公路桥梁典型病害成因分析及防治措施研究

王绪

（甘肃路桥第三公路工程有限责任公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

桥梁是公路交通系统的重要组成部分，也是影响公路交通运行效率和运行安全的重要因素。然而由于公路桥梁受环境影响较为显著，长期运行中，不可避免地会出现各种形式的病害，若不及时治理，会对交通运行效率和运行安全产生负面影响。准确分析公路桥梁典型病害成因，优化对应的防治措施，对确保公路系统高效运行有重要意义。

1 公路桥梁病害的概念及分类

1.1 公路桥梁病害的概念

公路桥梁病害是实际运行中会出现的现象，相关研究将公路桥梁病害界定为发生在公路桥梁各个结构部位，在建设和运行环节，受设计、施工、养护、外部载荷、环境及非可控因素影响，出现的所有危及桥梁运行安全、适用性、耐久性及景观性的变异现象。也可以认为，超出桥梁结构承载能力及正常使用极限状态的不良现象，都属于桥梁病害。桥梁病害的出现，会影响桥梁的使用寿命和正常功能的发挥，严重情况下，还会引发交通安全事故，危及公众出行安全，带来不良的社会影响[1]。

1.2 公路桥梁病害的分类

公路桥梁病害类型较多，整体可以划分为通行能力不足病害、组成构件部位病害及承载能力不足病害等，其中组成构件部位病害属于典型病害，又可以根据结构部位差异，将病害细分为如下几种类型：第一，桥面系病害。主要有护栏、桥面铺装、排水系统、伸缩缝及其他附属设施病害。第二，上部结构病害。根据不同的桥梁建设方式，梁式桥、拱式桥、钢架桥、索式桥、异形桥及组合体系桥的具体病害表现形式也有所不同。第三，下部结构病害，可以细分为桥墩、桥台、地基及基础病害等。第四，支座病害。以板式橡胶支座为例，会出现位置串动、脱空、老化及底板变形等不同形式的病害。

2 公路桥梁典型病害成因分析

2.1 桥面系病害及成因

桥面系病害是在桥面整体上不同部位出现的病害现象，分布情况也较为复杂，主要有如下病害类型：第一，桥面铺装病害。所铺装的沥青混凝土在桥墩、台顶等部位出现横向裂缝，桥孔上桥面出现纵向或网状裂缝。第二，伸缩缝装置病害。有伸缩缝发生形变、堵塞等现象，导致伸缩缝功能受限。第三，防撞墙病害。主要表现为底座混凝土麻面、骨料或局部钢筋有外露现象。

桥面系病害成因：桥面铺装病害主要是由于铺装沥青混凝土骨料间出现黏性流失现象，加之在车辆荷载的反复累加作用下，桥面铺装层被破坏，进而出现病害。伸缩缝装置病害主要是由于伸缩缝中锚固混凝土与沥青铺装之间刚度差异较大，伸缩缝需要承受较大压力冲击，在车辆行驶的连续冲击作用下，锚固混凝土破碎、钢筋松动，导致伸缩缝功能丧失。同时在部分地区冬季降雪条件下，伸缩缝内会长期留存积雪或雪水，同时由于冻胀现象导致伸缩缝被破坏。防撞墙病害主要是由于冬季使用的除雪剂中含有的氯离子、施工材料中的氯离子对混凝土产生了侵蚀作用。

2.2 上部结构受力裂缝

桥梁上部结构受力裂缝主要分布于箱梁跨、底板接缝及箱梁腹板等部位，表现方式有横向裂缝、纵向裂缝等。若是裂缝现象较为严重，会导致上部结构运行稳定性不足，影响行车安全性[2]。上部结构受力裂缝的产生原因主要有如下几种：第一，箱梁结构在车辆荷载作用下，跨中部位下边缘位置容易出现裂缝，范围通常在0.1～0.2mm 之间。第二，施工过程中使用柔性金属波纹管，若是位置构造不合理或混凝土浇筑作业不当，底板部位容易在预应力钢束的径向作用下出现横向裂缝。第三，在设计环节没有依照技术规范要求配置混凝土齿板的非预应力钢筋，也会导致箱梁混凝土底板出现横向裂缝或斜裂缝。第四，混凝土浇筑不规范、梁体横向预应力或横向配筋不足等情形，会导致箱梁出现纵向裂缝。第五，梁体腹板参数设计不当，在边跨支座处梁体受剪力和截面弯矩的共同作用下，会使腹板混凝土出现弯剪斜裂缝。

