桥梁结构的典型病害及原因分析

2014-08-15杨小宾

黑龙江交通科技 2014年8期

关键词：缆索拱桥桥面

杨小宾

(承德交通勘察设计院有限公司)

1 桥梁面临的严重病害

1.1 混凝土梁式桥的病害

大多数国家在建设桥梁时大多选用混凝土桥梁，根据调查显示，我国是使用混凝土桥梁比重最大的一个国家。近些年来，混凝土桥梁病害和安全事故不断发生，其事故发生的危害要比其他桥梁危害更为严重，而且修复的资金更为庞大，这个问题引起了全世界的关注。

在研究和调查混凝土梁式桥的修复资金时，我们可以得到以下数据:美国修复和维护混凝土梁式桥的费用每年为300 亿美元，并在未来五年内将花费一点3 个亿来解决基础施工中出现的问题和缺陷，在10年内需花费106 亿美元来解决功能性障碍桥梁。由于我国对与桥梁危害及修复资金的统计并不准确，从1994年的桥梁统计中得出，我国有病害的桥梁共有6 137 座，占我国桥梁总数的18%左右，其中的混凝土梁式桥占病害桥的一半左右，这是一个非常大的比重。

1.2 缆索承重桥梁的严重危害

缆索承重桥梁一般都是用于大跨度桥梁的使用，例如跨海大桥、跨江大桥、系杆拱桥、斜拉桥、悬索桥等。缆索一般都是放在桥梁的外侧，一直处于高应力下，对外部侵蚀等现象比较敏感，而且桥梁使用的缆索检查起来非常的不方便，维护人员常常忽略了缆线的维护。因此，缆索防护就变得非常的重要，它直接影响桥梁的功能性和寿命的长短，可以说缆索承重大桥的生命线就是缆索防护。

在修建悬索桥和斜拉桥的时候，我们发现悬索桥在使用十年左右的时候钢索就会出现明显的锈蚀，而斜拉桥的拉索病害情况更为严重。我国修建过很多座悬索桥和斜拉桥，最后都是由于桥梁的拉索耐久性不好而重新修建了桥梁，这是一笔巨大的经济损失。例如，我国的广州海印大桥从通车到更换仅仅用了10年的时间;济南黄河公路大桥从使用到更换只用了13年的时间;更为严重的是四川宜宾金沙江南门桥在使用10年后因吊杆损坏发生了部分桥面坍塌事故。我们可以发现，斜拉桥的拉索在10年左右都会出现或大或小的问题，材料问题是一个方面，最主要的原因就是由于拉索的耐久性防护措施不够导致钢索被腐蚀等现象的出现。

1.3 拱桥的病害

我国从20 世纪60、70年代建造了多座拱桥，很多的桥梁都由于开裂和腐蚀问题被加固和重建，浪费了人力和物力。我国开始修建钢管混凝土拱桥以来，在桥梁设计和理论施工都没有成熟时变开始大量修建拱桥。目前主跨200 m以上的拱桥，钢管混凝土拱桥占了一半左右，虽然建设速度很快，但不得不让人怀疑桥梁的安全性。由于桥梁施工和理论都没有得到完善，钢管拱桥的使用将会面临很大的问题。日后，我国修复桥梁的费用将是一笔巨额的支出。

2 桥梁结构常见的病害

2.1 桥面铺装破坏

由于车辆长期在桥面行驶，再加上车辆超载等问题的作用下，桥梁在没到使用年限的时候就出现了很多的病害，如桥面出现裂痕、凹凸不平等疲劳破坏特征。桥面铺装的损害在我国的影响是非常严重的，以往我国所建设的桥梁频繁出现问题，但近几年来国内建设的大型桥梁在刚刚投入使用几年就出现了桥面铺装损坏的现象。

2.2 桥头跳车

桥头跳车主要指的就是桥梁在使用一段时间后，都会存在后台填土下沉的现象。汽车在行驶到桥头位置时会由于跳车产生剧烈的冲击感，不仅降低了行车的安全性，还大大提高了汽车损坏的故障率，并且会对桥梁其他部位产生不利的影响。

