山区公路桥梁常见危桥病害及其防治对策研究

李均进 李波 袁博 余成群

摘 要：山区公路桥梁的总体特点一定程度上决定了其比较容易出现危桥，通过对近年来山区公路桥梁常见危桥病害的统计分析，归纳出了桥梁上部、下部及拱桥中常见的10类危桥病害，逐一分析各自的病害特征和产生原因，同时对如何预防危桥病害产生、合理处治危桥病害、着重关注危险桥型和关键部位以避免突发安全事故等方面进行了重点分析阐述，最后对本文未论述的其它危桥病害及其它特殊桥型的病害分析评定方法进行了概述。

关键词：山区;桥梁;危桥;病害;防治;桩基;裂缝

0 前言

云南作为地处云贵高原的一个省份，山高坡陡，其公路系统一个很大的特点就是桥隧比特别大。而作为山区，其桥梁又有其独特特点，首先是这些桥梁多是跨沟跨河或傍山而建，其次是桥梁运营环境相对复杂恶劣，泥石流、季节性暴雨、日温差特别大、干线少导致车流量大且高速分流重车多等。基于上述特点，其桥梁相对容易产生各种病害，在近些年对云南省各等级公路桥梁的检测中，发现了不少存在安全隐患的危桥，这些危桥对于人民的生命财产和行车通畅构成了巨大威胁。因此很有必要对这些山区公路危桥病害进行归纳总结，分析其病害特征和形成原因，从而提出针对性的防治、管养对策，尽可能将危桥病害消除在萌芽阶段，或及时发现危桥并采取相应措施将其安全隐患消除，确保桥梁结构的安全。

1 常见危桥病害归纳总结及应对措施分析

通过对近些年检测的危桥进行归纳统计，山区桥梁危桥病害主要出现在以下几个方面：在下部结构中主要出现在：①墩台基础冲刷淘空;②桩基钢筋锈蚀腐化;③桩基滑移、④桥台坍塌。在上部结构中主要出现在：①上部梁板超限开裂;②落石撞击或堆积挤压梁板破坏;③空心板底板厚度不足及相关病害;④空心板单板受力断裂。在拱桥中常见危桥病害主要有：①石拱桥主拱圈纵向开裂;②小跨径双曲拱桥拱肋损伤。

1.1 墩台基础严重冲刷淘空

墩台基础严重冲刷淘空是桥梁下部结构最常见危桥病害，一般有两种表现形式：一是桩基严重外露，如图1所示;二是重力式墩台基础基底被严重淘空。对于涉河桥梁，病害形成原因主要为河水持续冲刷或桥位下游长时间挖沙导致墩台基础周围土体流失;对于跨沟跨谷桥梁，病害形成原因主要为季节性强降水或桥面排水对墩台周围土体的冲切，其发展往往非常迅速。

桩基严重外露的危害首先是极大地降低了桩基的竖向承载力，其次在地震及其他横向力作用下可能会导致桥梁整体横向失稳。重力式墩台基础的严重淘空会使墩台坍塌倾覆的风险急剧增大。

根据上述特点，其防治主要有以下几点：一是对桥墩周围土体进行片石铺砌或其他抗冲刷防护措施;二是完善桥梁防排水设施;三是雨季加强对桥梁下部结构的巡检，特别是高边坡、地质条件差的区域，发现苗头及时处治。

1.2 桩基钢筋锈蚀腐化

该病害一般存在于涉水桥梁的桩基上，且一般伴有桩基外露，如图2所示。其产生原因主要有两点：一是由于桩基混凝土施工质量难以保证，混凝土不密实及钢筋保护层厚度不足等病害非常常见，混凝土无法起到对钢筋的保护作用;二是桩基被冲刷外露后，持续受流水的反复冲刷和侵蚀，当混凝土质量不合格时，侵蚀就会更迅速地发展，一旦钢筋发生锈蚀就会产生锈胀作用，锈蚀钢筋体积膨胀增大，进而自内向外破坏混凝土，进一步加剧内部钢筋的锈蚀，形成恶性循环。

