在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋典型病害及成因分析

中圖分類號：TU317 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0144-04

Abstract：Duringthelong-termuseofthein-servicedeckreinforcedconcretetrussarchbridge，duetotherepeatedaction ofvehicleloads，thesuperpositionoffactorssuchasenvironmentalerosionandmaterialaging，aswellasposibledesigor constructiondefects，thebridgehasexperiencedvaryingdegrsofdisease.Therefore，itisparticularlyurgentandimportantto conductanin-depthanalysisofthetypicaldiseasesandtheircausesofthistypeofbridge.Thispaperlistsindetailthe commondiseasesof inservicedeckreinforcedconcretetrussarchbridges，suchasconcretecracks，corosionofsteelbars，water sepage，andpelingandexposed steelbars，andanalyzes thecausesofthesediseasesone byonefromtheperspectivesof design， construction，environment and maintenance management.

Keywords： truss arch bridge; typical disease; cause analysis;in-service; deck type

上承式鋼筋混凝土桁架拱橋是繼雙曲拱橋之后發展起來的一種拱橋結構型式，兼具桁架橋自重輕和拱橋跨越能力強的特點，且施工簡便、造價低廉I。因此，上承式鋼筋混凝土桁架拱橋以其獨特的結構形式和優越的承載能力，在橋梁工程中占據著重要地位，自20世紀60年代以來，曾一度在全國范圍內得到廣泛應用。目前已廣泛分布于我國的交通運輸網絡中，承載著大量的車流和人流，對于保障交通的順暢和安全起著至關重要的作用。

在長期的使用過程中，上承式鋼筋混凝土桁架拱橋會受到車輛荷載的反復作用，加之環境侵蝕、材料老化以及可能的設計或施工缺陷，導致橋梁出現了不同程度的病害，對其承載能力和安全運營構成了嚴重的威脅。因此對在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋的典型病害及成因進行深入研究，已變得十分迫切和重要。通過詳細的病害調查和分析，可以更準確地了解橋梁的安全狀況，及時發現并處理潛在的安全隱患。

同時，對病害成因的深入研究還有助于改進橋梁的設計和施工方法，提高橋梁的耐久性和安全性。這不僅對于保障交通運輸的安全具有重要意義，還能為延長橋梁使用壽命、節約維護成本提供有力支持。

1上承式鋼筋混凝土桁架拱橋結構構造和特點

與其他橋梁一樣，上承式鋼筋混凝土桁架拱橋由上部結構、下部結構和橋面系構成。其中，上部結構由主要受力的桁架拱片、橫向聯結系和橋面板三部分組成。圖1為某上承式鋼筋混凝土桁架拱橋側面照。

桁架拱片是桁架拱橋的主要承載構件，它由實腹段、上弦桿、下弦桿以及腹桿組成。橫向聯結系在橫向穩定方面起到關鍵作用，它是橫向連接桁架拱片的重要結構，一般由剪力撐、橫隔板、橫系梁組成。橋面板的作用是直接承受車輛荷載、人行荷載并將這些荷載傳遞給主要受力的桁架拱片。在桁架拱橋中使用最為普遍的橋面板是微彎板和空心板。

上承式鋼筋混凝土桁架拱橋結構特點主要有以下幾點：結構受力比較合理，而且能夠充分發揮材料的作用，用料比較省；自重小，對地基的要求不是很高，能較好地適應軟土基礎；結構整體性比較強，并且抗震性能較好；預制件比較多，節省人力和時間，有利于施工，可以較好地縮短工期。

圖1某上承式鋼筋混凝土桁架拱橋側面照

2在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋典型病害

2.1 混凝土裂縫

裂縫作為鋼筋混凝土桁架拱橋中的常見病害，其類型和成因復雜多樣，主要包括桁架拱片上弦桿、實腹段的底面橫向裂縫、側面豎向裂縫，腹桿部位的斜向裂縫，橋面板底部的縱向裂縫、網狀裂縫，沿鋼筋方向的混凝土裂縫等，圖2為桁架拱片腹桿的斜向裂縫。

桁架拱片上弦桿、實腹段、腹桿及橋面板易出現裂縫主要是由于這些部位在橋梁結構中承受著復雜的應力狀態，一旦受力不均、受力過載或材料性能出現不足，就易導致裂縫的產生。情況嚴重時，這些部位會出現環形裂縫，如圖3所示。此外，設計和施工過程中的疏忽，如配筋不足、混凝土配合比不當等，也可能成為該類型裂縫產生的誘因。沿鋼筋方向混凝土出現裂縫，主要是由于混凝土質量較差、保護層厚度不足或保護層被碳化使鋼筋周圍混凝土堿度降低等引起鋼筋表面發生銹蝕反應，對周圍混凝土產生膨脹應力。

