公路混凝土橋梁病害分析與技術建議

唐 垚，高迎鑫，劉洪波，高紅帥

(黑龍江大學 建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引 言

21世紀我國經濟建設飛速發展，交通運輸事業發揮了舉足輕重的作用。其中，公路交通運輸發揮的作用日益增長，而橋梁作為公路交通的重要節點，是跨越障礙物，保障公路順暢通行的重中之重。混凝土橋梁占據公路橋梁數量的絕大多數。混凝土橋梁包括鋼筋混凝土橋梁和預應力混凝土橋梁。由于我國早期的經濟體量小，技術不夠先進，早期修建的中小跨徑橋梁多采用鋼筋混凝土結構，后期逐步采用預應力混凝土結構。

隨著交通運輸事業的快速發展，橋梁的規模及數量每年都在大幅度增加，與此同時運輸量和汽車載重量也不斷增加。這使得橋梁面臨的風險不斷增大，尤其是建設年限較長的橋梁，它們極易出現危及橋梁安全的病害。橋梁的可靠性狀況在受到承載能力、使用年限的影響的同時，還受到橋梁所處外界環境的影響。例如寒區特殊氣候環境影響該地區橋梁的材料和結構，相比于常規環境表現出差異較大的特征，暴露出很多嚴重的問題，影響橋梁的正常使用，加之使用階段管理養護的不及時和不全面，也會造成橋梁出現不同程度的病害，并且隨著病害的不斷加深，導致橋梁承載能力降低，甚至造成安全事故。

通過對某條公路40座混凝土橋梁的現場實地調查評估，統計了該路段混凝土橋梁出現的病害，發現橋梁病害表現出一定的特點和規律，主要為翼墻、錐坡病害，混凝土結構表層病害、裂縫、鋼筋腐蝕、伸縮縫病害、橋面鋪裝病害、支座病害、橋面排水不暢、河床沖刷、路面沉降、欄桿銹蝕和損壞，基礎沖刷和河床堵塞等。因此開展公路混凝土橋梁的深入調查是有必要的，可以為橋梁可靠性評價體系的建立、橋梁運營養護提供科學合理的依據。

1 公路橋梁的特點

1.1 橋梁類型

橋梁的類型可以分為三種，分別是大橋、中橋和小橋。其中大橋有1座，中橋有12座，小橋有27座，分別占公路橋梁總數量的2%、30%和68%，可知該路段混凝土橋梁主要以小橋為主。

1.2 橋梁跨數

橋梁跨數可以分為六種，有1跨、2跨、3跨、4跨、5跨和6跨，分別占65%、5%、23%、2%、2%和3%。可知該路段混凝土橋梁主要以單跨橋梁為主。

1.3 橋梁寬度

橋梁寬度可以分為4種，有8.5 m、10 m、11 m和12 m。分別占22%、40%、15%和23%。可知該路段混凝土橋梁主要為10 m寬度橋梁。

1.4 橋梁長度

橋梁長度可分為3種，有30 m以下橋梁、30～100 m之間橋梁和100 m以上橋梁。分別占58%、40%和2%。可知該路段混凝土橋梁主要為30 m以下橋梁為主。

2 公路混凝土橋梁病害分析

對某條公路40座混凝土橋梁的檢測結果進行詳細統計，可以發現該路段橋梁病害呈現出一定的特點和規律，主要是翼墻、錐坡病害、混凝土結構表層病害、裂縫、鋼筋腐蝕、伸縮縫病害、橋面鋪裝病害、支座病害、橋面排水不暢、河床沖刷、路面沉降、欄桿銹蝕和損壞，基礎沖刷和河床堵塞13種類型。本文從各類型病害橋梁、各樁號橋梁病害種類數量和橋梁病害類型數量三個方面進行對比分析。

2.1 各類型病害橋梁

各類型病害橋梁所占的比例如圖1所示，通過分析可知翼墻、錐坡，混凝土結構表層，伸縮縫，橋面鋪裝和支座是最容易發生病害的部位，出現此部位病害的橋梁分別有38座、40座、36座、34座和35座，所占比例分別為13.4%、14.1%、12.7%、12.0%和12.4%，露筋和路面沉降是最不容易發生的病害，出現此病害的橋梁分別只有1座和2座，所占比例分別為0.4%和0.7%。

圖1 各類型病害橋梁所占比例

2.2 各樁號橋梁病害種類數量

各樁號橋梁出現病害種類數量如圖2所示，通過分析可知左半部分(路線大樁號側)柱狀圖較密集，而右半部分(路線小樁號側)柱狀圖較稀疏，這說明大樁號側橋梁比小樁號側橋梁出現的病害種類多，橋梁病害較為嚴重。

圖2 各樁號橋梁病害種類數量

2.3 橋梁病害類型數量

通過分析可知出現七種以上病害類型占據70%的比例，其中出現七種病害類型和九種病害類型的橋梁均有8座，所占比例均為20%；而出現八種病害類型的橋梁是最多的，有12座，所占比例為30.0%；僅有1座橋梁出現三種病害類型，其余橋梁均出現三種以上病害類型，而且沒有無病害橋梁，說明公路混凝土橋梁普遍存在多種病害。

