浅谈高速公路大修桥梁病害

浅谈高速公路大修桥梁病害

张祺荣

上海沪洋高速公路发展有限公司

上海东南郊环高速公路营运10多年后，桥梁的一些病害都将显露，需进行大修工程。大修项目根据现场桥梁病害情况，可以综合病害发生位置、成因及影响程度，将桥梁的主要病害分为以下类目：

一、主体受力构件受力病害

主体受力构件受力病害主要指上部结构、下部结构以及支座在承受恒活载作用时产生的病害，其对受力构件的继续承载或者耐久性能有显著影响的病害，由于桥梁结构服役期间持续受力，该病害将随时间发展而逐步发展，根据调查，典型受力病害如下。

（1）板梁横向开裂病害

产生原因：横向开裂病害发生在钢筋混凝土板梁中，梁体在纵向受力时，正弯矩效应导致梁体开裂现象。在底板强度不足时，横向裂缝往往不局限于跨中位置，在跨径内其他位置也可能会发生。

图2-1板梁横向开裂

影响分析：当裂缝宽度≤0.15mm时，满足国家规范要求，视现场环境侵蚀情况而定，一般对结构影响不大，适当的封闭裂缝可以大大提高结构的耐久性能；当裂缝宽度＞0.15mm时，多由于荷载效应放大（超载）以及材料强度退化等原因导致，水分子以及空气与钢筋接触面积增大，将导致混凝土碳化以及钢筋锈蚀的加速，将影响结构的使用寿命，此时应进行适当的补强措施，并通过定期观察对病害的稳定状况进行严格监控。

（2）板梁纵向开裂病害

产生原因：空心板横向受力特征相较于纵向受力并不明显，通过广泛的调查分析，纵向开裂多与施工缺陷相关，往往集中出现在某一标段或者某一联桥梁内，具体产生原因与底板厚度不足、底板预应力张拉时混凝土强度不足、板内积水引起的钢筋锈蚀、冻融循环等有关，使用阶段荷载效应会导致其中的微裂纹进一步扩大，从而形成显著裂缝。

图2-2板梁纵向开裂

影响分析：经长期观察，纵向裂缝在荷载的长期作用下，随时间逐步延伸，极有可能形成满跨通长裂缝，后期裂缝宽度趋于稳定，虽然对结构受力影响较小，但由于往往伴随内腔渗水等次生病害，会逐渐腐蚀裂缝贯穿的钢绞线与普通钢筋，导致底板的胀裂等，对结构长期受力产生显著的不利影响。

（3）板梁铰缝渗水病害

产生原因：铰缝病害是空心板常见病害之一，由于该位置刚度突变，在弯剪扭作用下极易出现开裂或者局部破坏的情况，在桥面防水失效后，可能产生渗水现象。

图2-3铰缝渗水

影响分析：由于设计中仅考虑铰缝传递剪力，往往铰缝在带病工作状态下仍能够满足荷载传递的功能，但在长期荷载作用下，该病害将持续恶化，最终裂缝延伸至铺装层，导致单板受力的情况发生。由于铰缝渗水后需要开凿铺装层，进行铰缝与铺装层的重新浇筑工作，维护代价较大，一般选择进行持续观察，或者延时维修的策略。

（4）箱梁腹板竖向开裂病害

产生原因：腹板中部竖向开裂多由于混凝土收缩产生，腹板延伸至底板的竖向开裂多由恒活载剪力滞效应产生，裂缝宽度往往小于0.15mm。

图2-4腹板竖向裂缝

图2-5箱梁裂缝示意图

影响分析：腹板收缩裂缝对结构受力影响较小，主要影响结构的耐久性能，当腹板竖向裂缝延伸至底板时，为受力裂缝，在荷载作用下有持续增长的可能性，由于开裂位置处存在受力主筋，对结构的耐久性有显著影响，适当的裂缝封闭可以显著延长结构的使用寿命。

（5）箱梁顶板纵向开裂

产生原因：顶板在轮载作用下局部为横向受力构件，由于横向设置普通钢筋，因此在荷载作用下容易产生受力开裂现象，裂缝多分布于顶板中央，通长分布。

图2-6顶板纵向裂缝

影响分析：纵向裂缝在车辆荷载作用下有持续发展的可能性，由于顶板设计一般较薄，裂缝开展宽度往往较宽，混凝土的碳化速度以及钢筋锈蚀的可能性提高，对于结构的耐久性产生不利影响。

（6）箱梁翼缘板横向开裂

产生原因：箱梁翼缘设计中往往按横向受力构件考虑，忽略其纵横双向板的受力特性，下缘配筋可能不足，在纵向受力影响下产生横向开裂的现象。

图2-7翼缘板横向裂缝

影响分析：由于翼缘板变厚坡度影响，在未设置滴水檐的情况下，雨水等容易沿翼缘板渗透至裂缝内，从而加速钢筋的锈蚀进程，进而导致翼缘板的不断裂化，降低翼缘板的使用年限。