其危害主要是当桩基承受较大横向弯矩作用时（如地震作用、桩基滑移等），钢筋锈蚀腐化部位有可能直接发生脆断，造成突然失稳破坏;其次是随着病害的发展，必然导致混凝土进一步腐蚀及桩径缩小，极大削弱桩基承载力。

对该病害的防治，第一是要确保桩基施工质量，同时在管养中防止桩基外露病害的出现;第二是对已经出现的病害及时采取加固和防护措施，确保其竖向承载力及与墩柱的整体性和延性。

1.3 桩基滑移

该病害在山区公路桥梁中常有发生，发生桩基滑移时，一般会在桥梁上下部结构及桥面系上发生次生病害反映出来。下部结构的次生病害一般为墩柱、系梁盖梁开裂破损，挡块开裂破损，墩柱移动倾斜变形等，如图3、图4所示;上部结构的次生病害主要为上部结构整体异常变形移位、梁板开裂及支座剪切變形、移动等;桥面系表现的病害特征为伸缩缝处标线错位、伸缩缝缝宽异常及防撞护栏横向错位，甚至桥面异常沉降变形。

造成桩基滑移常见的原因主要有：

（1）桥体附近大量弃土或建筑垃圾等杂物堆积侧压：这类原因造成的桩基移位是比较常见的，在施工和养护过程中要格外重视。

（2）桩基一侧开挖或桩底隧道下穿施工：桩基一侧开挖会在桩基一侧形成巨大侧压力，容易造成桩基及附近土体的移动;桩底隧道下穿施工则有可能大幅降低桩基的竖向承载力，从而引起桩基沉降移动，如图4所示。

（3）滑坡或桩基周围土体局部滑动：在山区陡坡地段，滑坡或局部土体塌方滑动引起的桩基滑移非常常见，图3中所示的病害皆是由于滑坡引起的，日常养护巡视要重点关注。

（4）桩基承载力不足;这里主要是指勘察设计阶段地勘不准确，导致桩基承载力不能满足设计要求。

（5）地震作用等。

1.4 桥台坍塌

常见的桥台坍塌病害一般出现在圬工重力式桥台，且前期一般由桥台排水不畅，致使桥台前墙或侧墙出现开裂、外鼓等现象，最后造成坍塌，如图5所示。混凝土重力式桥台出现坍塌病害一般是由于桥台处于陡坡处且基础出现冲刷、淘空，进而造成桥台整体坍塌。泥石流或滑坡冲击也会造成桥台甚至桥梁坍塌损毁。

其防治措施重点仍然是在日常的巡检上，当发现桥台前墙或侧墙出现开裂、外鼓或基础淘空病害时及时采取针对性专业处治，防患于未然。

1.5 上部梁板超限开裂

对于上部梁板裂缝，我们只需要重点关注规范不允许出现的结构受力裂缝，其出现即表明梁板的承载能力不能满足设计要求，需根据病害发展程度及时对开裂梁板进行专业处治，以免病害的进一步发展及桥梁安全事故的发生。

不同结构型式的梁板开裂的特点各不相同，需对各种结构型式梁板的超限裂缝逐一说明：

（1）空心板：底板出现大量横向裂缝，裂缝延伸至两侧腹板形成“U”型裂缝，缝宽超限;在梁端附近，左、右侧腹板（边板可见）出现斜向剪切裂缝，裂缝延伸至底板，有的裂缝甚至贯通底板形成斜向“U”型裂缝，缝宽超限。

（2）T梁、工梁：腹板左、右侧有大量对称竖向裂缝，随着病害的发展裂缝一般會向下延伸至马蹄侧面甚至底面（钢筋混凝土结构的裂缝由马蹄底面向上发展），缝宽超限;对于钢筋混凝土结构，在梁端附近，腹板左、右侧有大量斜向剪切裂缝，裂缝缝宽超限，部分裂缝甚至贯通整个腹板高度，越过中性轴。