圖2桁架拱片腹桿的斜向裂縫

2.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋最常見的病害，在銹蝕的初期階段，可能僅僅表現為鋼筋表面的輕微銹跡。然而，隨著銹蝕的進一步加劇，鋼筋的有效直徑會逐漸減小，導致其力學性能下降。更為嚴重的是，鐵銹的生成會產生膨脹力，對周圍的混凝土造成壓力。當這種壓力超過混凝土的抗拉強度時，就會導致混凝土開裂，從而進一步加速鋼筋的銹蝕速度。圖4為桁架拱片發生鋼筋銹蝕的情況。

鋼筋銹蝕除了對結構承載力的直接影響，還可能引發其他類型的病害。例如，銹蝕導致的混凝土開裂會使得水分和有害物質更容易滲入橋梁內部，從而加劇其他類型的病害，如凍融破壞、堿骨料反應等3。這些病害的疊加效應會進一步削弱橋梁的整體性能，甚至可能導致橋梁的突然失效。

對于鋼筋銹蝕病害的防治應貫穿于橋梁的設計、施工和使用全過程。在設計階段，應充分考慮橋梁所處環境的腐蝕性，選擇合適的防腐措施；在施工階段，應確保混凝土保護層的均勻性和密實性；在使用階段，應定期進行橋梁檢測和維護，及時發現并處理銹蝕病害。只有這樣，才能有效延長鋼筋混凝土桁架拱橋的使用壽命，確保其安全運營。

圖3桁架拱片實腹段的環形裂縫

圖4桁架拱片的鋼筋銹蝕

2.3滲水

滲水也是在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋常見病害之一，通常表現為橋面板的局部濕潤、滴水，甚至在嚴重情況下可能出現水流痕跡或水漬，如圖5所示。這不僅損害了橋梁的外觀，更重要的是，它可能成為其他嚴重病害的誘因。水分通過滲漏進人橋梁內部，與鋼筋和混凝土接觸，從而加速了鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化過程。

為了有效應對滲漏病害，定期的橋梁檢查和維護至關重要。一旦發現滲漏跡象，應立即采取措施進行修復，以防止水分進一步侵蝕橋梁的內部結構。同時，對于老舊或未采取措施的橋梁，鋼筋在潮濕環境中容易發生電化學腐蝕，而混凝土在反復濕潤和干燥的過程中也會逐漸失去其保護性的堿性環境，變得更加脆弱4。這些連鎖反應最終可能導致橋梁結構的承載力和耐久性顯著下降。

圖5橋面板底部滲水痕跡

2.4 剝落露筋

剝落露筋是鋼筋混凝土桁架拱橋表面的一種常見損壞現象。這種病害常見于桁架拱片與橫向聯結系連接節點位置，通常表現為構件表面的混凝土局部剝落，露出內部的骨料和鋼筋。剝落露筋的原因多種多樣，主要原因為節點位置混凝土振搗不充分，導致混凝土內部存在空隙，影響密實度和強度。其次，模板拼縫不嚴，縫隙過大，混凝土漏漿嚴重，拆模時邊角混凝土被帶掉，形成露筋。鋼筋綁扎不牢固，保護層墊塊移位或缺失，使得鋼筋緊貼模板，拆模后產生露筋現象也是原因之一。圖6為典型的桁架拱片與橫向聯結系連接位置剝落露筋現象。

圖6桁架拱片與橫向聯結系連接位置剝落露筋

2.5 局部變形、下沉

局部變形、下沉則是在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋可能存在的另一種病害。這種病害主要表現為橋梁的整體或局部出現變形，如拱頂下沉、拱座位移、橋面傾斜等。變形病害的產生原因復雜多樣，其中基礎不均勻沉降是一個關鍵因素。基礎不均勻沉降會使橋梁的上部結構產生額外的應力，當超過一定限度時，會導致橋梁出現各種變形問題，如拱腳位移、橋面下沉等，嚴重影響拱橋的承載力。此外，橋梁長期承受重載也會對橋梁產生變形影響，在持續的重載作用下，橋梁的結構會逐漸發生形變，進而導致整體或局部的變形。

3 病害成因分析

3.1 設計因素

結構設計的合理性對于橋梁的長期使用至關重要。若未能充分考慮到未來交通流量的增長和車輛荷載的增加，導致設計荷載偏低，或結構布置不合理，如跨徑過大、截面尺寸不足等，將直接導致橋梁在使用過程中承受過大荷載，或出現受力不均、應力集中現象，從而容易引發裂縫、變形等病害。特別是在一些復雜地形或地質條件下，如果設計者未能充分考慮實際情況，而盲目追求橋梁的跨度和外觀效果，很可能會給橋梁的安全性和耐久性埋下隱患。

