大跨度预应力混凝土梁桥常见病害及防治对策

郭 玲，温 琦

(1.山东滨州建工集团有限公司，山东滨州 256600;2.招远市工程建设监理有限公司，山东烟台 265400)

根据美国联邦公路局(FHWA)全国桥梁数据库公布的统计数据，截止到2006年，美国桥梁建造总数为596808 座，病害桥梁总数为153879 座，约占25.8%［1］。这些病害桥梁的加固、维修每年耗费大量资金。同样，我国的公路、铁路运输线上也存在大量的病害桥梁，给国民经济造成重大损失。桥梁的病害及其防治，现已引起了世界各国桥梁界的密切关注。本文将简要介绍桥梁的主要病害及其防治措施。

1 桥梁主要病害

1.1 桥头跳车

桥梁运营一段时间后，普遍存在桥台后填土下沉的现象，导致桥头跳车成为一种常见的病害。桥头跳车产生剧烈的冲击和振动，减低了行车的舒适性，对桥台和桥梁其他结构产生不利的影响。

1.2 桥面铺装破坏

在车辆(尤其是超载、超限车辆)的长期作用下，在尚未达到设计年限时，桥梁的桥面板即出现凸凹不平或网状开裂等疲劳破坏的特征。桥面铺装损坏的问题在我国非常严重，不仅在较早修建的桥梁中存在，而且国内近年来修建的一些大型桥梁(如虎门大桥、厦门海沧大桥、江阴大桥)运营不到5年就纷纷出现桥面铺装损坏的现象。

1.3 缆索(拉索或吊杆)的破坏

大跨度桥梁在主体结构中经常采用缆索承重体系来跨越江河，包括各种系杆拱桥、斜拉桥和悬索桥等。缆索(拉索或吊杆)一般布置在梁体外部，且处于高应力状态，对锈蚀等外界侵害比较敏感，加之当前使用的缆索防护体系不易检查，因此，拉索防护十分关键，它直接关系到桥梁的使用寿命和使用性能，是缆索承重桥梁的生命线。上世纪末，已发现悬索桥在使用10年左右后，钢索已出现锈蚀。斜拉桥的拉索病害情况更严重，国内近年来先后有多座桥梁的拉索(或吊杆)因为耐久性不足而更换，经济损失巨大。损坏原因中有材质的问题，更有拉索的耐久性保护措施薄弱而导致高强钢丝的锈蚀或氢脆、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。

1.4 混凝土开裂

在全部桥梁中，混凝土桥梁占绝大多数(1989年欧洲占桥梁总数的70%，美国占72%，我国占90%以上)［2］。在混凝土桥梁中，梁体开裂是一种较为普遍的现象。典型的混凝土裂缝按开裂部位可以分为:主梁顶底板开裂、腹板开裂、齿板开裂、预应力锚头区开裂等。按成因可分为结构裂缝和非结构裂缝。结构裂缝是指混凝土所受拉应变超过极限应变而出现的开裂现象，它的宽度可随着荷载的变化而变化。非结构裂缝一般是指由于变形受到约束而出现的开裂现象。混凝土收缩、徐变和温差等均是非结构裂缝产生的原因。此外，冻融循环破坏和碱－骨料反应也是引起混凝土开裂的重要原因。

1.5 钢筋锈蚀

受力钢筋的锈蚀将导致其有效截面的骤降，钢筋的体积膨胀又会导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落。混凝土开裂后又使原来处于混凝土保护层下的钢筋暴露于空气中，并由此造成恶性循环。引起钢筋锈蚀的两个主要原因是混凝土的碳化及氯离子的侵蚀。

1.6 桥梁附属结构物的病害

在这里主要指伸缩缝和桥梁支座的病害。

2 大跨度预应力混凝土梁桥主要病害及原因分析

目前，国内大跨径预应力混凝土梁桥存在的主要病害是主跨跨中下挠过大和箱梁梁体产生裂缝［3］。跨中下挠会进一步加剧箱梁底板开裂，而箱梁梁体裂缝增多使结构刚度降低，进一步加剧了跨中下挠，这两者互相影响，形成了恶性循环。国内外几座典型的大跨度预应力混凝土梁桥跨中下挠的病害见表1［4］。

