梁式桥梁定期检查主要病害分析及处治对策

2013-08-23胡月奇刘山洪柯尊能

山西建筑 2013年14期

胡月奇刘山洪柯尊能

(重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074)

0 引言

近年来，国内修建了大量的梁式桥，收到了良好的经济效益，取得了巨大的成就，在经济建设中发挥了促进作用。然而，随着大量桥梁服役年限的提高，在荷载和环境的共同作用下，各种各样的病害相继产生，对桥梁的安全运营造成了隐患。在2011年12月对重庆市永川区桥梁定期检查的过程中发现，梁式桥的主要病害有:1)梁体开裂，出现大量裂缝;2)梁体跨中下挠;3)混凝土表面的表层缺陷;4)桥面铺装出现大量裂缝。尤其是大跨径的梁式桥，出现的病害较多。因为检查中观测到的各种病害不仅影响桥梁结构的承载能力，而且会影响到行车的安全性，故对这些病害进行原因分析，并及时采取相应的处治措施就显得十分必要［1］。本文通过对重庆市永川区桥梁定期检查，总结了梁式桥在运营管理过程中存在的主要病害，在此基础上，并进一步分析了产生这些病害的原因，最后提出了相应的处治加固对策［2］。

1 梁式桥主要病害分析

1.1 梁体开裂

在永川区桥梁定期检查的过程中发现，梁式桥梁开裂的种类有很多，主要有:腹板斜裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、横隔板裂缝、混凝土块劈裂、齿缝等。下面针对桥梁检查中经常出现的前三种裂缝表述我的观点。

腹板斜裂缝。在本次重庆市永川区桥梁定期检查的过程中，发现腹板斜裂缝是出现最多的梁体裂缝。一般与梁轴线成一定角度。往往这类裂缝随时间的推移，数量会有所增加，并且向上、下和跨中方向发展。在检查的过程中，对某特大桥进行了检测后，发现箱梁裂缝多达300多条，其中大约有80%的裂缝分布在箱梁腹板内表面上，剩下的裂缝则分布在箱梁腹板外表面上和箱梁底板上。在本次永川桥梁定期检查过程中，发现的典型腹板斜裂缝如图1所示。出现斜裂缝的主要原因有:

1)取消了预应力筋弯起束;在箱梁的设计中，取消弯起束后，主拉应力由纵向预应力和竖向预应力来克服，这样做虽然方便施工，减薄了腹板的厚度，但竖向预应力筋连接的十分不可靠，这样有效预应力就得不到保证，最后结果就是斜裂缝大量出现。

2)设计中仅从纵向和竖向来分析计算主拉应力，没有充分考虑横向的影响，从而使计算的主拉应力值偏小。

3)腹板偏薄，混凝土的浇筑质量不能得到很好保证;同时配置的普通钢筋偏少，不能有效限制裂缝的发展。

4)竖向预应力施工操作不够规范，误差较大，有效预应力严重不足，达不到规范要求。为了防止斜裂缝的发展，必须采取一定的对策。

常用的对策有:

1)保证有足够的斜截面强度;

2)计算分析中考虑横向的影响，采用三维来分析主拉应力，避免漏项;

3)配置弯起束，并采用二次或多次张拉竖向预应力束，确保其有效预应力满足要求。

图1 腹板斜裂缝

图2 纵向裂缝

纵向裂缝。纵向裂缝通常出现在与桥轴方向平行的位置，主要存在顶板、底板，该裂缝在桥梁定期检查中也经常出现，典型的裂缝如图2所示。形成纵向裂缝的主要原因有:

1)超载。在调查的过程中发现，许多的交通要道出现了大量的运煤车辆及大型的运货车辆，这些车辆的载重通常都超出了设计荷载的允许值。

2)收缩差引起的裂缝。许多大型桥梁的墩身与墩上的梁的建成时间相差很远。比如连续刚构桥当墩身建成相当长时间后，墩上梁的0号块才开始兴建，而此时墩身的横向收缩基本完成，0号块的横向收缩由于受到墩身约束从而导致底板中部出现裂缝。存在龄期差的混凝土结合面，都有因收缩差而出现纵向裂缝的风险。因此，分段浇筑的时间间隔不要太长。

