公路混凝土橋梁病害分析與技術(shù)建議

唐 垚，高迎鑫，劉洪波，高紅帥

(黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引 言

21世紀(jì)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)揮了舉足輕重的作用。其中，公路交通運(yùn)輸發(fā)揮的作用日益增長，而橋梁作為公路交通的重要節(jié)點(diǎn)，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(jù)公路橋梁數(shù)量的絕大多數(shù)。混凝土橋梁包括鋼筋混凝土橋梁和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。由于我國早期的經(jīng)濟(jì)體量小，技術(shù)不夠先進(jìn)，早期修建的中小跨徑橋梁多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后期逐步采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁的規(guī)模及數(shù)量每年都在大幅度增加，與此同時(shí)運(yùn)輸量和汽車載重量也不斷增加。這使得橋梁面臨的風(fēng)險(xiǎn)不斷增大，尤其是建設(shè)年限較長的橋梁，它們極易出現(xiàn)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(shí)，還受到橋梁所處外界環(huán)境的影響。例如寒區(qū)特殊氣候環(huán)境影響該地區(qū)橋梁的材料和結(jié)構(gòu)，相比于常規(guī)環(huán)境表現(xiàn)出差異較大的特征，暴露出很多嚴(yán)重的問題，影響橋梁的正常使用，加之使用階段管理養(yǎng)護(hù)的不及時(shí)和不全面，也會(huì)造成橋梁出現(xiàn)不同程度的病害，并且隨著病害的不斷加深，導(dǎo)致橋梁承載能力降低，甚至造成安全事故。

通過對(duì)某條公路40座混凝土橋梁的現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查評(píng)估，統(tǒng)計(jì)了該路段混凝土橋梁出現(xiàn)的病害，發(fā)現(xiàn)橋梁病害表現(xiàn)出一定的特點(diǎn)和規(guī)律，主要為翼墻、錐坡病害，混凝土結(jié)構(gòu)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(chǔ)沖刷和河床堵塞等。因此開展公路混凝土橋梁的深入調(diào)查是有必要的，可以為橋梁可靠性評(píng)價(jià)體系的建立、橋梁運(yùn)營養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)合理的依據(jù)。

1 公路橋梁的特點(diǎn)

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(shù)量的2%、30%和68%，可知該路段混凝土橋梁主要以小橋?yàn)橹鳌?/p>

1.2 橋梁跨數(shù)

橋梁跨數(shù)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(duì)某條公路40座混凝土橋梁的檢測結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)該路段橋梁病害呈現(xiàn)出一定的特點(diǎn)和規(guī)律，主要是翼墻、錐坡病害、混凝土結(jié)構(gòu)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(chǔ)沖刷和河床堵塞13種類型。本文從各類型病害橋梁、各樁號(hào)橋梁病害種類數(shù)量和橋梁病害類型數(shù)量三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)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(jié)構(gòu)表層，伸縮縫，橋面鋪裝和支座是最容易發(fā)生病害的部位，出現(xiàn)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(fā)生的病害，出現(xiàn)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(hào)橋梁病害種類數(shù)量

各樁號(hào)橋梁出現(xiàn)病害種類數(shù)量如圖2所示，通過分析可知左半部分(路線大樁號(hào)側(cè))柱狀圖較密集，而右半部分(路線小樁號(hào)側(cè))柱狀圖較稀疏，這說明大樁號(hào)側(cè)橋梁比小樁號(hào)側(cè)橋梁出現(xiàn)的病害種類多，橋梁病害較為嚴(yán)重。

圖2 各樁號(hào)橋梁病害種類數(shù)量

2.3 橋梁病害類型數(shù)量

通過分析可知出現(xiàn)七種以上病害類型占據(jù)70%的比例，其中出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)三種病害類型，其余橋梁均出現(xiàn)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(shù)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(dǎo)致的，可以從剪切受力破壞和偏壓受力破壞兩個(gè)方向進(jìn)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(huán)境因素以及施工偏差導(dǎo)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(duì)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(diào)整支座位置或更換支座，并且要保證調(diào)整后的支座整體凈高值符合設(shè)計(jì)要求，從而使得支座均勻受力。