（3）现浇箱梁：腹板出现大量竖向贯通裂缝，且裂缝大部分延伸至底板，缝宽超限;对于钢筋混凝土结构，在梁端附近，腹板出现斜向剪切裂缝，缝宽超限。

1.6 落石撞击或堆积挤压梁板破坏

对于山区傍山桥梁，当桥下净空不足或是离山体较近时，都有可能出现落石撞击、土体堆积挤压，进而导致梁体结构破坏的病害出现。具体表现有两方面：一是落石瞬间直接撞击，这些落石一般是山体滑坡、雨水侵蚀、地震作用或施工造成的岩石松动滑落，桥上直接撞击位置一般都会有直接破损和裂缝产生;二是梁板与山体间距离过近，山体上滑落碎石、土体堆积、挤压形成侧压力，致使梁板挤压开裂破损，一般在抗扭惯矩薄弱的T梁、工字梁上容易产生此类病害。

1.7 空心板底板厚度不足及相关病害

空心板底板厚度不足的明显特征是底板会伴有纵向裂缝及渗水痕迹，通过锤击，底板会有明显的空响声，稍用力锤击底板便会穿透、空洞，如图6所示。

空心板底板厚度不足的直接后果就是构件的整体截面刚度被大幅削弱，达不到设计要求;其次是底板钢筋和钢绞线失去保护，极易造成钢筋及钢绞线锈蚀，由于空心板大多数是简支结构，梁端位置及其他混凝土不密实部位比较容易进水，失去混凝土包裹保护，钢筋及钢绞线极易锈蚀;空心板底板厚度不足的另一个直接危害是造成预应力损失，致使有效预应力达不到或远小于设计值，威胁桥梁结构安全，如图6所示。

针对该类病害的防治要点是对存在底板纵向裂缝的空心板及空心板老桥，重点检查其是否存在底板厚度不足病害（通过锤击法），若存在则应进一步检查钢绞线或主筋锈蚀情况，根据病害情况进行针对性除防锈、底板增厚、钢板补强等处治措施。

1.8 空心板单板受力断裂

空心板单板受力导致的桥梁断板垮塌事故，在近几年的新闻中经常出现，该病害是空心板桥甚至梁桥上部梁板危害最大的病害，在重车通过时，很有可能会毫无征兆的造成空心板突然断裂，致使桥梁坍塌，危害极大。

空心板单板受力断裂的病害特征为：①大多出现在采用浅铰缝空心板的桥梁上;②桥面行车道上有可能会出现沿铰缝走向的纵向裂缝;③断裂位置不一定出现在跨中区域，在梁端至L/4区域也会出现。

空心板单板受力断裂产生的原因：①空心板设计计算的理论基础是板间通过铰缝传递剪力，不传递弯矩，要保证这一理论前提，必须要求所有铰缝都能有效传递剪力，否则所有板的横向分布系数都会远超设计值，而空心板及铰缝数量一般比较大，容错率相对更低;②铰缝狭小的上口会造成铰缝混凝土难以实现有效振捣，铰缝下口必然导致浇注的铰缝混凝土容易漏浆离析，且施工过程中和施工结束后都属于隐蔽工程，施工质量先天难以保证;③空心板施工质量问题，特别是预应力张拉没有达到设计要求，自身承载力无法达到设计要求;④第四大原因则是车辆超载。

针对这种病害的防控措施有：①尽量弃用空心板这种结构形式，同类型的可以选择小箱梁，若因梁高、桥下净空、美观等因素确需采用空心板时，建议采用深铰缝空心板，且应严格控制施工质量;②对于正在建设的空心板桥，对其预应力张拉、铰缝混凝土施工、桥面钢筋混凝土现浇层施工等环节严格把控，确保其单板承载力及横向联系满足设计要求;③对于在役空心板桥，一是查清其空心板类型，对于采用浅铰缝的一定要重点管养，二是加强日常巡检及定期检测，重点关注桥面纵向裂缝、梁板腹板和底板受力裂缝。