3)顶板偏薄。在顶板的设计中，要布置纵、横向预应力束，还要布置普通钢筋，在这三种钢筋中，横向预应力筋是最重要的，然而其位置较难准确控制，如果偏差较大，就容易在顶板下缘出现纵向裂缝。同时，顶板偏薄后，其在活载作用下的混凝土应力变幅就会加大，进而出现疲劳裂缝。

4)水化热导致的开裂。这种现象一般出现在采用悬臂浇筑施工的底板较厚的梁端根部，尤其在天气温度较低时，进行拆模后就会发现底板下缘存在大量纵向裂缝。

5)沥青摊铺时的高温影响。桥面广泛采用沥青混凝土铺装，而沥青混凝土摊铺时要求高温操作，摊铺温度往往高达1 500℃，桥面铺装层的上部与大气热交换，导致沥青混合料及周围环境温度不断变化;铺装层的下部分与结构热传导，导致结构温度急速升高，形成非常大的梯度温度，从而对箱梁结构产生非常不利的影响。

横向裂缝。在桥梁的相关规范中，严格要求桥梁的设计施工中不能出现横向裂缝。出现横向裂缝的主要原因有:

1)有效预应力不满足设计要求。预应力徐变损失在设计计算时偏小，而通常徐变是若干年后一直在进行的;沿管道预应力损失偏大;预应力筋因锈蚀后预应力下降;这些因素都会导致有效预应力达不到要求。

2)对剪力滞所造成的影响因素考虑不够周全。通过软件分析发现腹板区域上下缘的纵向拉应力远远大于平均应力，而在设计时并没有很周全的考虑这一因素。

3)梁体下挠过大导致横向裂缝的产生，同时斜裂缝发展到一定数量后对横向裂缝的生成也有影响。

4)梁体超方、铺装超厚、桥面超载。

5)摩擦桩不均匀沉降，应慎用连续结构。

1.2 梁体跨中下挠

梁体跨中下挠在大跨径桥梁的定期检查中十分普遍。跨中下挠往往伴和横向裂缝或斜裂缝一起出现，大跨径桥梁的下挠现象十分严重。跨中下挠的原因分析如下:

1)没有重复认识徐变对下挠的影响。在设计的过程中，大家往往不重视施工阶段挠度的控制，以为通过调整模板高程及设预拱度即可解决，对施工造成的下挠的认识不够深入。在恒载作用下，挠度可达相当大的值，徐变下挠又与恒载下挠成正比，恒载下挠越大，徐变下挠就越大。虽然设置预拱度可以消除一部分下挠，但是却不能减小徐变下挠总量。

2)过分强调结构的轻型化。为减小恒载内力，20世纪90年代过分强调结构的轻型化。构件变薄之后，混凝土的应力就高，而徐变变形又与应力成正比，进而变形就越大。

3)部分活载也会产生一定的徐变挠度。在设计过程中，计算徐变挠度只考虑恒载，没有考虑活载影响。在交通繁忙的路段上，车流巨大，日夜不间断，此时桥梁承受的部分活载实际上可以看成“恒载”，也就会产生徐变挠度，导致下挠加大。

4)施工质量上的缺陷导致的跨中下挠。在施工的过程中，对预应力管道定位及管道漏浆控制往往不够严格，实际上，管道摩擦引起的预应力损失比设计计算时的采用值大很多，相差甚远。这样就会导致有效预应力不足，下挠增大。

5)梁体开裂也会导致挠度加大。梁体开裂后，无论是斜裂缝还是横向裂缝，均会导致梁的刚度降低，承载力下降，进而梁的挠度也会加大，当梁体存在较大裂缝时更是如此。

1.3 混凝土表面的表层缺陷

在检查的过程中，发现无论是梁还是桥墩和基础等，都存在大量的表层缺陷，这是每个梁桥的共有现象。混凝土的表层病害主要有:坑洞、露筋、孔洞、磨损、剥落、混凝土碳化、表面裂缝、接缝不平等。孔洞、露筋、破损等病害如图3，图4所示。