大跨径预应力混凝土梁桥跨中挠度过大的原因主要有:混凝土的收缩和徐变;预应力损失;施工质量差等。

3 桥梁病害的主要原因

3.1 桥梁设计荷载偏低

旧桥大多是在过去的经济环境下建设的，已不适应当今国民经济快速发展的需要。还有一些，在修建公路桥梁的时候，对于仅作为人行桥或马车使用的古代和近代建造的桥梁未作任何改造就加以利用(有一定潜力可挖的)，对于当时荷载等级要求不高，行车密度较稀的交通状况是能够适应的。但是，随着交通事业高速发展，相当部分老桥面临荷载等级偏低，承载能力不足的状况，导致病害日益严重，成为危桥。

表1 国内外典型预应力混凝土连续刚构桥梁病害

3.2 结构不合理

国内经常因为工期或经济方面的原因在方案设计时投入的精力不足，对很多关键问题缺乏研究，为运营后桥梁的病害埋下了病根。典型的问题有:(1)未充分考虑预应力弯起钢束的作用，导致截面抗剪能力不足;(2)对预应力损失估计不当，导致永存预应力偏低，削弱了结构正常使用时的抗裂性能，或者预加应力过大，导致构件反拱度太大，影响行车的舒适性;(3)腹板厚度不足;(4)构造钢筋偏少，减少了结构抵抗各种非荷载因素的能力;(5)局部承压能力不够，对干燥收缩、徐变、温度应力等次应力以及预应力钢束引起的附加应力的影响欠考虑;(6)结构保护层厚度偏薄，导致构件耐久性差等。这些问题可以归结为结构体系缺乏仔细的研究和优化，结构细节构造粗糙，材质要求低。

3.3 施工质量低，管理制度有待完善

一般的看法认为当前的工程病害和事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不当等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。

3.4 使用的因素

主要包括:桥面超载或荷载标准不明;变形与变形障碍;风雨侵袭及自然作用;桥梁受意外强击;温度的变化;地震、洪水等自然灾害的危害。

4 桥梁病害的处理措施

针对已有桥梁出现的上述问题，应从加强桥梁病害的预防和加固已经出现病害的桥梁两个方面着手［6］、［7］。预防策略主要有:

(1)逐步完善桥梁设计规范，从设计阶段采取措施来减少使用期的桥梁病害;

(2)目前很多桥梁病害与车辆的超载有关，因此需要开展有关使用荷载作用下既有桥梁的实际受力行为研究、调查与试验等;开展有关实际车辆荷载的大小、分布和频率等有关的数据的调查研究;同时加强对超载车辆的查处力度;

(3)加强施工管理水平，研究如何从管理制度上保证桥梁工程质量、减少桥梁病害的发生;

(4)针对严重的几个典型病害如桥面铺装的损坏、吊杆拉索的锈蚀、箱梁腹板的开裂展开专项的研究，研究更合理的设计方法、施工控制措施及运营维护策略;

(5)加强在役桥梁的检查和维护。

对于已经出现病害的桥梁，应及时进行加固。常见加固措施主要有:增大截面及配筋加固法;黏贴钢板加固法;体外预应力加固法;黏贴碳纤维布(板)加固法;桥面补强层加固法。对于缆索承重体系桥梁发生悬索损坏的情况，只能更换悬索、拉索或吊杆。

［1］曹明旭，刘钊，孟杰.美国桥梁病害及倒塌事故统计分析与思考［J］.公路，2009(7):162－167

［2］吴海军，陈艾荣，陆萍.桥梁结构的典型病害及原因分析［J］.重庆交通学院学报，2004，23(6):19－23

［3］詹建辉，陈卉.特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析［J］.中外公路，2005，25(1):56－58

［4］王法武，石雪飞.大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制研究［J］.公路，2006(8):72－76

［5］陈开利.帕劳共和国的桥梁倒塌事故［J］.国外公路，1998(6):31－33

［6］刘山洪，刘毅.桥梁病害种类及处理方法［J］.重庆交通大学学报，2008，27(增刊):903－905

［7］肖敏，雷昌龙.既有混凝土桥梁的病害防治［J］.桥梁建设，2000(2):54－56