既有钢筋混凝土桥梁常见病害及其产生原因
2014-08-21
目前公路建设已逐步由修建新公路为主而转入改善提高干线公路为主的发展时期，作为公路重要组成部分的桥梁，必须随着公路技术等级的提高，而提高其技术标准和通行能力。我国既有桥梁中钢筋混凝土桥梁占较大比重，其技术状况较差，一方面由于设计标准较低，除按交通部1972年和1982年公布的设计标准建造的桥梁能基本满足近期交通外，在此之前特别是50年代后期和60时年代建造的桥梁，大多数长期承受超过设计荷载的车辆荷载；另一方面由于桥梁设计、施工、养护、管理、周围环境等方面的问题，以及桥梁在使用过程中遭受的意外灾害如地震、洪水、意外撞击等原因，导致既有钢筋混凝土桥梁承载能力不够，技术状况急剧下降，或是出现老化、破损、裂缝等现象，这造成危桥增加，对行车的影响越来越大，使桥梁成为公路交通运输的“颈口”，严重影响整条线路的畅通，也成为交通事故多发地点。本文根据我校二十余座桥梁检测情况以及相关文献，总结了既有钢筋混凝土桥梁常见病害，并分析了病害的发生原因，这对于确定既有钢筋混凝土桥梁的技术状况，以便采用相应的加固、改善措施，确保既有桥梁的安全性和使用性具有重要意义。
关键词：既有钢筋混凝土桥梁 病害
1 前言
我国桥梁大部分是建国以后兴建的，桥龄一般在40年左右。桥梁的结构类型：在一般的中小桥中，主要为钢筋混凝土梁、板桥和石拱桥，少数为双曲拱桥，承载能力较高。在大中型桥梁中，数量较多的为石拱桥和钢筋混凝土、预应力混凝土桥，双曲拱桥也不少，钢筋混凝土肋拱桥和钢梁桥为数较少。
目前公路建设已逐步由修建新公路为主而转入改善提高干线公路为主的发展时期，根据公路建设的要求，主要干线公路要达到专用公路技术标准或不低于一般公路和二级技术标准，一般干线公路也要达到一般公路的三级标准。作为公路重要组成部分的桥梁，必须随着公路技术等级的提高，而提高其技术标准和通行能力。我国现有桥梁技术状况较差，主要表现为：（1）桥梁设计标准较低。我国目前61.6％的中小桥分布在技术标准低、通行能力差的公路上，这些桥梁荷载标准大多为汽-13、拖-60或汽-15、挂-80，还有相当一部分桥梁的荷载标准仅为汽-10、履带-50，甚至低于汽-10级。除按交通部1972年和1982年公布的设计标准建造的桥梁能基本满足近期交通外，在此之前特别50年代后期和60时年代建造的桥梁，大多数长期承受超过设计荷载的车辆荷载，导致承载能力不够，技术状况急剧下降，或是出现老化、破损、裂缝等现象，这造成危桥增加，对行车的影响越来越大，使桥梁成为公路交通运输的“颈口”，严重影响整条线路的畅通，也成为交通事故多发地点；（2）桥梁设计、施工、养护、管理、周围环境等方面的问题，以及桥梁在使用过程中遭受的意外灾害如地震、洪水、意外撞击等原因，服役桥梁在营运多年以后在承载能力和使用性能方面存在不同程度的退化现象。据不完全统计，截至2000年底，我国公路上共查出危桥5176座，达186632延米，完全拆除这些危桥进行重建，需投入重建经费41亿元左右，而一般情况下桥梁加固改造费用约为新建桥梁费用的10-30%。双曲拱桥加固改造费用约为新建桥梁费用的20-40%，若以桥梁加固改造费用为新建桥梁费用的40%计算，对我国查出的5176座危桥来说，对他们进行加固改造利用可节省投资近25亿元。由此可见，通过加固改造充分利用现有桥梁，将会节省大量的公路建设投资，产生巨大的经济和社会效益。
根据桥梁破损状况和性质，查明现有钢筋混凝土桥梁的病害程度和原因对于确定桥梁的技术状况，以便采用相应的加固、改善措施，确保既有桥梁的安全性和使用性具有重要意义。
