既有桥梁病害成因分析及加固处治措施探讨

杨永刚

(贵州大学明德学院，贵州贵阳550003)

贵州省在20世纪末修建的一些高速公路既有简支空心板桥，随着经济的发展，交通量的逐渐增加，尤其是超重车辆的增加，导致桥梁出现了各种病害，使其舒适性及服务水平急剧下降，严重影响道路的运营安全。为了确保运营及结构安全，力求充分利用，对其病害成因进行正确的分析，进而采取相应的加固维修处治显得尤为紧迫。

1 工程概况

某桥于2000年12月建成，桥梁全长1 949.0 m，桥面宽度为:0.5 m(护栏)+9.5 m(左幅行车道)+1.5 m(中央分隔带)+9.5 m(右幅行车道)+0.5 m(护栏)。上部结构为钢筋混凝土整体现浇空心板;下部为双柱式桥墩、桩基础，重力式U型桥台。桥梁设计荷载:汽车－超20级、挂车－120。随着本地区交通量的急剧增加，重车、超重车辆比例迅速增大，使得该桥出现了不同类型的裂缝、坑槽、水蚀等病害，使其桥面服务水平明显下降，交通事故时有发生，严重影响了公路的正常运营，需要维修处治。

2 病害调查

本次桥梁病害现状调查主要以人工调查为主，辅以相机、钢尺、皮尺、裂缝观测仪等工具，对各类病害进行了详细的记录。

3 桥面铺装病害及成因分析

3.1 病害

全桥桥面铺装开裂、破损相当严重，局部存在坑槽，钢筋外露，所有墩顶位置的桥面连续均出现横向开裂现象，个别裂缝已经贯通铺装层，病害见图1。

图1 桥面病害

3.2 成因分析

本桥面铺装主要病害为桥面连续处铺装破损，原因包括如下三个方面:

(1)桥面连续构造位于主梁变形(梁端转动和梁体伸缩)最大的部位，加之相邻桥跨可能出现的橡胶支座弹性压缩不同步而引起的错动变形影响，使桥面连续构造受力十分复杂，从而导致桥面铺装的破坏。

(2)该桥设计时采用的是《公路桥涵设计通用规范》(JTJ 021－89)，结构计算时没有考虑温度梯度荷载，温度应力计算值偏小，从而导致桥面连续局部因温度应力过大而开裂。如按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD 60－2004)取值计算，升降温梯度按1 cm沥青混凝土对应温度梯度取值，计算结果表明桥面连续构造在承载能力极限状态下，抗弯承载能力安全系数在0.405～0.551之间，抗剪承载能力安全系数0.924，正常使用极限状态下裂缝宽度在0.715～0.253 mm之间，桥面连续构造处的抗弯、抗剪、裂缝计算均不满足要求［1］，因而导致产生开裂。

(3)桥面连续构造长期处于弯拉或弯压的受力状态，随着超重车辆的逐年增加，使桥面连续结构承受过大的弯拉应力，在荷载达到某一程度时，导致桥面连续结构超过容许应力而发生破坏。同时在重车的反复作用下，引起开裂的桥面连续结构周围混凝土剥离破损，加速了桥面铺装层的破坏。

4 上部结构病害及成因分析

4.1 板底

(1)横向裂缝:全桥各跨现浇整体板跨中底板4～8 m范围内均有横向裂缝，缝宽0.05～0.15 mm，裂缝横向成断续分布，长度10～150 cm，个别裂缝横向断续贯通，裂缝间距20～40 cm。

成因分析:按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023－85)进行结构计算表明，该桥各跨整体板纵向抗弯承载力均满足要求，最大裂缝宽度在0.145～0.226 mm之间，钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，而规范规定钢筋混凝土梁板允许的裂缝宽度最大值为0.25 mm［2］，本桥板底横向裂缝宽度没有超过规范限制。

(2)纵向裂缝:个别桥跨现浇整体板底板存在纵向裂缝，缝宽0.05～0.15 mm，大部分纵向裂缝分布在靠近盖梁的板端位置，长度在30～300 cm之间，个别裂缝纵向断续贯通。

成因分析:依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023－85)进行结构计算表明，该桥各跨整体板横向抗弯承载力均满足要求，最大裂缝宽度在0.078～0.170 mm之间，钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，而规范规定钢筋混凝土梁板允许的裂缝宽度最大值为0.25 mm［3］，板底纵向裂缝宽度没有超过规范限制。

(3)板底渗水病害:个别桥跨现浇板底受水腐蚀较为严重，存在纵向、横向裂缝渗水现象，个别裂缝渗水纵向贯通，且有游离钙析出，局部区域的结晶物析出呈钟乳石状。

成因分析:由于本桥桥面铺装破损严重，有较多的坑槽，局部破损至桥面板，桥面防水失效导致雨水从桥面流入板内腔圆孔中，雨水再由板底纵缝下渗至板底。同时由于在该检测前，本地区已有较长时间未下雨，但在检测中发现个别板底纵缝仍有滴水现象，可以推断板内圆孔中有积水。

