混凝土桥梁水害原因分析与处理

段艳菊

(大连市市政设计研究院有限责任公司 116011)

引言

桥梁作为交通路网中的重要节点，被广泛地用于工程建设中，而其中混凝土桥梁最为普遍。随着时间的推移，桥梁病害逐渐显现。对现状桥梁病害加以分析，找准病因，对于病害的处理、桥梁养护以及对今后桥梁设计施工都有很大的借鉴意义。通过对大连市一些旧桥的现状调查发现，危害最大、最常见的就是水损害。在长期水害作用下，桥梁表观性状、强度甚至内部钢筋都会产生不可逆转的破坏，直接决定着混凝土构件长期耐久性。

目前，混凝土桥梁水害问题研究多偏向于修补材料的开发和利用，而为了更好地对混凝土桥梁进行维护和维修，更应该系统地了解桥梁水害的特点及水害易发生位置和水侵害的方式，找准原因才能更好地应用于实际工作。

1 混凝土桥梁水害原因分析

1.1 水对桥梁混凝土结构损害

要分析水对桥梁的危害，先要了解水是如何对桥梁产生损害的，水一般情况下先是起到搬运作用，有害物质如CO2、 O2或其他酸性气体、氯化物等借助水分渗入到混凝土结构内部，渗入深度往往取决于混凝土的密实度。一般认为混凝土的孔隙率越大，水分越容易渗入，如果结构表面出现裂缝，不论何种原因产生的裂缝，都会加剧水分的进入，而且裂缝越宽越深，水分穿透距离越长。水将有害物质运输到混凝土内部后，又和有害物质发生物理或化学作用进而对结构造成破坏，其主要表现有[1]：混凝土碳化、氯离子侵蚀、碱集料反应、冻融破坏和钢筋腐蚀等。

1.2 易发生水害的位置

水的来源不同，水害发生的位置和侵害方式也有所不同。对桥梁造成损害的水的来源主要为降水、流水以及环境中的水汽等。

(1)降水造成的水害易发生的位置和侵害方式

1)桥面系[2,3]

桥梁作为开放式的构筑物，不可避免与自然界接触。降水直接作用位置为桥面，理想状态下的大部分降水经由桥面排水系统排至桥下或顺桥面纵坡流至两端道路，少部分降水虽停留或暂时渗入到沥青铺装层下，最终也会蒸发变成气体，不会对桥梁结构造成很大影响。

然而，通过对现状桥梁调查发现，桥梁排水设施设置不足、泄水孔堵塞、排水管损坏等，都会导致降水无法及时排出而滞留在桥面。在这种情况下，沥青铺装层和水泥铺装层间的防水层若存在缺陷或破损，会导致水继续下渗至水泥混凝土铺装层甚至桥梁结构顶面，导致水泥混凝土铺装层发生坑槽、断裂、破碎等病害，最终损害桥梁上部结构主体。

2)下部结构墩台表面[3]

伸缩缝位置橡胶止水带因堵塞或老化等原因失去止水能力，伸缩缝漏水后降水顺伸缩缝下流至墩台结构，对下部结构墩台造成损害。

3)防撞护栏内侧

防撞护栏内侧通常是桥面横坡最低点，桥面降水顺横坡流至防撞护栏内侧，然后顺纵坡流至泄水孔或两端道路进而排出桥外。在此过程中，水在护栏内侧停留时间相对较长，尤其对根部影响较大。在北方冬季由于融雪盐的使用，护栏内侧根部损坏现象比较普遍。

4)泄水管周边混凝土[2,3]

目前，排水管多采用PVC或HDPE管材，一部分预埋在靠近防撞护栏内侧的混凝土梁内部。由于管材和混凝土无法紧密结合，二者间的细小缝隙使桥面水缓慢渗入梁体，对梁体混凝土造成损害。

5)伸缩缝附近混凝土[2,3]

伸缩缝的安装方法一般为：在摊铺沥青混凝土铺装面层后再切割出伸缩缝槽，之后浇筑槽内纤维混凝土来固定伸缩装置。埋在铺装层内的防水层在伸缩缝槽壁的端头较难处理，桥面水通过沥青层下渗至防水层，再顺伸缩缝槽壁与后浇筑的混凝土间的缝隙流入防水层底，继而腐蚀梁体。