針對(duì)鋼板銹蝕病害，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際環(huán)境重新對(duì)鋼板進(jìn)行防腐處理，并對(duì)后期可能浸入雨水等情況進(jìn)行預(yù)先防護(hù)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(yīng)力的作用導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)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(duì)于非荷載裂縫，一方面是由于橋梁在澆筑過程中，混凝土內(nèi)部水化熱散發(fā)不及時(shí)，溫度過高，如果此時(shí)外部溫度較低，混凝土內(nèi)外溫差過大，從而導(dǎo)致混凝土在溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生較多裂縫。另一方面是由于混凝土配比不科學(xué)以及養(yǎng)護(hù)不到位等因素導(dǎo)致的施工裂縫。

橋梁裂縫的處理主要從預(yù)防和加固兩方面著手。預(yù)防工作首先是優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)方案，提高安全性，避免因設(shè)計(jì)方案存在缺陷而導(dǎo)致裂縫；其次對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，并且保證材料配比科學(xué)化。再者混凝土澆筑應(yīng)分層澆筑，控制澆筑溫度，防止因溫差過大產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，并且要二次振搗提高抗裂能力。加固工作主要是對(duì)已出現(xiàn)的裂縫，選用適當(dāng)?shù)牟牧蠈?duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)表層病害

混凝土結(jié)構(gòu)表層病害情況較為普遍，主要表現(xiàn)為大量混凝土出現(xiàn)剝落和泛堿。對(duì)于此類病害，應(yīng)在后期養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，對(duì)混凝土泛堿處進(jìn)行細(xì)致打磨，并使用鋼絲刷和專用的清潔劑對(duì)其進(jìn)行刷除處理，清洗干凈之后，再用水泥防水材料進(jìn)行密封；而對(duì)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(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)處理。

3.4 橋面鋪裝病害

橋面鋪裝病害主要表現(xiàn)為瀝青開裂和坑槽、車轍等情形，原因主要有以下幾個(gè)方面：一方面是設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋面鋪裝的受力考慮不足，導(dǎo)致鋪裝層厚度不達(dá)標(biāo)，其次施工時(shí)材料配比與實(shí)驗(yàn)室配比差距較大；另一方面養(yǎng)護(hù)時(shí)未做好橋面排水工作，導(dǎo)致出現(xiàn)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(shè)計(jì)，保證鋪裝層厚度滿足要求；其次要優(yōu)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(qiáng)施工管理和后期養(yǎng)護(hù)工作。

3.5 伸縮縫病害

由于行車荷載的反復(fù)沖擊以及自然環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致伸縮縫堵塞，砂石沉積，影響正常伸縮性能，進(jìn)而導(dǎo)致伸縮縫變形。防治措施主要是合理設(shè)計(jì)，加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格按要求安裝橡膠密封條；做好養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)清理伸縮縫堵塞雜物。

3.6 其他病害

對(duì)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(gè)方面著手處理：(1)及時(shí)對(duì)錐坡雜草進(jìn)行清理，并對(duì)灰縫脫落處進(jìn)行勾縫處理；(2)對(duì)于耳墻表面裂縫處，應(yīng)采用水泥砂漿等材料進(jìn)行修補(bǔ)；(3)及時(shí)疏通堵塞的排水孔，保證排水功能；(4)及時(shí)清理河道淤積部位；(5)對(duì)欄桿銹蝕部分進(jìn)行除銹處理，并對(duì)防撞墻混凝土剝落處使用水泥砂漿等材料進(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié) 語

本文對(duì)某條公路40座混凝土橋梁的檢測結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)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(guī)律，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)表層，伸縮縫，橋面鋪裝和支座是最容易發(fā)生病害的部位，露筋和路面沉降是最不容易發(fā)生的病害；混凝土橋梁普遍存在多種病害部位，均出現(xiàn)三種以上病害類型，沒有無病害橋梁。最后針對(duì)橋梁病害部位，系統(tǒng)總結(jié)了各項(xiàng)病害的成因以及預(yù)防、處理措施。對(duì)既有的混凝土橋梁的檢測和病害分析，有利于進(jìn)一步完善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，對(duì)橋梁日常養(yǎng)護(hù)工作具有非常重要的指導(dǎo)意義。