高速公路橋梁常見病害原因分析
2011-07-09 來源：中國橋梁網(wǎng)整理
高速公路橋梁的特點在于車速快，流量大，對橋梁的沖擊力大；很多高速公路是交通要道，一旦封橋?qū)⒃斐蓢?yán)重堵車，甚至周圍地區(qū)交通陷入中斷狀態(tài)。這些特點給橋梁的定期檢查和養(yǎng)護維護造成了困難。因此，總結(jié)高速公路橋梁的病害特征對橋梁的養(yǎng)護、維修和加固都具有重要意義。
本文通過對兩條高速公路線上300多座橋梁的定期檢查，總結(jié)了各種形式橋梁的病害特征，分析了病害原因，并針對高速公路橋梁的病害從設(shè)計、施工、使用和養(yǎng)護等方面提出了對策，對既有病害的整治和橋梁維修加固方法進行了討論。
高速公路橋梁常見病害原因分析
縱向裂縫是預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)的常見病害，一般有以下幾個成因：橋面鋪裝和伸縮縫破損嚴(yán)重，橋面水滲入梁體，導(dǎo)致梁體縱向鋼筋銹蝕膨脹，底板沿縱向開裂；施工階段張拉預(yù)應(yīng)力過大，橫向主拉應(yīng)力過大所致；施工時空心板預(yù)制抽膠管時水沒有排凈，冬季凍脹造成板底開裂。縱向裂縫的存在加劇了鋼筋的銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
普通鋼筋混凝土整澆實心板梁的裂縫比較復(fù)雜，既有橫向裂縫和縱向裂縫，斜交板還有與行車方向不一致的斜裂縫。底板跨徑內(nèi)的橫向裂縫通常是受力裂縫，是由混凝土抗拉強度低的特性決定的。對于寬跨比較大的整澆實心板梁，由于橫向應(yīng)力較大而配筋較少，會引起縱向開裂。斜交板梁由于其結(jié)構(gòu)特點，裂縫一般偏向鈍角方向。
T梁結(jié)構(gòu)有如下幾種常見裂縫：跨中梁底橫向裂縫，是由于正截面抗彎強度不足造成的。對于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)允許拉區(qū)開裂，對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)梁底橫向裂縫需要引起足夠的重視。支座附近腹板斜裂縫由于腹板抗剪強度不足引起的。腹板均勻分布豎向裂縫；裂縫有的上寬下窄，有的中部寬兩端窄，呈棗核形。這類裂縫通常由于吊裝、養(yǎng)護不當(dāng)以及混凝土收縮引起的。裝配式T梁腹板與橋面板之間縱向裂縫，主要是施工質(zhì)量問題。
橋梁上部結(jié)構(gòu)病害分析
由于橋下無明顯限高標(biāo)志，會導(dǎo)致邊梁（板）被車輛撞擊，混凝土脫落，嚴(yán)重者主筋或鋼絞線外露、崩裂，影響了梁體的承載能力。也有的梁底被刮蹭、局部混凝土剝落、有大面積的劃痕，影響了結(jié)構(gòu)耐久性。預(yù)制板鉸縫混凝土脫落、滲水現(xiàn)象也比較常見，主要是由于施工質(zhì)量差以及橋面防水層失效造成的。
一方面水滲到板梁底面影響結(jié)構(gòu)的耐久性，另一方面鉸縫混凝土構(gòu)造失效后板梁之間橫向聯(lián)系降低，荷載作用下單板受力較大，容易引起底板橫向開裂。
T梁橫隔板混凝土開裂、脫落、露筋銹蝕。由于施工質(zhì)量差以及高速公路橋梁受車輛沖擊力較大致使T梁橫隔板尤其是后澆帶混凝土破損現(xiàn)象較多，導(dǎo)致橋梁橫向聯(lián)系降低，單梁受力較大。
鋼筋銹蝕、混凝土風(fēng)化剝落此類病害在上部結(jié)構(gòu)及蓋梁、墩柱和橋臺等各部構(gòu)件都有發(fā)生，可分兩種情況：一種是混凝土剝落開裂后導(dǎo)致鋼筋銹蝕，即先裂后銹；另一種是由于保護層太薄、露筋或滲水等引起鋼筋銹蝕膨脹，繼而混凝土剝落，即先銹后裂。主筋銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的減少，混凝土剝落開裂后使鋼筋更易銹蝕，如此惡行循環(huán)對橋梁的危害是相當(dāng)大的；另外還有的橋梁由于施工質(zhì)量差，造成鋼筋外露，混凝土破損，引起鋼筋銹蝕的化學(xué)原因主要是氯離子的侵入和混凝土的碳化。
橋梁下部結(jié)構(gòu)病害分析