2.3 混凝土开裂

混凝土拱桥在使用中会经常出现混凝土开裂现象。根据开裂位置可以将混凝土开裂分为主梁顶开裂、腹板开裂、齿板开裂、预应力锚头开裂;按照开裂的成因可以将其分为结构裂缝和非结构裂缝。结构裂缝主要是指混凝土所受的拉力远远超过了其所能承受的最大拉力，桥就会随着拉力的变化不断向外扩张，造成裂缝。非结构裂缝主要是由于混凝土的自身收缩进而温差的变化，由于桥体变形受到约束而产生的裂缝。

2.4 钢筋锈蚀

(1)氯离子的进入

混凝土的高碱性溶液会对混凝土中的钢筋进行保护，氯离子存在于外界，但它会通过扩散作用和毛细作用进入到桶内，混凝土内含量达到一定的值后，钢筋就会被锈蚀，在大于一定值后，钢筋的锈蚀速度和面积都会大大增加。氯离子锈蚀钢筋需满足一下几个条件，钢筋表面钝化膜的损坏;有充足的氧气;湿度适宜。

(2)碳化

空气中的二氧化碳再扩散到混凝土内时会与水发生反应生成碳酸，碳酸再与水泥反应生成碳酸钙，在流水的作用下碳酸钙沉淀在混凝土内，这一过程被成为碳化。

2.5 桥梁附属结构物的病害

(1)伸缩缝

伸缩缝主要都会安置在桥梁顶端或末端最不稳定的位置，桥面温度的变化和行车频率的变化下会不断伸缩变形，在这种长时间的作用下，伸缩缝很容易被损坏，不仅仅会影响行车事故的发生，还会引起桥体渗水，使桥梁的主体结构被侵蚀。伸缩缝的病害主要包括防水材料的老化、接头活动、硬件损害、伸缩缝进入异物、构造位置变形等。

(2)支座

支座在桥梁中主要起到的作用就是保证主桥梁结构的自由变形。但是但支座进入硬物后，会对钢板形成锈蚀，导致各个部件的脱落，严重影响了上部桥梁的伸缩变化。

3 引起桥梁结构病害发生的原因及其分析

3.1 设计方面的影响因素

桥梁作为一项基础工程，设计桥梁的图纸就变得尤为重要。很多设计人员在设计桥梁工程图纸时忽略了设计中需要注意的事项，他们往往都是为了满足规范对强度计算上的安全需要，而忽视了结构的构造以及结构材料的使用。有些桥梁设计的整体性和长久性不足，冗余性较小;有的图示和线条位置不对就会在桥梁建筑中使桥梁局部受压过大，这就会损害桥梁的使用寿命。

3.2 施工和管理的因素

施工和管理是工程实施过程中最为重要的两点。施工质量不合格、施工材料质量差、工艺不符合工程特点等问题都属于施工问题。而施工过程中企业疏于管理才是导致施工中出现上述问题的根本原因，施工过程中没有一个完善的管理制度，就会造成工程施工的无序性。

3.3 使用因素

造成桥梁结构病害的使用因素可以分为桥面超载或者载荷标准不详细、变形与变形障碍、风雨侵袭的自然作用、受到意外的强烈撞击、温度的变化、自然灾害的影响。

4 对于桥梁结构病害的解决策略

从全世界范围内来看，桥梁结构病害已经严重影响了国家的经济和人民生命财产的损失，认识到这一问题后，必须加强对桥梁的监督和稳固工作。针对以上桥梁结构的病害及其成因的分析，可以从以下几个方面对其进行改善。

首先，桥梁作为基础设施中比较重要的一部分，良好的桥梁设计是保证桥梁安全正常运行的根本保障，在设计中应采取初审、复审、后核的原则;其次，要对超载车辆进行大力度的打击，并在上桥位置明确标出载荷;再次，对与桥梁结构上几个比较典型的病害进行分析，提出具体的防护措施;最后，应建立健全、完善、合理、科学的工程管理制度，以减少桥梁的病害。