浅谈道路桥梁结构病害与加固

李恒赢

摘要：加强道路桥梁的加固水平，降低质量问题和结构病害是当今桥梁建设中迫切要解决的问题。本文对桥梁病害的成因、病害数据、破坏机理进行分析，并有针对性的提出了防治措施。

关键词：道路桥梁;结构病害;防治措施

1. 道路桥梁结构病害分析

1.1梁底板裂缝病害特征及规律

统计分析大量己有文献和工程实践的资料，空心板梁桥底板纵横向开裂的原因归纳起来主要有三个方面：设计、施工、运营。

1.设计原因空心板底板厚度普遍较小，且为了节约工期，降低工程造价，预应力空心板多设计为宽幅状，所以空心板的顶底腹板厚度往往偏薄，局部承载能力相对较弱，为纵横向裂缝的出现埋下隐患。此外，空心板梁桥的预应力体系通常设计为扁锚结构，管道摩阻系数往往较大，锚固位置的局部应力也较大，所以施加预应力时，底板混凝土位置开裂。

2.施工原因设置的预应力钢筋本应呈现直线状态，但因为施工不规范的原因，大多呈现曲线的波浪状态。张拉预应力后，力筋又向直线形式转变，所以波动的钢绞线部分会使得附近混凝土承受推压，故发生横向变形，在混凝土发生横向变形的部位处的力筋位置的底板随之沿着纵向开裂。

3.运营原因据大量的交通量统计，大多数小车往往习惯走超车道和临近超车道位置，而超过2/3的重载车辆往往习惯走道路右侧。受到重载车或超限车长期间作用时，极易引起底板的纵横向开裂。

1.2梁桥底板裂缝病害机理分析

空心板梁底板纵向裂缝的产生原因主要包括设计、施工及运营三个方面：

1.设计方面

早期空心板梁设计由于经济因素制约，其底板厚度较薄（一般为10～12cm左右，部分梁体优化设计后底板厚度更薄），薄壁结构在纵向受力时其截面将发生畸变变形，同时在底板上下缘产生畸变弯曲应力，当畸变拉应力超过混凝土的抗拉强度，势必导致底板产生纵向开裂。若底板横向构造配筋较少，则钢筋无法限制纵向裂缝的扩展（底板横桥向为普通钢筋混凝土结构），这也是底板纵向裂缝宽度一般较大的原因之一。

2.施工方面

施工工艺引起空心板梁底板产生纵向裂缝的因素较多，其中预应力因素较为关键。正常状态下施加预应力，预应力将对截面产生轴向压力和弯矩，由于混凝土材料的泊松效应，在轴向压力作用下底板将产生横向拉应力，此应力与截面的畸变应力组合后往往大于混凝土的抗拉强度，这就是产生纵向裂缝较为普遍的原因之一。若后张法预应力管道定位不牢固，预应力钢束在浇筑混凝土后出现起伏状，则张拉钢束时预应力的径向力将导致底板出现局部开裂。曾对部分出现纵向裂缝的空心板梁进行了验证，发现底板出现裂缝与定位钢筋间距太大或定位不牢固有直接关系。

3.运营方面

大量的日常检查结果表明，采用四个板式橡胶支座的空心板梁极易出现支座局部脱空、整体脱空甚至支座缺失的情况。若空心板梁支座出现病害，则梁体受力偏移设计意图，空心板梁约束扭转内力加大，在约束扭转的作用下截面同样产生畸变弯曲应力，也是引起空心板梁底板纵向裂缝的原因之一。空心板梁底板纵向裂缝应由空心板内外温差所引起，并指出底板对内外温差较为敏感，而顶板不敏感，并建议在空心板梁底板开通风口。笔者认为空心板梁内外温差对底板受力影响较小，一方面是空心板梁壁厚较小，热传导很快就能完成;另一方面中板受外界环境温度影响较小，但中板出现底板纵向裂缝亦是普遍现象。

2.道路桥梁病害的防治策略

2.1设计防治措施

对于隐藏在设计阶段的病害，设计时应具体分析桥梁所处环境、地形、荷载情况、施工季节等，选择与之相适应的桥梁结构形式、材料及施工方法等，确保桥梁后期运营阶段的安全性与耐久性。