3 公路混凝土橋梁病害處理技術建議

3.1 橋梁支座病害

支座病害主要分為兩類，一類是荷載因素引起的病害，另一類是非荷載因素引起的病害。荷載因素引起的病害主要是由于橋梁梁體所受荷載異常引起支座受力不均，局部荷載過大所導致的，可以從剪切受力破壞和偏壓受力破壞兩個方向進行分析。常見的有支座開裂，支座脫空和支座剪切變形等；非荷載因素引起的病害主要是由于環境因素以及施工偏差導致的，常見的有支座老化、支座鋼板銹蝕，支座安裝偏差以及支座防塵罩缺失等。

對于支座剪切變形、支座脫空以及支座開裂等病害，核心工藝均是梁板同步頂升。同步頂升梁體后，調整支座位置或更換支座，并且要保證調整后的支座整體凈高值符合設計要求，從而使得支座均勻受力。

針對鋼板銹蝕病害，應根據設計要求和實際環境重新對鋼板進行防腐處理，并對后期可能浸入雨水等情況進行預先防護處理。

3.2 裂縫

橋梁裂縫通常分為荷載裂縫和非荷載裂縫，荷載裂縫主要是由于橋梁在使用期間，承受著自身荷載和行駛車輛所帶來的荷載，荷載力以及次應力的作用導致橋梁出現裂縫。荷載裂縫可以從中心受壓，受彎和受剪三種受力方式分析其各自特征。對于非荷載裂縫，一方面是由于橋梁在澆筑過程中，混凝土內部水化熱散發不及時，溫度過高，如果此時外部溫度較低，混凝土內外溫差過大，從而導致混凝土在溫度應力作用下產生較多裂縫。另一方面是由于混凝土配比不科學以及養護不到位等因素導致的施工裂縫。

橋梁裂縫的處理主要從預防和加固兩方面著手。預防工作首先是優化橋梁設計方案，提高安全性，避免因設計方案存在缺陷而導致裂縫；其次對原材料進行嚴格的質量控制，并且保證材料配比科學化。再者混凝土澆筑應分層澆筑，控制澆筑溫度，防止因溫差過大產生較大溫度應力，并且要二次振搗提高抗裂能力。加固工作主要是對已出現的裂縫，選用適當的材料對裂縫進行修補。

3.3 混凝土結構表層病害

混凝土結構表層病害情況較為普遍，主要表現為大量混凝土出現剝落和泛堿。對于此類病害，應在后期養護維修時，對混凝土泛堿處進行細致打磨，并使用鋼絲刷和專用的清潔劑對其進行刷除處理，清洗干凈之后，再用水泥防水材料進行密封；而對于混凝土剝落處，可先清除松散剝落部分，然后采用聚合物砂漿對其進行修補處理。

3.4 橋面鋪裝病害

橋面鋪裝病害主要表現為瀝青開裂和坑槽、車轍等情形，原因主要有以下幾個方面：一方面是設計時對橋面鋪裝的受力考慮不足，導致鋪裝層厚度不達標，其次施工時材料配比與實驗室配比差距較大；另一方面養護時未做好橋面排水工作，導致出現水損害問題。

解決橋面鋪裝病害首先要完善橋面鋪裝層的設計，保證鋪裝層厚度滿足要求；其次要優化材料配比，使用性能較好的瀝青及瀝青混合料，最后就是加強施工管理和后期養護工作。

3.5 伸縮縫病害

由于行車荷載的反復沖擊以及自然環境因素的影響，導致伸縮縫堵塞，砂石沉積，影響正常伸縮性能，進而導致伸縮縫變形。防治措施主要是合理設計，加強施工管理，嚴格按要求安裝橡膠密封條；做好養護工作，及時清理伸縮縫堵塞雜物。

3.6 其他病害

對于翼墻、錐坡、橋面排水不暢、河床堵塞、欄桿銹蝕、損壞等病害，主要從以下幾個方面著手處理：(1)及時對錐坡雜草進行清理，并對灰縫脫落處進行勾縫處理；(2)對于耳墻表面裂縫處，應采用水泥砂漿等材料進行修補；(3)及時疏通堵塞的排水孔，保證排水功能；(4)及時清理河道淤積部位；(5)對欄桿銹蝕部分進行除銹處理，并對防撞墻混凝土剝落處使用水泥砂漿等材料進行修補。

4 結 語

本文對某條公路40座混凝土橋梁的檢測結果進行了系統分析，闡述了40座橋梁的基本信息特征以及病害部位分布規律，發現該條公路40座橋梁主要以30 m以下單跨小橋梁為主，并多為10 m寬橋梁；翼墻、錐坡，混凝土結構表層，伸縮縫，橋面鋪裝和支座是最容易發生病害的部位，露筋和路面沉降是最不容易發生的病害；混凝土橋梁普遍存在多種病害部位，均出現三種以上病害類型，沒有無病害橋梁。最后針對橋梁病害部位，系統總結了各項病害的成因以及預防、處理措施。對既有的混凝土橋梁的檢測和病害分析，有利于進一步完善橋梁結構設計理論，對橋梁日常養護工作具有非常重要的指導意義。