計算模型的準確性也是影響橋梁設計質量的關鍵因素。在設計過程中，設計者通常會采用各種計算軟件對橋梁結構進行受力分析和模擬。然而，由于實際工程問題的復雜性，計算模型往往難以完全反映橋梁的真實受力狀態。如果計算模型過于簡化或參數設置不當，將導致計算結果失真，進而誤導設計決策。這種情況下，即使橋梁在短期內未出現明顯病害，其長期使用的安全性和穩定性也難以保證。

材料選擇的恰當性同樣不容忽視。鋼筋混凝土桁架拱橋的主要材料包括混凝土和鋼筋。其中，混凝土的質量和性能直接影響到橋梁的承載能力和耐久性。如果選用的混凝土強度等級過低或存在質量缺陷，將使得橋梁在使用過程中容易發生開裂、剝落等病害。同樣，鋼筋的規格和質量也至關重要。若選用的鋼筋規格不符合設計要求或存在質量問題，如銹蝕、斷裂等，將嚴重威脅橋梁的安全性和使用壽命。

3.2 施工因素

施工質量對于鋼筋混凝土桁架拱橋的耐久性和安全性具有至關重要的作用。然而，在實際施工過程中，多種因素可能導致施工質量出現問題，進而對橋梁的長期性能產生不良影響。

施工工藝不規范是一個重要的影響因素。在橋梁施工中，每一步工藝都需要精確執行，否則可能導致結構的不穩定或潛在的安全隱患。例如，混凝土澆筑時的振搗不足可能導致混凝土內部存在空洞，影響結構的密實性和強度；鋼筋的加工和布置如果不符合設計要求，也可能導致結構受力不均，增加裂縫等病害的風險。

材料質量不達標也是一個不容忽視的問題。如果使用了質量不合格的混凝土、鋼筋等材料，將直接影響橋梁的承載能力和耐久性。例如，使用強度不足的混凝土可能導致橋梁在使用過程中出現過早的開裂和破損；而不合格的鋼筋則可能因銹蝕等問題影響橋梁的安全性。

3.3 環境因素

鋼筋混凝土桁架拱橋作為一種大型建筑結構，其安全性和耐久性在很大程度上受到環境因素的影響。例如，車輛荷載對橋梁結構的安全性具有直接影響。特別是重載車輛和頻繁通行的車輛，會對橋梁結構產生持續的疲勞作用。這種疲勞作用會逐漸累積，導致橋梁結構材料性能的下降，進而可能引發結構損傷，如裂縫、剝落等。

溫度變化、風雨侵蝕和化學腐蝕也是幾種最為顯著的環境因素。隨著季節的更替，橋梁會受到熱脹冷縮的作用，長期下來，這種反復的應力變化可能導致結構材料的疲勞，進而引發裂縫。除了溫度變化，風雨侵蝕也是不容忽視的環境因素，長期的雨水沖刷和風吹日曬會加速橋梁材料的老化過程，雨水滲透可能導致橋梁內部的鋼筋發生銹蝕。化學腐蝕是另一個重要的環境因素。由于橋梁通常建設在各種環境中，周圍可能存在多種化學物質，如酸、堿、鹽等，這些化學物質會通過空氣、水或土壤與橋梁結構接觸，發生化學反應，導致材料的性能下降。例如，氯離子等化學物質會加速鋼筋的銹蝕過程。

3.4維護管理因素

橋梁的維護管理，作為保障橋梁安全性和延長使用壽命的關鍵環節，其重要性不言而喻。然而，在現實中，維護管理的不足往往成為導致鋼筋混凝土桁架拱橋病害的隱形殺手。

橋梁的定期檢查是預防病害的首要步驟。通過定期檢查，可以及時發現橋梁存在的微小病害，如初期裂縫、輕微銹蝕等，從而采取有效措施進行修補，防止病害進一步惡化。但遺憾的是，很多地方由于種種原因，如資金短缺、人力不足等，導致橋梁的微小病害得不到及時發現和處理，最終演變為嚴重的結構問題。

維修工作同樣不可忽視，維修是對已經出現的病害進行治理，防止其擴散和惡化。但很多時候，維修資金難以落實、維修技術不過關等原因，導致維修工作滯后或效果不佳，進一步加劇了橋梁的病害。

4結論

本文通過對在役上承式鋼筋混凝土桁架拱橋的典型病害及其成因進行了全面而深入的研究，經過詳細的分析與探討，得出以下結論：

上承式鋼筋混凝土桁架拱橋的病害表現形式多樣，其中以裂縫、銹蝕和滲漏等病害最為典型。這些病害不僅影響橋梁的外觀和使用功能，更對其安全性和耐久性構成嚴重威脅。橋梁病害的成因涉及設計、施工、環境及維護管理等多方面因素。為了預防和控制橋梁病害的發展，需要從這些方面人手，加強設計審查、施工管理、環境監測和維護管理工作。同時，還需要建立完善的橋梁病害預防和控制體系，從而提高橋梁的耐久性和安全性。

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