桥梁检测中发现的病害对设计的启示
2014-07-10
作者：贺智功
（四川省交通厅公路规划勘察设计研究院成都610041）
【摘要】结合旧桥结构定期检测工作,对一般性桥梁（拱桥、梁桥）的桥面系及附属设施、上部结构、下部结构及吊杆拱桥的吊索的所发现的病害进行病因分析,并从设计的角度提出预防措施。
【关键词】桥梁检测;桥梁病害;设计;措施
【中图分类号】U446 【文献标识码】B
1概况
桥梁结构的使用效果和寿命,主要由设计、施工和所用材料的质量而定。受当时认识的局限,设计、施工和所用材料可能存在某些缺陷,这些缺陷使桥梁结构在先天上存在着某些薄弱点。另外,桥梁在运营中又会受到不可避免的人为损坏及各种大自然侵蚀,带来后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影响往往结合在一起,再加上荷载和外力的最不利组合,很容易使桥梁发生不可遇见的损坏。一处或某几处局部的损坏又可能产生连锁反应,波及到更多的位置,发展成更大的损坏,乃至危及整个桥梁的安全。所以应及时发现桥梁的早期病害,在尚未出现更大的损伤之前就应采取维修养护措施,以控制病害发展或把病害清除,从而确保桥梁的正常使用,这是当代每一位桥梁工作者的神圣职责,也是在工作中贯彻“科学发展观”的具体体现。要及时发现桥梁及涵洞结构的病害,就必须全面系统的检查（测）,建立桥梁健康档案;并对检查（测）的病害进行分类分析,找出病害的主要原因,作出适当的评价,提出比较合理的处治建议,作为确保桥梁结构正常使用、进行维修加固的重要依据。几年来在桥梁检测方面进行了以下工作:
（1）完成了约500余座（特大、大、中、小）旧桥结构定期检测。
（2）约30余座（悬索桥1座、连续梁、简支梁、拱桥）静载、动载桥梁荷载试验。
（3）约500余道涵洞结构定期检测等。
（4）参与了拱桥、斜拉桥的施工监控工作,并为独立承担桥梁施工监控工作进行了设备购置、人员及技术储备的准备工作。
（5）与单位合作编制完成了成渝高速公路桥梁信息管理系统并投入使用。
2检测工作流程
3一般桥梁检测中发现的病害分类分析
现对桥梁结构检测中发现的典型病害情况归纳如下。
3·1桥面系及附属设施
3·1·1桥面铺装
病害表现形式:出现裂缝、局部坑槽,防水层损坏,导致桥面渗水、行车颠簸。主要形成原因:桥面铺装与梁体表面结合差,形成“两张皮”,未起到分散、连接作用（砼品质差,属于施工原因）;桥面铺装比较薄且不均匀（设计考虑）;桥面铺装的钢筋网钢筋直径小且间距稀疏（设计考虑）、超载（运营管理因素）等因素。
232008年第3期
病害发展会对全桥桥面板、主承重构件的承载力、耐久性产生不利影响;铺装的好坏直接影响梁体的好坏。
3·1·2伸缩缝
病害表现形式:伸缩缝两侧高低不平、上下错位、伸缩缝部件缺损以及伸缩缝附近铺装露筋,伸缩缝损坏是比较普遍的现象。主要形成原因:在安装过程中形成误差（施工技术水平影响很大）;选择不合适伸缩量的伸缩缝型号（设计考虑）;运营管理中的超载现象。病害发展会产生较为明显的跳车现象,对梁体产生较大的冲击力,如果加上支座病害的不利因素,
会对主承力构件梁体产生极为不利的影响。伸缩缝出现缺陷后往往会出现如下几种恶果:
（1）使司机的心理不快;
（2）可能成为引起交通事故的原因之一;
（3）缺陷向结构主体进一步发展;
（4）因噪声而对周围环境产生不良影响;
（5）加大冲击力,加速上部构造的损坏。
3·1·3防撞墙及栏杆
病害表现形式:撞坏、局部砼缺损、局部护栏丢失、防撞墙砼表面产生竖向裂缝,水浸入钢筋锈胀而使构件裂缝加剧。主要形成原因:防撞墙及栏杆无必要的“生根”和足够的抗撞推能力;未设置必要的温度变化缝（设计考虑）;超载普遍、疏于日常维护（运营管理因素）。防撞墙及防撞护栏的病害虽然不妨碍交通,但会丑化桥容,使桥上交通缺少安全感,降低交通安全的舒适水平。因此,对防撞墙及防撞护栏的病害要及时修补。
3·1·4台后衔接
病害表现形式:桥头引道填土产生不均匀沉降、坑槽。
主要形成原因:未设置台后搭板（设计考虑）;搭板设置不当（搭板厚度、长度不够、配筋不足）;未达到台后填土夯实的设计要求;未对搭板与路基的由刚性向柔性的缓冲过渡进行处理;施工质量差,超载（施工、运营管理因素）。
病害发生主要是由于搭板后面的路基不够密实,因此经过多年运营,在搭板路基末端局部沉陷,形成坑槽,同时在对应的搭板边缘处铺装砼有一道横向裂缝。由于坑槽的出现,产生了较为明显的跳车现象,对梁体产生较大的冲击力,如果加上支座病害的不利因素,会对主承力构件梁体产生极为不利的影响。
3·1·5排水及防水处理措施
病害表现形式:桥面积水。
主要形成原因:桥梁线型差（施工等原因）;排水设施处理不当（如成都二环路成温立交桥）。
病害发展会对桥梁耐久性产生不利影响,进而影响使用和寿命。
3·1·6支座
病害表现形式:支座与梁体脱空,可直接取出;老化龟裂并变形。