常見的支座形式有油毛氈支座、板式橡膠支座和盆式橡膠支座。油毛氈支座經(jīng)常發(fā)現(xiàn)破裂和滑動面不平整的現(xiàn)象。板式橡膠支座的主要病害是脫空、老化開裂和剪切變形，此類病害在所檢測橋梁中比較普遍。盆式橡膠支座的情況好于板式橡膠支座，但有的支座螺栓生銹、上螺栓卡死，支座無法活動。支座的病害可能使上部結(jié)構(gòu)失去活動能力，從而產(chǎn)生附加內(nèi)力，對橋梁的承載能力和工作狀態(tài)產(chǎn)生不利影響。
橋面鋪裝層病害表現(xiàn)為鋪裝的縱橫向裂縫，鋪裝層剝落，引起這一病害的主要原因是沖擊荷載。鋪裝層的病害在高速公路上的危害性非常嚴(yán)重：鋪裝層破損會使車輛沖擊荷載進一步增大；
防水功能失效后，雨水滲入主梁中，使主梁受力鋼筋銹蝕，這一點對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言危害尤其嚴(yán)重；鋪裝層的破壞會還改變設(shè)計荷載的橫向分布狀態(tài)，使得橫向剛度變小，各梁板受力不均，并使主梁實際高度變小，縱向剛度減弱，撓度增大。
伸縮縫設(shè)置在梁端相對薄弱的部位，受橋面溫度變化的影響和車輛荷載的作用頻繁不斷地伸縮變形，極易損壞。
伸縮縫的損壞后，不僅影響行車的舒適性，而且造成許多橋梁在橋臺和蓋梁位置漏水，進而引起橋梁主體結(jié)構(gòu)和支座的腐蝕。伸縮縫的常見病害有：軟性防水材料老化、脫落，接頭活動異常，錨固構(gòu)件損壞，伸縮縫凹槽填入其他硬物，不能自由變形，構(gòu)造部位下陷或凸出等。
減少高速公路橋梁病害發(fā)生的對策
引起橋梁病害的因素涉及到設(shè)計、施工、使用和管理養(yǎng)護等各方面，而且因為橋梁的結(jié)構(gòu)類型、跨度、環(huán)境和使用條件不同而各不相同。要減少病害的發(fā)生，就必須從上述各方面入手，有針對性地采取對策。
國內(nèi)在設(shè)計方面常因為工期或經(jīng)濟方面的原因在方案設(shè)計時投入的精力不足，對很多關(guān)鍵問題缺乏研究，為橋梁的病害埋下了病根。一方面是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，對結(jié)構(gòu)體系缺乏仔細(xì)的研究和優(yōu)化，結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)構(gòu)造粗糙，材質(zhì)要求低。
另一方面是計算和設(shè)計不完善，如設(shè)計安全系數(shù)不恰當(dāng)，進行有限元分析時對結(jié)構(gòu)邊界條件和傳力路徑認(rèn)識不清除，對施工方法、順序和施工荷載等結(jié)構(gòu)成橋性能的影響認(rèn)識不夠等。
很多橋梁病害經(jīng)常與施工質(zhì)量低劣有關(guān)，典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場的嚴(yán)重的構(gòu)件開裂、混凝土蜂窩、麻面、露筋等問題，其主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的后期使用和長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。
車輛超載是我國公路運輸中較為普遍的現(xiàn)象。橋梁的超載一方面可能會引發(fā)疲勞問題，加大疲勞應(yīng)力幅度、加劇損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。國內(nèi)很多地區(qū)對于橋梁的日常檢查和養(yǎng)護還不是十分重視，一座橋梁往往前期建設(shè)投入很大的成本，而忽視橋梁運營中的養(yǎng)護和維修。很多病害沒有在橋梁日常和定期檢查中發(fā)現(xiàn)并及時予以整治，天長日久導(dǎo)致病害加重不得不采取加固措施，此時投入的加固費用十分可觀，甚至?xí)^建設(shè)費用。從根本上減少橋梁病害的對策就是采用合理縝密的設(shè)計方案，保證良好的施工質(zhì)量，加強對高速公路橋梁使用荷載的研究，避免超載現(xiàn)象，以及進行完善的日常檢查和養(yǎng)護。
任何一座橋梁在運營中不可避免會產(chǎn)生一定程度的病害，對橋梁病害必須采取合理的方法進行整治或維修加固。
但更重要的是在設(shè)計、施工、使用及管理和養(yǎng)護等過程中去預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費用。
