并做好日常養護工作就顯得更加的重要。

4)現在我國的大多數橋梁都到了后期的運營管理階段，橋梁都出現了不同程度的病害，面對數量龐大的橋梁，如何實時檢測橋梁的實況并進行統計分析，做好舊橋的維修加固是我們面臨的重要難題，這將是一個任重道遠的任務。

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