2 既有钢筋混凝土桥梁常见病害及其产生原因
常见钢筋混凝土梁、板，双曲拱桥在建造或运营一段时间后往往会伴有病害的发生，产生病害既有外界因素也有内部因素。根据我校对湖南省常宁北门桥、长永高速路跨线等20余座旧桥检测情况，结合其它文献资料，现把既有钢筋混凝土桥梁常见病害及其产生原因总结如下[1~7]。
2.1混凝土质量问题
2.1.1 混凝土开裂
钢筋混凝土桥梁开裂是一种较为普遍的现象。对既有桥梁进行检测评估时，常需要对结构中出现的裂缝进行分析。裂缝有很多种，不同类型的裂缝产生的原因不同，对结构耐久性和安全性的影响也不同。桥梁施工期主要会产生收缩裂缝、沉降裂缝、温度作用产生的裂缝；使用期除了受力裂缝外，主要是随时间发展的耐久性裂缝：纵向锈蚀裂缝、冻融循环作用引起的裂缝，碱骨料反应引起的裂缝，盐类及酸类侵蚀引起的裂缝。根据不同作用裂缝形态也有所不同，常见的有横向裂缝（由于荷载、收缩以及温度作用引起），剪切裂缝、斜裂缝（由于荷载作用或结构错位移动引起），X型交叉裂缝（由于地震作用）。因而，在进行混凝土结构耐久性和安全性分析时，必须根据裂缝形态、走向、宽度、深度分清裂缝产生原因。由于双曲拱桥是拱肋、拱波、拱板组合受力，开裂情况较为严重，下面着重分析双曲拱桥裂缝种类和产生原因。
双曲拱桥是本身横向、纵向整体性较差，再加上是少筋或无筋预制拱肋和拱波，以纵向开裂为主，其次有横向变形或受力缝产生；拱肋混凝土剥落与露筋现象也不少。
（1）拱肋与拱波结合面缝：是由于截面组合较薄弱造成。
（2）拱肋径向缝：主要是由于桥台变位而产生，一般均出现在3L/8至5L/8。
（3）波顶纵缝：主要由于主拱圈横向联系不够，使活载横向分布趋向不利或由于横隔梁尺寸偏小，主共横向整体性差。，导致在拱波受力薄弱处波顶开裂。
（4）拱脚截面拱背径向缝：主要由于桥台变位而产生。一般不设锚入台座的拱背钢筋的双曲拱，裂缝集中在拱脚截面，对拱脚截面的弯矩起卸载作用，并无有害作用。但为了防止水渗漏与冰冻等的有害风化影响，当裂缝宽度>0.2mm时，宜加以封闭。
（5）腹拱圈拱顶或拱顶附近出现沿桥横向的裂缝。主要由于未设置伸缩缝或变形缝或伸缩缝或变形缝不能正常工作。
（6）拱上建筑裂缝：腹拱、立墙由于施工质量导致的混凝土压碎、剪断或错位等，必须进行整修、加固或局部改建。
2.1.2 混凝土表面缺陷
根据桥梁结构形式、构件种类、建桥环境、施工质量以及使用情况等的不同，在基本构件上缺陷产生的部位、种类和程度也不同。对于钢筋混凝土桥上部结构的基本构件，缺陷往往以表面裂缝、蜂窝（混凝土局部酥松，砂浆少，石子多，石子之间出现空隙，形成蜂窝状孔洞的）、麻面（混凝土表面局部缺浆、粗糙，或有许多小凹坑，但无钢筋外露现象）、空洞（混凝土内部有空隙，局部没有混凝土，或蜂窝特别大的现象，它常发生在钢筋密集处或预留孔洞和预埋件处）、露筋、剥落（混凝土表面的砂、水泥浆脱落，粗骨料外露现象）、游离石灰（是由内部渗出、附在混凝土构件表面的附着物，通常为呈白色的石灰类附着物的总称）、缝隙夹层（施工缝处混凝土结合不好，有缝隙或夹有杂物的现象）等。
对于公路混凝土桥梁，由于某一缺陷的日积月累的变化，加上环境的影响，有扩大的危险。例如蜂窝麻面，由于水的渗入，促使混凝上材料恶化，会引起钢筋锈蚀，钢筋锈蚀物的产生过程会有体积膨胀，又导致混凝土表面产生锈蚀裂缝，形成恶性循环。另外，在混凝土公路桥中，缺陷和原因不是一一对应的，不少情况是某一个原因是诱发源，其它则多为促进缺陷发展的原因。
2.2 钢筋锈蚀