（7）箱梁横隔板裂缝

产生原因：横隔板由于刚度较大，承担了传力与支承较多作用，容易在拉应力作用下产生纵向或者横向的开裂现象。

影响分析：横隔板设置为钢筋混凝土构件，在合理设计下其裂缝宽度往往小于0.15mm，对结构受力影响较小，进行正常的封闭裂缝维护即可大大延长横隔板的使用寿命。

（7）支座病害

产生原因：支座设计使用年限仅有20年，在接近使用年限时，往往由于橡胶老化等原因，不能满足桥梁结构受压、剪切或者偏转的需求，从而引发支座的开裂、剪切破坏等。

图2-8横隔板裂缝

支座脱空现象往往由施工中标高控制不满足设计需求引发，仅出现于多支座支承梁体系。

图2-9支座剪切破坏

影响分析：支座的破坏或者支座脱空往往会导致主梁的局部沉降，使梁体间产生附加内力效应，对于局部以及整体受力均产生不利影响，在支座发生损坏后，应及时进行维护。

（8）盖梁与台帽开裂病害

产生原因：盖梁或台帽竖向开裂病害多由荷载以及不均匀沉降引发，一般为受弯裂缝（竖向）或者受剪裂缝（斜向），是盖梁常见病害之一。

图2-10盖梁贯穿裂缝

影响分析：由于盖梁为钢筋混凝土构件，在受力状况下裂缝宽度往往小于0.15mm，对结构耐久性有一定不利影响，在裂缝宽度较大时应根据技术状况评定进行适当补强。

二、功能性构件损坏

功能性构件往往对桥梁结构受力影响不大，但是对运营质量或者后续运营产生不利影响，该类结构使用寿命往往不及桥梁结构寿命，因此需要进行定期的维护。

（1）挡块开裂或破损

产生原因：在梁体发生平移且挡块与梁体净距不足时，将挤压挡块，平移可能产生原因为升温、地震等，由于该荷载效应较大，往往导致挡块的破碎或者开裂现象。

图2-11桥挡块开裂

影响分析：挡块开裂意味着梁体与挡块之间已无净距，后期持续作用将导致挡块的破坏，因此应采取适当的维护措施恢复梁体与挡块间净距，以保障其防落梁的工作性能。

（2）伸缩缝填塞或损坏

产生原因：由于桥面碎屑等积累，随雨水冲击到伸缩缝内，长久堆积填塞伸缩缝；当伸缩缝使用年限较长时，随橡胶条老化，或者桥梁发生平移等现象时，橡胶条在过大拉伸或压缩的情况下产生断裂情况。伸缩缝填塞以及橡胶条断裂情况较为常见。

在使用过程中，可能产生混凝土局部变形甚至压碎破坏的情况，从而导致型钢的变形甚至缺失。

图2-12伸缩缝填塞

图2-13伸缩缝型钢缺失

影响分析：作为功能性构件，伸缩缝一方面起到连接桥面的作用，另一方面可以避免雨水下渗现象，在伸缩缝发生破坏时，对于桥梁行车的平顺以及桥下结构的耐久性、美观性均产生不利影响。

（3）伸缩缝装置物开裂或破损

产生原因：伸缩缝装置物由于浇筑质量差，在台后不均匀沉降以及局部轮载作用影响下，产生开裂与局部破损。

影响分析：该位置位于桥头位置，局部的凹陷容易引起跳车，且雨水随裂缝下渗，容易引起台后填土的流失。

（4）桥面铺装破损、开裂或凹槽

产生原因：桥面铺装破损多与局部轮载以及浇筑质量参差不齐引起，在道路与桥梁中都有很大可能产生。

图2-14伸缩缝装置物破坏

图2-15桥面铺装坑槽与开裂

影响分析：由于沥青层下为防水层，铺装开裂或者坑槽会导致雨水积累与下渗，对桥面板耐久性造成不利影响，应进行常规维护。

（5）桥台填土或锥坡沉降病害

产生原因：由于土壤孔隙水流动导致土壤流失，将引发台后沉降与护坡沉陷。

影响分析：沉陷将导致构筑物表面的破损，且土壤流失增加会对行车舒适性带来一定的影响，导致桥头跳车频发，也为桥台稳定性均带来了一定的风险，应进行适当维护。

三、非受力耐久性病害

对于主体结构或者附属结构受力影响不大，主要由施工缺陷产生，对结构耐久性带来一定的不利影响。

图2-16桥台护坡沉陷

（1）主体结构损伤或胀裂露筋等

产生原因：在检查中发现大量的梁体、立柱、盖梁、翼缘板等产生露筋锈蚀的现象，该现象主要由于浇筑施工时钢筋保护层厚度不足引起，钢筋锈蚀逐渐产生，会引发混凝土的胀裂现象，多表现为单根钢筋的露出锈蚀。

影响分析：对结构的耐久性带来一定的不利影响，由于维护成本不大，建议及时进行维护。

（2）防撞护栏破损、露筋锈蚀

产生原因：防撞护栏的破损以及露筋多由于混凝土浇筑不密实、钢筋保护层厚度不足引起，与主体结构损伤或胀裂现象相似，也多表现为小范围病害。

影响分析：对结构的耐久性带来一定的不利影响，由于维护成本不大，建议及时进行维护。

四、附属构件损坏或缺失

附属构件多为满足某项特定功能其他构件，其本身对于结构受力可能并不产生影响，但缺失后对于桥梁产生一定的影响。本次维修工程中主要表现为PVC泄水管缺失。

产生原因：由于塑料老化或者孔道堵塞，泄水管发生脱落缺失的情况。

图2-17匝道桥泄水管缺失

影响分析：导致流水喷溅到桥墩上，对桥梁的美观性产生不利影响。