2.3 支座病害

公路桥梁不同支座形式所产生的病害类型也有所不同。以板式橡胶支座为例，典型病害主要有支座整体破坏；胶体老化开裂或剪切变形现象过于严重；支座脱空现象较为严重，出现位置串动现象；支座被包裹或垫石损坏；钢垫板出现锈蚀现象。若是支座病害现象较为严重，会导致公路桥梁的运行性能受到严重影响，桥梁整体安全性无法满足车辆通行需求。以某桥梁墩盖梁顶支座为例，在日常巡检中，出现较为明显的病害现象，具体情形如图1 所示。

图1 某桥梁墩盖梁顶支座病害现状

病害成因主要有以下几种：第一，在设计环节部分指标参数取值不准确，导致施工中支座上下支撑面无法密切接触，甚至存在大幅度脱空、整体受力不均匀现象。第二，没有严格依照规范要求施工，盖梁垫石尺寸、标高及表面平整度等方面处理不到位，导致支座无法完全贴合，甚至出现脱空现象。第三，在桥梁运行期间养护工作不到位，如存在长期渗水问题，导致支座受到锈蚀，进而引发支座病害。第四，墩台出现不均匀沉降、变位及倾斜等现象，也会引发支座病害。

2.4 墩台身裂缝

墩台身裂缝是典型的公路桥梁病害，其表现形式包括水平裂缝、竖向裂缝及网状裂缝等，主要发生于常水位以上桥梁墩身向阳面，病害特征如图2 所示。墩台身出现裂缝会使潮湿空气进入结构内部，导致内部钢筋受到腐蚀。同时，在水流影响较为显著的情况下，墩台身还会出现偏位现象。若是处理不到位，会导致结构整体承载力下降，影响桥梁墩台运行性能，甚至引发桥梁安全事故。

图2 公路桥梁墩台身裂缝现象特征

3 公路桥梁典型病害的防治措施

3.1 上部结构病害防治措施

公路桥梁上部结构病害类型较为复杂，开展运维工作时，需要根据实际情况选择对应的防治措施，以有效提升病害防治效果[3]。例如，针对箱梁纵向裂缝病害，通常采用注浆方式进行处理，如果裂缝宽度较大，应采用粘贴碳纤维布的方式进行辅助处理。对于铰缝部位渗水较为严重，有砂浆大面积脱落的问题，应将脱落部位清理干净，并采用相同性质的材料进行重新铺装。对于腹板及主梁翼缘等部位出现的病害，多采用环氧混凝土进行修补处理。对于桥面铺装病害，应根据实际情况进行防治处理。如果桥面铺装有坑洞、坑槽等，通常采用局部修复或加固桥面板配筋的方式进行处理，但若是面积较大，则应采用更换铺装层的方式进行处理。如果桥面铺装有纵向裂缝，通常采用封闭裂缝或梁底横向加固方式进行处理。如果桥面铺装混凝土出现磨损严重、集料外露现象，应采用沥青混凝土罩面修复方式进行修复，或者直接更换桥面铺装层。