图3 梁体出现大量坑洞、露筋

图4 梁体混凝土剥落、破损

在桥梁定期检查过程中发现的混凝土表面的蜂窝、麻面及孔洞等病害主要是由于施工过程控制不严造成的。蜂窝麻面是钢筋混凝土结构表面比较常见的病害，蜂窝的现象是混凝土结构局部出现松散，无强度状态。其产生的原因主要有混凝土配合比不当或砂、石子、水泥材料加水量计量不准，造成砂浆少、石子多;混凝土搅拌时间不够，未拌合均匀，和易性差，振捣不密实;下料不当或下料过高，未设串通使石子集中，造成石子砂浆离析;混凝土未分层下料，振捣不实，或漏振，或振捣时间不够;模板缝隙未堵严，水泥浆流失;钢筋较密，使用的石子粒径过大或坍落度过小等等。麻面的现象是混凝土局部表面出现缺浆和许多小凹坑、麻点，形成粗糙面，但无钢筋外露现象。其产生的主要原因有模板表面粗糙或粘附水泥浆渣等杂物未清理干净，拆模时混凝土表面被粘坏;模板未浇水湿润或湿润不够，构件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水过多出现麻面;模板拼缝不严，局部漏浆;模板隔离剂涂刷不匀，或局部漏刷或失效。混凝土表面与模板粘结造成麻面;混凝土振捣不实，气泡未排出，停在模板表面形成麻点。梁体表面或内部的孔洞或空洞主要是由于混凝土浇筑过程中振捣不充分，混凝土内部的气体未及时排出或者粗细骨料级配不良而导致混凝土内部形成大量空洞。另外，混凝土表层磨损、腐蚀、老化剥落等，则是构件在使用中所出现的缺陷，其主要原因如下:车轮磨耗;高速水流冲刷;保护层太薄;结构出现裂缝，雨水浸入;钢筋锈蚀膨胀引起剥落;混凝土强度不足，表层细骨料太多等。

1.4 混凝土桥面系的病害

混凝土桥面铺装层的常见病害有:桥面铺装层出现大量纵向和横向裂缝、桥梁铺装大量坑洞空洞、伸缩缝出现破损等。出现这些病害的原因主要是:超重、铺装层厚度不够、雨水冲刷等，如图5～图7所示。

图5 桥面铺装破损严重

图6 桥梁铺装层的裂缝

图7 伸缩缝破损严重

2 梁桥加固处治措施研究

在检查完所有的桥梁之后，根据最新的JTG/TH21-2011公路桥梁技术状况评定标准进行了技术状况等级评定。评定结果表明，许多新建的桥梁基本在二类，而年代久远的桥梁在三类或者四类，都出现了不同程度的病害，个别旧桥已达到五类桥的标准。根据JTG H11-2004公路桥涵养护规范可知，一类桥梁应进行正常保养;二类桥梁需进行小修;三类桥梁需进行中修，酌情进行交通管制;四类桥梁需进行大修或改造，及时进行交通管制，如限载、限速通过，当病害较严重时应关闭交通;五类桥梁需进行改建或重建，及时关闭交通。如果不对其中的三、四类桥梁进行及时加固维修，随着时间的发展，这些桥梁就可能成为五类桥梁(危桥)。而一旦成为危桥之后，再采取措施进行补救的话，就只能重建了。这样不仅耗资巨大，而且有可能对人们生命财产造成损失。因此，对三、四类桥梁进行及时加固维修显得尤为重要。梁桥加固的方法有很多种，在实际加固时需要针对具体情况选择合适的加固方案。以下是梁桥加固的常用修补方法。

2.1 桥梁裂缝的修补方法

在桥梁结构出现裂缝之后，应该加强对该部位的检查与观测。首先要根据裂缝的特征、范围，结合设计、施工相关资料进行全方位的分析，确定裂缝性质、原因以及危害程度，确定该裂缝是否需要修补并制定相关的修补方案。常用的结构裂缝修补处理方法有:

1)采用表面封闭的修补法。该种方法就是采用表面喷浆、表面抹灰、凿槽嵌补等工艺来修补裂缝的一种方法。表面喷浆修补是在经凿毛处理的混凝土裂缝处，喷射一层强度较高振捣密实的水泥砂浆保护层，以此来封闭裂缝。常用的措施有挂网喷浆、无筋素喷浆等。表面抹灰是指用水泥砂浆、水泥浆、环氧基液以及环氧砂浆等材料经过充分搅拌均匀后涂抹在混凝土裂缝处的一种方法。凿槽嵌补法是指在混凝土裂缝处沿着缝隙凿一条深槽，并在槽内嵌补各种粘结性好的材料，如环氧砂浆、丙烯酸脂类化学补强剂、沥青等的一种修补方法。

2)压力灌浆修补法。压力灌浆是指通过施加一定的压力将浆液灌入结构物内部裂缝，以达到封闭裂缝，修复并提高结构的强度、耐久性和抗渗性的一种修补方法。该种方法一般用于裂缝较多且深入结构内部较长或者结构有空隙的一种修补方法。按灌浆材料的不同，大致可以分为三类:石灰、水泥、粘土灌浆;化学物质灌浆;沥青材料灌浆。在这些灌浆方法中，采用环氧树脂灌浆材料和甲基丙烯酸脂类材料进行修补的方法能达到较好的修复效果，因此在应用上比较广泛。

3)表面粘贴碳纤维布或钢板等材料的方法。此种方法主要是将碳纤维布或者钢板粘贴在原结构的薄弱部位，使两者形成一个整体，并协同工作受力，这样大大提高了结构的抗弯承载能力。无论是碳纤维布还是钢板，它们的抗拉能力都很高，弹性模量大，用此法加固就很好的利用了它们本身的特性，提高了梁截面的刚度。

2.2 桥梁表层缺陷的修补

混凝土桥梁结构的表层缺陷虽然不会引起塌桥等重大事故，但是并不意味着表层缺陷没有任何危害。随着时间的日积月累，这些表层缺陷通常都会加重，并造成混凝土强度的降低，进而缩短桥梁的使用寿命，影响结构安全。因此必须对表层缺陷进行修补，常用的修补方法有:

1)喷浆修补法。此方法是指将水泥砂浆混合料，通过高压喷射到修补部位的一种修复方法。该方法主要适用于比较重要混凝土结构物或者大面积的混凝土表层破损的修补。采用该方法可以使用较小的水灰比，获得较高的强度和密实度，达到较好的修复效果。同时受喷面与喷射的砂浆层之间具有较高的粘结强度，修复后耐久性好，工艺比较简单。

2)采用混凝土粘结剂的修补方法。对混凝土表面出现的剥落、露筋、风化及小面积的破损，通常可采用胶粘剂进行表面封涂的方法。首先通过相关工具反复擦刷新面层，然后用铁皮、油灰刀、砌筑用板等将胶粘剂人工涂抹、压实、粉光抹平，最后用草包等物遮盖吸水物进行养护。对于裂缝深度较长时，可以采用混凝土胶粘剂浇筑涂层的方法进行修补，其施工工艺与人工修补的方法类似。

3)采用环氧树脂材料的修补方法。环氧树脂材料本身具有较高的强度，同时抗腐蚀、抗渗能力强，与混凝土等材料能够牢固地粘结，是一种较理想的修补材料。但是它的价格比较贵，对工艺操作要求较高，一般只有在经济条件允许的情况下才使用。此方法已经有一套成熟的操作工艺，在采用该方法时，为了达到修复效果，应该严格按照施工工艺进行操作，并注意相关事项。

2.3 混凝土桥面系病害的修补

对于混凝土桥面铺装层出现的裂缝及坑洞、孔洞等病害，应根据病害程度的大小及范围及时进行修补，以免影响行车安全和舒适性。一般采用的方法主要是将出现病害的铺装层凿除，用同样强度的水泥砂浆或混凝土进行修补，最后养护。对于伸缩缝出现较大变形破损情况的桥梁，应及时更换伸缩缝，以免伸缩缝出现更大程度的破坏，影响桥梁的变形和结构安全。