(2)流水造成的水害易发生的位置主要为处于水位变动区的墩台。由于流水的冲击以及水中有害物质的侵蚀造成墩台保护层剥落、钢筋锈蚀等。

(3)环境中的水汽是环境中的有害物质对混凝土桥梁结构侵蚀的催化剂或搬运工，在腐蚀环境下，这种危害遍布于桥梁的全部外表面。

2 混凝土桥梁水害处理

在处理已发生水害的混凝土桥梁之前，首先要查明水害的性质以及病害程度，以判断病害是否已经危及结构安全、有没有维修的价值等。如水害性质为被称为混凝土桥梁癌症的碱骨料反应，那么病害的发展是无法控制的，则桥梁已无维修的必要；如果病害已危及结构安全，而且结构年代久远，结构形式落后，维修后依旧需要限载，无法满足道路通行要求，也无维修必要；或者维修成本较高，甚至接近拆除新建费用，同样也无维修的必要。

对经初步判断后可以维修的桥梁，根据水害的性质有针对性地进行处理并预防病害的再次发生。对于水害造成的结构混凝土剥落、钢筋锈蚀等问题，首先将松散、剥离损坏的混凝土凿除，对锈蚀钢筋进行除尘、除锈及阻锈处理，然后进行结构补全，材料根据病害位置的面积和深度可选择结构胶、环氧灌浆料、自密实混凝土、聚合物改性水泥砂浆等材料[4]。而对于如何排水、防水等问题，下面将结合实际经验，给出建议的处理和防治方法。

2.1 降水造成的水害的处理和防治方法

大连市部分受水损害的桥梁实例见表1及图1～图5。

表1 大连市部分受水损害的桥梁实例Tab.1 Examples of water-invaded bridges in Dalian

续 表

图1 疏港东桥水害照片Fig.1 Water disaster in Shugang East Bridge

图2 解放广场桥水害照片Fig.2 Water disaster in Jiefang Square Bridge

图3 五一桥水害照片Fig.3 Water disaster in Wuyi bridge

图4 山峦桥水害照片Fig.4 Water disaster in Shanluan Bridge

图5 东北路3号桥水害照片Fig.5 Water disaster in the third bridge on Dongbei Road

从以上工程实例可以看出，降水造成的水害多为桥面防水层缺陷、伸缩缝防水失效、防撞护栏内侧腐蚀问题、排水管周边渗水问题以及排水设施不足等问题，其处理及防治方法如下：

(1)桥面防水层缺陷：破除沥青铺装，重建桥面防水层，恢复沥青铺装，如疏港东桥采用此方式处理。若水泥铺装层已发生破损，破损部位应清除后再浇筑高强度等级的微膨胀纤维混凝土的方式重建，如山峦桥和五一桥同时对水泥铺装层进行了修复。

(2)伸缩缝问题：恢复伸缩缝功能。对伸缩缝进行清理；老化的止水带进行更换，更换的止水带桥梁边缘位置可考虑加设竖直的排水管[5]，将止水带上少量的积水引出桥外，如疏港东桥；若伸缩缝已损坏或失效，则需同型号更换，如解放广场立交桥、五一桥和东北路3号桥。另外，因伸缩缝是敞开式结构，其橡胶止水带上方易因灰尘、杂物堵塞等原因导致橡胶止水带破损、老化，最终导致伸缩缝处渗水腐蚀梁体、墩台等，建议在橡胶止水带上方填充具有弹性的聚氨酯材料[6]，不仅不影响伸缩缝的变形功能，而且可有效防止灰尘杂物等的侵入，延长其使用寿命，此方法近几年在大连新建桥梁建设中开始推广，并取得较好的效果，如图6所示。

图6 聚氨酯填充伸缩缝Fig.6 Expansion joint filled with polyurethane

(3)防撞护栏内侧腐蚀问题：推荐在护栏内侧根部加设花岗岩边石[7]，利用花岗岩坚硬耐腐蚀的特点，保护防撞墙根部避免再次被降水、融雪盐等腐蚀和车辆撞击的损伤，提高安全性能；而且修补后的防撞墙外形美观，可以让旧桥焕然一新，此方法在疏港东桥和东北路3号桥的维修改造中进行了应用，效果良好，如图7所示。解放广场立交桥因行车道宽度的限制，没有空间加设花岗岩边石，利用了结构修补胶与混凝土粘结力好、防水、耐腐蚀的材料特性，大量使用结构修补胶对根部进行修复，效果尚可。