钢筋锈蚀可分两种情况，一种是混凝土开裂后导致的钢筋锈蚀，即先裂后锈；一种是因为保护层太薄或露筋而引起的钢筋锈蚀。钢筋锈蚀体积膨胀导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落，既先锈后裂。一般主体结构中很少有先锈后裂的情况，但其附属结构如防撞墙等，却有此种情况。调查显示，有的防撞墙内侧钢筋网几乎无保护层，在大气环境作用下钢筋锈蚀得相当严重。由于钢筋锈蚀，导致表面混凝土开裂甚至成块脱落，混凝土开裂或脱落又使原来处于混凝土保护层下的钢筋暴露于空气中，如此恶性循环，如不加以维修养护，此种病害对桥梁的危害也是不可忽视的。保护层太薄或露筋，在桥梁竣工后几年内问题并不显得太突出，甚至一直处于被忽视的状态，直到长期的大气作用导致钢筋严重锈蚀后才引起注意，再花费人力、物力进行维修养护。
2.3 桥面系损坏
沥青混凝土桥面拥包、车辙，水泥混凝土桥面出现龟裂：拱桥的沥青柔性桥面年久失修，加上拱腔柔性填料的影响，导致出现大量的拥包、车辙；对于梁桥的混凝土桥面因桥面连续处理不当而导致损坏的居多；行车道、人行道界限极不明确，人行道面层破损严重；混凝土栏杆一方面因混凝土老化剥落，露筋严重，另一方面因桥窄，大部分被汽车撞掉，而又不能得到及时修复，掉人下桥的现象也不少；伸缩装置因施工不当或其产品本身的原因破坏后，得不到及时恢复，绝大多数均被用沥青混凝土或其它路面材料填塞，使之失去主梁伸缩作用，从而导致桥台盖梁被顶出较大的裂缝或位移，或者桥面起壳、脱落，栏杆起拱，无法保持其良好的使用性能，也影响其外观形象。
2.4桥头跳车
对运营数年后，钢筋混凝土桥梁桥头跳车是一种普遍的病害现象，从调查情况来看，台后路面与桥台路面高差普遍在2～3cm，个别桥甚至达到6～7cm。桥台跳车一方面使行车不平稳，增加汽车故障率；另一方面，对桥台和结构产生过大冲击力，诱发或加重桥梁病害；第三，影响伸缩缝和支座的损坏。
引起桥头跳车的主要原因是桥台后填土及路基与桥台间的不均匀沉降。台后施工一般采用回填土，当回填土密实度达不到要求，或分层夯实厚度偏大，均会造成回填土沉降显著加大，且这种沉降在较长时间内才能达到稳定。另外，桥台一般采用桩基或落于持力层较好的天然地基上，其沉降量在施工完毕后已完成，这就导致二者在运营一段时间后产生沉降差。
2.5 桥台变位
第一，设计或施工时基础埋置深度不够，或地基置于不良地基上，如软土地基、浅层卵石上；第二，原设计跨径普遍较小，极大地压缩了河床过水断面，导致桥孔通水不畅，局部冲刷增大，加速了基础冲刷，第三，位于弯道上的桥梁，由于河道改变及水流的长期作用，迎水面处桥面锥坡基础更易被冲空。导致基础变位、脱空，造成墩台下沉、开裂，进而影响主体受力结构。
2.6 桥头接线，线形差，影响行车安全
一方面由于修建时为节省投资和减少拆迁工作，出现桥头接线长度不够，纵坡过大，以及平曲线半径过小等不合技术标准的情况；另一方面，由于我国经济发展较快，桥梁改建工作赶不上公路改建工作，造成宽路窄桥，严重影响桥梁的通过能力，又增加了行车的危险。
3 结语
从以上病害可见，我国既有钢筋混凝土桥梁产生病害原因从大的方面来看，主要有4方面的原因：第一，由于经济技术的发展，原有设计标准偏低，导致现有桥梁超载严重；第二，设计不合理。如单孔跨径设计过小，导致桥孔通水不畅，桥孔附近河床淤积，加上日常维修养护未到位，汛期一到，桥孔泄洪能力差，造成桥毁人亡；第三，施工质量问题。如施工时偷工减料造成混凝土不密实、有孔洞，质量差；第四，养护管理跟不上。由于桥梁缺乏经常性的维修养护，发生的问题不能及时解决，造成“小病不治酿成大病”。
参考文献：
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