3.2 下部结构病害防治措施

桥梁下部结构病害类型较多，需要根据具体的病害类型采用不同的加固方式进行处理，以有效提升对应部位结构的稳定性。对于原有桥梁埋置深度不足的问题，应在采取必要加固处理措施的基础上，利用钢筋进行加固连接，提升桥梁基础性能。对于桥梁基础稳定性不足、桩基间距无法达到安全稳定运行要求的情况，应采用扩大承台、增加钻孔或预制桩等方式进行处理，以有效提升基础结构的稳定性[4]。对于墩柱部位存在的抗弯能力不足的问题，应采用增设混凝土套管的方式进行处理，有效提升运行稳定性。对于墩台位置出现的倾斜现象，应采用更换台背填土的方式进行处理，以有效降低台背承受的压力。对于伸缩缝破损现象，应先将伸缩缝内的杂物清理干净，再采用更换橡胶条、浇筑钢纤混凝土的方式进行处理。

3.3 支座病害防治措施

对支座病害的防治，需要根据实际情况进行修整或更换处理。更换处理主要是针对主要受力部件裂纹较大、剪切变形较为严重的桥梁结构，整体修复工作难度较大，在维护中需要更换损伤配件，或直接更换整个支座。针对变形较为严重、出现断裂现象的支座座板，应采用补焊方式进行处理。对于板式橡胶支座中出现的变形不均匀、脱空现象，应采用重新调整角点受力的方式进行处理。对于橡胶老化、开裂较为严重、有钢板外露等病害现象，应采用更换橡胶的方式进行处理。

3.4 混凝土结构缺陷防治

混凝土结构缺陷主要存在于主梁及下部结构，通常表现为蜂窝、麻面、剥落、缺损及凹陷等多种形式。进行防治处理时，通常是先将缺陷部位表层的混凝土凿除，直至露出新的混凝土[5]。利用除锈剂清除该部位外露的钢筋锈蚀，将表面清理干净，再利用聚合物混凝土进行修补。对于结构病害影响较小的缺陷部位，通常采用丙乳砂浆进行处理，对于病害较为严重的情形，需要采用高强细石混凝土进行修补。在修补作业过程中，技术人员应严格依照规范要求进行操作，确保将修补措施落实到位。此外，修补完成后，需要对整体结构进行全面清洗。

3.5 裂缝修补处理措施

裂缝是典型的病害公路桥梁病害，也是桥梁运维管理工作中应重点关注的内容，裂缝修补处理通常采用灌浆法，利用填缝材料有效黏结裂缝两壁，此举能够有效提升公路桥梁原结构强度。在灌浆作业前，需要采用定性与定量相结合的方式，分析裂缝的具体情况，计算材料配量、灌注压力等参数。流程大致如下：对开裂部位进行凿除并清理干净，利用专用灌注注射器将填缝材料注入裂缝构件交错。对于较宽的裂缝，通常需要将注射压力控制在0.1～0.2MPa 范围，如果裂缝较窄，进浆难度较大，可将压力控制在0.4MPa左右。

3.6 构建预防性养护体系

由于公路桥梁病害的发生属于动态过程，因此可以提前采取预防性措施，规避病害或避免病害扩大，进而有效降低病害对桥梁运行安全的影响[6]。在日常养护工作中，相关人员应转变传统工作理念，构建预防性养护体系，将预防性养护与矫正性养护有机结合，提升病害防治水平。预防性养护体系的构建，应以“严、早、细、勤、防”为基本原则，做好如下养护工作：第一，完善混凝土碳化预防性养护，在设计和施工阶段考虑碳化影响，采用增大保护层、优化混凝土配比、做好振捣作业、添加合适的外加剂等方式，提升混凝土性能。第二，完善对裂缝的预防性养护，在施工过程中，通过优化混凝土浇筑参数，提升混凝土强度，同时应做好施工后的养护工作，若发现裂缝，需及时根据裂缝宽度进行灌浆处理。第三，完善钢筋锈蚀预防性养护，采用增加保护层厚度的方式，预防钢筋锈蚀。

4 结语

公路桥梁的典型病害类型多样，具体成因较为复杂，在养护过程中，必须结合具体的病害类型及成因，分析施工材料、施工工艺、运行载荷及环境等影响因素，进而采用合理措施进行处理。此外，应采取预防性养护模式，规避病害或避免轻微病害扩大，以有效提升公路运行安全性、稳定性，为公路交通事业的健康发展奠定良好基础。