高速公路桥梁病害的防治
2010-10-25
高速公路桥梁的特点在于车速快，流量大，对桥梁的冲击力大；很多高速公路是交通要道，一旦封桥将造成严重堵车，甚至周围地区交通陷入中断状态。这些特点给桥梁的定期检查和养护维护造成了困难。因此，总结高速公路桥梁的病害特征对桥梁的养护、维修和加固都具有重要意义。
本文通过对两条高速公路线上300多座桥梁的定期检查，总结了各种形式桥梁的病害特征，分析了病害原因，并针对高速公路桥梁的病害从设计、施工、使用和养护等方面提出了对策，对既有病害的整治和桥梁维修加固方法进行了讨论。
高速公路桥梁常见病害原因分析
纵向裂缝是预应力空心板结构的常见病害，一般有以下几个成因：桥面铺装和伸缩缝破损严重，桥面水渗入梁体，导致梁体纵向钢筋锈蚀膨胀，底板沿纵向开裂；施工阶段张拉预应力过大，横向主拉应力过大所致；施工时空心板预制抽胶管时水没有排净，冬季冻胀造成板底开裂。纵向裂缝的存在加剧了钢筋的锈蚀，影响混凝土结构的耐久性。
普通钢筋混凝土整浇实心板梁的裂缝比较复杂，既有横向裂缝和纵向裂缝，斜交板还有与行车方向不一致的斜裂缝。底板跨径内的横向裂缝通常是受力裂缝，是由混凝土抗拉强度低的特性决定的。对于宽跨比较大的整浇实心板梁，由于横向应力较大而配筋较少，会引起纵向开裂。斜交板梁由于其结构特点，裂缝一般偏向钝角方向。
T梁结构有如下几种常见裂缝：跨中梁底横向裂缝，是由于正截面抗弯强度不足造成的。对于普通钢筋混凝土结构允许拉区开裂，对于预应力结构梁底横向裂缝需要引起足够的重视。支座附近腹板斜裂缝由于腹板抗剪强度不足引起的。腹板均匀分布竖向裂缝；裂缝有的上宽下窄，有的中部宽两端窄，呈枣核形。这类裂缝通常由于吊装、养护不当以及混凝土收缩引起的。装配式T梁腹板与桥面板之间纵向裂缝，主要是施工质量问题。
桥梁上部结构病害分析
由于桥下无明显限高标志，会导致边梁（板）被车辆撞击，混凝土脱落，严重者主筋或钢绞线外露、崩裂，影响了梁体的承载能力。也有的梁底被刮蹭、局部混凝土剥落、有大面积的划痕，影响了结构耐久性。预制板铰缝混凝土脱落、渗水现象也比较常见，主要是由于施工质量差以及桥面防水层失效造成的。
一方面水渗到板梁底面影响结构的耐久性，另一方面铰缝混凝土构造失效后板梁之间横向联系降低，荷载作用下单板受力较大，容易引起底板横向开裂。
T梁横隔板混凝土开裂、脱落、露筋锈蚀。由于施工质量差以及高速公路桥梁受车辆冲击力较大致使T梁横隔板尤其是后浇带混凝土破损现象较多，导致桥梁横向联系降低，单梁受力较大。
钢筋锈蚀、混凝土风化剥落此类病害在上部结构及盖梁、墩柱和桥台等各部构件都有发生，可分两种情况：一种是混凝土剥落开裂后导致钢筋锈蚀，即先裂后锈；另一种是由于保护层太薄、露筋或渗水等引起钢筋锈蚀膨胀，继而混凝土剥落，即先锈后裂。主筋锈蚀将导致其有效截面的减少，混凝土剥落开裂后使钢筋更易锈蚀，如此恶行循环对桥梁的危害是相当大的；另外还有的桥梁由于施工质量差，造成钢筋外露，混凝土破损，引起钢筋锈蚀的化学原因主要是氯离子的侵入和混凝土的碳化。
桥梁下部结构病害分析
常见的支座形式有油毛毡支座、板式橡胶支座和盆式橡胶支座。油毛毡支座经常发现破裂和滑动面不平整的现象。板式橡胶支座的主要病害是脱空、老化开裂和剪切变形，此类病害在所检测桥梁中比较普遍。盆式橡胶支座的情况好于板式橡胶支座，但有的支座螺栓生锈、上螺栓卡死，支座无法活动。支座的病害可能使上部结构失去活动能力，从而产生附加内力，对桥梁的承载能力和工作状态产生不利影响。
桥面铺装层病害表现为铺装的纵横向裂缝，铺装层剥落，引起这一病害的主要原因是冲击荷载。铺装层的病害在高速公路上的危害性非常严重：铺装层破损会使车辆冲击荷载进一步增大。
防水功能失效后，雨水渗入主梁中，使主梁受力钢筋锈蚀，这一点对于钢筋混凝土结构而言危害尤其严重；铺装层的破坏会还改变设计荷载的横向分布状态，使得横向刚度变小，各梁板受力不均，并使主梁实际高度变小，纵向刚度减弱，挠度增大。
伸缩缝设置在梁端相对薄弱的部位，受桥面温度变化的影响和车辆荷载的作用频繁不断地伸缩变形，极易损坏。
伸缩缝的损坏后，不仅影响行车的舒适性，而且造成许多桥梁在桥台和盖梁位置漏水，进而引起桥梁主体结构和支座的腐蚀。伸缩缝的常见病害有：软性防水材料老化、脱落，接头活动异常，锚固构件损坏，伸缩缝凹槽填入其他硬物，不能自由变形，构造部位下陷或凸出等。
减少高速公路桥梁病害发生的对策
引起桥梁病害的因素涉及到设计、施工、使用和管理养护等各方面，而且因为桥梁的结构类型、跨度、环境和使用条件不同而各不相同。要减少病害的发生，就必须从上述各方面入手，有针对性地采取对策。
国内在设计方面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，为桥梁的病害埋下了病根。一方面是结构设计不合理，对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。
另一方面是计算和设计不完善，如设计安全系数不恰当，进行有限元分析时对结构边界条件和传力路径认识不清除，对施工方法、顺序和施工荷载等结构成桥性能的影响认识不够等。
很多桥梁病害经常与施工质量低劣有关，典型的问题有钢筋保护层不足及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂、混凝土蜂窝、麻面、露筋等问题，其主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的后期使用和长期耐久性产生非常不利的危害。
车辆超载是我国公路运输中较为普遍的现象。桥梁的超载一方面可能会引发疲劳问题，加大疲劳应力幅度、加剧损伤，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。国内很多地区对于桥梁的日常检查和养护还不是十分重视，一座桥梁往往前期建设投入很大的成本，而忽视桥梁运营中的养护和维修。很多病害没有在桥梁日常和定期检查中发现并及时予以整治，天长日久导致病害加重不得不采取加固措施，此时投入的加固费用十分可观，甚至会超过建设费用。从根本上减少桥梁病害的对策就是采用合理缜密的设计方案，保证良好的施工质量，加强对高速公路桥梁使用荷载的研究，避免超载现象，以及进行完善的日常检查和养护。
任何一座桥梁在运营中不可避免会产生一定程度的病害，对桥梁病害必须采取合理的方法进行整治或维修加固。
但更重要的是在设计、施工、使用及管理和养护等过程中去预防病害的发生，降低后期的维修保养费用。