桥梁结构设计初期应具体分析桥梁所处位置的地质与环境，根据不同的地质选择相应结构类型，根据不同的环境选择及与之相适应的材料。设计时应根据环境选择能够较好的适应变形的结构类型;由于环境温度温差大，结构经常遭受热胀冷缩现象，应选择抗冻性能好的混凝土材料;沿海地区，由于海水中存在大量的氯离子，桥梁结构与海水接触导致氯离子对结构的腐蚀现象严重，结构设计时，混凝土材料应选择抗氯离子腐蚀性能强的材料。对于后期运营阶段的常见病害，如裂缝、跨中下挠过大，在设计阶段应采取相应措施避免或延缓该类病害的发生与发展。表层裂缝一般是由于混凝土材料的劣化导致，此类病害设计时应注重材料的选择，在设计初期应选择与环境相适应的混凝土材料;对于影响结构的安全性的结构性裂缝，通过分析其原因得知，设计时应保证截面有足够的强度;必须配置弯起钢束，充分考虑预应力的损失，同时也应配置相应的竖向预应力束，通过二次张拉的方法对预应力进行补张拉，确保有效的预应力;适当增加腹板底部厚度和普通钢筋含量，对箍筋进行适当加密;加大梁高范围纵向水平钢筋直径，并对其间距进行适当加密，可以有效防止水平裂缝和斜裂缝的产生。

2.2施工防治措施

施工阶段保证混凝土的浇筑质量以及对混凝土进行有效的养护是防治混凝土表层缺陷的主要措施。尤其是在夏天施工时，对于混凝土的浇筑应减少每次的浇筑厚度，充分利用浇筑层面使混凝土内部热量散失;对于桥墩部分等大体积混凝土浇筑，可以通过选择最合适的施工季节;埋设水管，注水降温等;对于在夏季施工的工程，避免或者减少混凝土接触使其温度升高的因素，应采取有效措施降低混凝土入模温度等若遇到环境温度急剧下降的天气，应采取有效措施对己浇筑的混凝土进行表面保温，避免表面产生温度梯度，致使裂缝的产生;当混凝土温度高于环境温度时，必须控制好拆模时间，且在拆模后应及时对混凝土表面采取保温措施，避免表面温差作用导致温度应力，致使裂缝的产生。

2.3病害整治措施

（1）梁底开裂的预防措施

从设计的角度分析，空心板梁底板偏薄容易导致梁底横向裂缝，针对这种因结构构造原因导致的病害，站在设计角度来分析最好的办法就是适当提高底板厚度。

从施工的角度分析，空心板梁的混凝土质量对其强度至关重要，由于空心板梁高度偏低、底板较薄且内部钢筋复杂，如果施工过程工艺控制不严或材料施工配合比不科学等原因，很容易导致空心板梁底板混凝土质量存在隐患，最终导致底板强度低于设计值而容易出现开裂现象。

（2）梁铰缝破损的预防措施

从设计的角度主要考虑对铰缝构造进行优化、加强连接钢筋、改进铰缝材料等，目的是加强铰缝与梁板横向连接作用、加强桥面板与梁板的连接作用。从施工的角度分析主要考虑严格控制施工工艺、流程。从后期运营的角度分析主要考虑限载超载车辆通行、加强日常养护。

结论

本论文首先介绍了研究背景以及国内外针对道路桥梁底板、铰缝破坏的研究现状，提出了本文的具体研究内容;分析了管养数据，发现病害率最高的桥梁类型是空心板梁桥，在空心板梁桥的病害中梁体裂缝是发生数量最多的病害。分析梁体不同构件上的主要裂缝病害后，选择铰缝、底板裂缝作为空心板梁桥的代表裂缝进行研究。根据管养数据分析这两种裂缝病害的特征，着重对铰缝和底板裂缝病害的特征及规律进行来分析;最后，针对空心板梁桥裂缝的特征，提出了相應的应对策略，从设计到施工、到防治等不同阶段对空心板梁桥裂缝进行了应对措施介绍。

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