图7 防撞墙根部加设花岗岩边石Fig.7 Root of percussion wall with Granite curb

(4)泄水管周边渗水问题：对于旧桥泄水管周边渗水处理，可先将水篦、集水漏斗拆除，再用聚氨酯灌浆材料填充排水管与混凝土间缝隙，然后采用防水土工布沿泄水管四周铺贴在混凝土铺装层上，并涂刷一层防水涂料，涂料范围需大于防水土工布且与桥面防水层重叠，最后安装集水漏斗和水篦。疏港东桥采用此种方式处理，如图8所示。

图8 泄水管周边渗水处理示意Fig.8 Illustration of water seepage treatment around drain pipe

(5)桥梁排水设施其他问题：对于排水设施设置不足的，增设排水装置；对于泄水孔堵塞的，疏通泄水孔并加强日常养护；对于排水管损坏的，及时更换损坏的排水管。

2.2 流水造成的水害的处理和防治方法

对于单纯由于流水的冲击而造成墩台保护层剥落、钢筋锈蚀等，可以考虑先用前述方法恢复墩台截面，然后再采取增设导流设施或抗冲刷设施来降低流水冲击对墩台的影响。

而若水中存在对混凝土有强腐蚀性的有害物质时，则只对结构进行恢复是不够的，还需考虑防腐蚀措施。对于较为纤细的墩柱结构，可以考虑采用水下玻纤套筒加固系统，此技术目前在世界范围内已有很多应用，如国内衢州市常山县下界首大桥、温州浅门大桥和窄门大桥、济南玉符河大桥、辽阳小北河桥、沈阳市滨水路桥(图9)等，国际上美国切萨克海湾大桥、佩勒姆湾铁路桥等，实践证明此方法是一种经济、高效和长期维护的解决方法。

图9 沈阳市滨水路桥水下玻纤套筒加固Fig.9 Underwater glass fiber sleeve strengthening of Binshui Road Bridge in Shenyang city

对于壁式墩结构，可以考虑增大保护层的方式增强其耐久性，具体可考虑使用高强度等级高性能、耐久性能好的混凝土、环氧灌浆料、聚合物改性防水砂浆等材料。

2.3 环境中水汽造成的水害的处理和防治方法

对于腐蚀环境中水汽的危害处理方式，主要考虑增强混凝土结构密实性、隔绝水汽等，对于钢筋锈蚀可能性大的还需考虑钢筋的阻锈保护问题。

既有混凝土结构的密实度已无法改变，建议采用水泥渗透结晶型防水材料[1]，这种材料与水作用后，材料中含有的活性化学物质，以水为载体，向混凝土微孔及毛细管中渗透，催化混凝土内未完全水化的成分，再次发生水化作用，形成不溶于水的枝蔓状结晶，充塞混凝土的微孔及毛细管道，使混凝土致密，达到长久性防水、保护钢筋和增强混凝土强度的效果。

隔绝水汽主要是利用涂刷防腐蚀涂料[8,9]来实现，通过涂料封闭外表面，阻止氯离子、水和氧气等腐蚀介质的进入，从而增强结构的耐久性能。涂料通常由封闭底漆+中间漆+面漆组成，相关规范[8]规定了在不同的腐蚀环境下，推荐使用的涂层结构和厚度。大连市近年来对全市大中型既有和新建混凝土桥梁的外表面进行防腐涂刷，桥梁耐久性得到很大提升。

既有混凝土结构内钢筋的阻锈防锈，是一种事后补救措施[4]。根据实际情况，若钢筋的混凝土保护层已剥落，可考虑在补全结构的材料中掺入阻锈剂；若钢筋保护层尚存，可考虑使用喷涂型的阻锈剂，利用材料的渗透性、密封性和滤除有害物质的功能，当其渗透到混凝土内部钢筋表面后，形成分子膜保护层起到钢筋阻锈功能。

硅烷浸渍利用硅烷活性物质的渗透性，并与混凝土基材中的碱性物质作用，生成数毫米到十几毫米的憎水薄膜，提高混凝土表面防水抗渗能力。硅烷浸渍不改变混凝土表面外观，对外观没有要求的部位可以考虑选用此方法。疏港东桥维修时采用了涂刷喷涂型阻锈剂加硅烷浸渍的方法，增强耐久性能。

3 结语

桥梁是永久性的建筑物，一旦建成即进入维修养护期。本文对大连市现有桥梁的调查分析得出，桥梁病害往往都是结构耐久性方面的问题，其中以水害问题最为突出。本文就水害的作用机理、常见水害位置及原因进行分析，并针对性地给出处理的方法，实践证明这些方法可有效提高桥梁结构耐久性，供相关设计、施工、养护部门借鉴。