4.2 腹板

竖向裂缝:右幅桥第34跨整体板外侧腹板靠近跨中位置出现8条竖向裂缝，裂缝延伸至板底与板底横向裂缝贯通，裂缝间距30～40 cm，裂缝宽度0.05～0.10 mm。

成因分析:为板底横向裂缝的延续。

5 下部结构病害及成因分析

5.1 盖梁

(1)竖向裂缝:部分盖梁柱顶位置出现竖向裂缝，缝宽0.05～0.2 mm，裂缝上宽下窄，长度在10～80 cm之间，个别裂缝竖向贯通，外侧墩顶处盖梁裂缝较内侧严重。

成因分析:经结构验算分析可知，支点负弯矩区抗弯承载能力不足，导致裂缝的产生，同时计算最大裂缝宽度为0.256 mm，已超过规范限制。由于桥面重车通常靠外侧通行，导致外侧墩顶处盖梁裂缝较内侧更为严重。

(2)盖梁水蚀:全桥多数盖梁水蚀严重。

成因分析:由于墩顶桥面铺装破损严重，桥面均发生横向开裂，雨水下渗经裂缝流至盖梁上，导致盖梁水蚀严重。

(3)盖梁混凝土劈裂、钢筋锈胀病害:全桥多数盖梁局部出现混凝土劈裂、钢筋锈胀现象。

成因分析:盖梁长期处于潮湿状态，雨水沿微裂缝或破损部位渗入混凝土内与钢筋接触，导致钢筋发生锈蚀。钢筋锈蚀体积膨胀，导致混凝土保护层发生劈裂并脱落，从而加剧了病害的发展，盖梁病害见图2。

6 附属构造物病害及成因

(1)伸缩缝病害及成因:由于桥梁的日常养护未重视，造成全桥伸缩缝内均被碎石、砂土塞实，导致伸缩缝失去伸缩功能。

(2)支座病害及成因:部分支座存在塌陷、脱空现象，根据现场检测推断，主要是原桥施工中施工管理及控制不当所致。

图2 盖梁病害

7 加固处治措施

(1)主梁:将原有简支体系变为连续构造，从根源上解决桥梁连续处开裂的问题，同时跨中截面荷载弯矩减少有利于提高结构安全储备。对于存在滴水现象的主梁，通过在梁底打孔将梁内积水排出，减少主梁荷载及对梁体的污染。

(2)桥面铺装:将原有铺装层凿除，种植钢筋及设置桥面铺装层钢筋网，浇筑12 cm厚的聚丙烯纤维混凝土，以增强混凝土的弹性和抗疲劳性，加强桥面整体性，利于铺装层参与受力。同时在该铺装层上加铺1 cm厚的MS－3改性沥青微表处［4］，以增强桥面的抗滑能力。

(3)盖梁:对于支点处存在竖向裂缝的盖梁，主要是由于盖梁的抗弯和抗剪能力不足造成，主要是先对裂缝进行处治后通过黏贴钢板进行加固补强。

(4)混凝土裂缝及缺陷:对外露钢筋采用钢筋保护剂和阻锈剂进行涂装;对混凝土破损采用改性聚合物水泥砂浆进行修补;而对于结构裂缝宽度＜0.15 mm的裂缝，采取封闭处理，宽度≥0.15 mm的裂缝，采取灌浆处理。

(5)伸缩缝及支座:为了恢复伸缩缝功能，对全桥伸缩缝进行了全部更换，同时根据结构体系变化情况在非连续墩处设置SSFB－80型伸缩缝;本桥支座均为板式橡胶支座，至今使用已达10年，部分支座除出现塌陷、脱空现象外，同时出现老化现象，由于更换支座需要顶升梁体，工程造价高，而且随着时间的推移，支座将进一步老化，更换已将成为必然。为了保证大桥的耐久性，所以在本次维修中，采取将全部支座进行了更换。

8 结束语

根据全桥病害现状，管养单位采取了相应的措施对该桥进行了加固维修处治，极大提高了桥面行车的舒适性，阻止了原桥面的进一步损坏。现该桥已维修完毕近一年，交通事故较维修前明显减少，产生了良好的社会效益及经济效益。

［1］JTG D60－2004公路桥涵设计通用规范［S］

［2］JTJ 023－85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］

［3］JTG H11－2004公路桥涵养护规范［S］

［4］交通部公路科学研究院.微表处和稀浆封层技术指南［M］.北京:人民交通出版社，2006