主要形成原因:支座的缺少丢失、支座与梁体的脱空以及支座与墩台帽的掏空现象大多系安装施工质量造成,而部分支座的老化龟裂及变形现象系运营过程中产生。
支座病害,在车流量大（超载车较多）、车速高的情况下,会加剧梁体的损坏,进而影响整个桥梁的安全行车,因此在设计中考虑如何采取措施方案易于施工,保证施工质量;同时在设计方案中通过计算分析,根据受力要求选取合适的支座型号（比如城市弯梁桥）。
3·2上部结构
在检测的上部结构中,主要病害归结如下:
（1）简支梁桥面板铰接缝连接差（包括横置桥面板）;
（2）预应力齿块等局部开裂（预应力管道方向）;
（3）宽板桥横向布筋不足引起的纵向开裂;
（4）大翼缘板负弯矩区横向开裂;
（5）牛腿布筋不当产生的受力裂缝;
以下分别就上述设计的细节问题进行描述。
3·2·1简支梁桥面板铰接缝连接差
简支梁桥面板铰接缝连接差在桥面上的反映是沿着桥面板的铰接缝位置处桥面铺装开裂、局部沉陷,出现单板受力的危险状态,在超重车辆车轴经过时,极易造成梁体损坏,影响行车安全。从设计方面考虑造成此类病害的原因有以下两点:
（1）铰接缝连接钢筋弱,如钢筋直径小、等级低、间距稀疏;
（2）桥面铺装与梁体表面结合差,形成“两张皮”,未起到分散、连接作用;桥面铺装比较薄且不均匀,桥面铺装的钢筋网钢筋直径小、等级低、间距稀疏。此病害在成渝、成绵、隆纳高速公路、一些城市桥梁中较为普遍,在各种桥梁的结构设计或加固设计中主要要从以上两点原因中进行改进设计。
3·2·2预应力齿块等局部开裂
在连续梁、斜拉桥梁体的顶板、底板上的预应力锚头齿块经常有沿预应力管道方向的裂缝,从设计方面考虑造成此类病害的原因有以下两点:
（1）沿预应力管道方向的横向钢筋布置间距稀疏,钢筋较弱;
（2）复杂受力宜通过局部应力分析计算指导设计配筋。
3·2·3宽板桥横向布筋不足引起的纵向开裂
从设计方面考虑造成此类病害的原因有以下两点:
（1）横向钢筋弱,如钢筋直径小、间距稀疏;
（2）空间双向受力,应以空间有限元分析进行计算分析。
此病害在成都营门口立交桥、江油市太白桥、三环路个别桥梁中存在,如果开裂过多,会发展成坑槽、钢筋网外露等更严重病害,严重影响桥梁整体使用寿命和行人行车安全,在桥梁设计方案中,对于宽板桥应根据空间计算分析进行指导设计。太白桥（江油市北环路流春桥）跨越安昌河,横穿太白公园风景名胜区,是一座融功能景观于一体的城市道路桥梁。该桥式孔跨为: 25·5m+2-43·5m+25·5m钢筋砼连续“V”型斜腿刚构式桥,两端采用U形桥台,桥梁全长146·9m。桥面净宽为净-14m行车道+2×3·0m人行道,全宽20·4m。桥面设置横坡:行车道为1·5%人字排水坡;人行道为0·5%单向排水坡。该桥建于1991年,该桥主要病害为存在一条纵向贯通宽裂缝。经查阅原设计图,横向钢筋布置较弱,我们进行了空间有限元分析,横向应力较大印证了出现纵向贯通裂缝的必然性。
3·2·4大翼缘板负弯矩区横向开裂
发生此类病害主要是由于大翼缘板的剪力滞后效应未得到充分考虑,因此,在设计方案中应充分考虑城市车道行车,若采用大翼缘板梁体设计方案,则应加强大翼缘板负弯矩区的布筋情况。
3·2·5牛腿布筋不当产生的受力裂缝在桥梁结构中,牛腿是主要组成部分,一旦出现裂缝会对桥梁整体使用及行车安全产生不良影响,在设计方案中应充分考虑牛腿的受力情况,按照实际受力特征加强布筋,使其在运营期间能正常工作并延长使用寿命。
3·3下部结构
在桥梁施工过程中,由于地基的承载能力不足,以及压实度未达到设计要求等原因出现地基不均匀沉降和大体积砼自身的温度收缩徐变因素,在桥台部位出现竖向裂缝的现象较为普遍,所以在设计过程中应通过地基的极限承载能力验算,根据桥台的受力分析,在实体桥台的合理部位必需设置竖向沉降缝,以保证桥梁能安全的使用。
4吊索的锈蚀问题
病害表现形式:钢绞线锈蚀（参考成都市南河桥、清水河桥、星辉桥、达渝高速公路州河桥等检测情况）。
主要形成原因:未有效阻隔空气、水份,使钢绞线锈蚀。
病害发展对桥梁结构安全极为不利。在设计中应采用新型吊索防护体系,提高索体的防腐性能,并对吊索的更换技术进行研究。
5建议
（1）重视桥梁运营期间的健康档案资料管理
从桥梁的设计、施工、竣工、运营、运营养护及加固等桥梁的全寿命过程中,全面建立档案资料信息,科学管理我国日益庞大的桥梁资产,根据桥梁的连续变化,便于准确判断病害原因,为科学决策提供依据。
（2）特大、大桥检查通道、扶梯等检查设备的设置。
89规范已经规定:特大、大桥上部构造应设检查通道、扶梯等检查和养护用设备,以保证工作人员的工作和安全。高墩设置围栏、扶梯,在连续刚构箱体内设置必要的防火、照明设施。若无以上设施,会给运营期间的检查养护带来不安全且增加较大费用,建议在设计时就充分考虑检查养护工作需要,设置必要的检查通道、扶梯等设施。