1.9 石拱桥主拱圈纵向开裂

对石拱桥结构安全构成较大威胁且比较常见的病害是主拱圈纵向或斜纵向开裂，如图8所示。其开裂的位置一般出现在主拱圈左、右两侧1.5 m范围以内，大部分沿砌缝发展。由于石拱桥本身就有横向联系比较差的弊端，主拱圈纵向开裂进一步恶化其整体受力状况，使其有沿裂缝向外侧突然倾倒的风险。

石拱桥主拱圈纵向开裂的原因主要有两个大的方面。第一个原因是拱上填料或活载对拱上侧墙产生的横向水平力导致的，具体譬如：①侧墙设计断面尺寸偏小，采用的石料尺寸偏小，石料间的砂浆不够饱满，粘结力不足;②拱上填料排水不畅，对侧墙造成比较大的侧压力;③拱上填料沉陷造成桥面沉陷不平整，导致行车产生的水平推力大增;④桥梁位于弯道上，车辆通过时产生很大的离心力;⑤车辆行驶在侧墙附近时对侧墙产生很大的推挤力;⑥施工因素导致，比如重新铺装沥青路面时采用振动压路机，在侧墙附近振动压实作业。该类原因产生的主拱圈纵向开裂一般都是自拱顶向拱脚方向发展。第二个原因是由桥墩台基础产生不均匀沉降所造成的，这类病害的特征是裂缝自墩台的前墙开始发生，向上往主拱圈拱顶方向发展。

目前对于这类主拱圈病害，主要处治措施是加钢筋混凝土衬拱同时对拱上填料进行针对性的注浆等加固措施。在管养方面，一是要确保防排水系统的有效性，二是桥面出现异常沉陷或纵向裂缝时，加强观测及养护，三是对桥面进行翻修时要对桥面的振动压实作业予以关注，四是要加强巡检，对主拱圈、拱上侧墙等重点部位进行重点关注。

1.10 小跨径双曲拱桥拱肋损伤

对于小跨径双曲拱桥（单孔跨径25 m以内），在近年的各种检测调查中，拱肋混凝土腐蚀粉化、主筋严重锈蚀、拱肋被撞击断裂甚至局部损毁缺失的现象和病害相当普遍，对桥梁结构安全构成很大威胁，如图9所示。出现这类病害的主要原因有两个：一是矢跨比小导致桥下净空低，容易被泥石流、落石及弃土弃石等直接外力冲击损毁，同时更易受到水的潮湿环境的侵蚀;二是构件尺寸偏小，不易控制施工质量，当混凝土内钢筋受到侵蚀发生锈蚀后就会引起锈胀作用，破坏混凝土，形成恶性循环。

对于此类病害的危桥，已无太大加固利用的空间和价值，建议直接废弃重建。

2 结语

对于本文介绍的诸多危桥病害，管养单位第一个应重点关注且能有所作为予以消除预防的是墩台基础的冲刷淘空及桩基滑移等，墩台基础作为桥梁结构承载力形成的基础，是确保桥梁整体安全的关键;第二个应重点关注的是空心板的单板受力断板，该病害也会导致桥梁结构突然坍塌安全事故，需要重点预防;第三个应重点关注的是石拱桥的主拱圈纵向裂缝和小跨径双曲拱桥主拱圈质量缺陷，其发展到一定程度也会造成桥梁坍塌。对其他影响桥梁结构承载力及桥梁结构安全的危桥病害也应及时按相关规范采取交通管制措施并进行专项加固处治。

除了本文归纳的常规桥型常见危桥病害，还有很多其它病害原因造成的危桥，对于其它特殊病害及斜拉桥等特殊结构桥梁，可以参照《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）和《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）中关于4类、5类桥的定义和5类桥单项控制指标等内容进行分析评定，必要时还需按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的技术要求进行专项检测、检算、验算及荷载试验来进一步分析确定，确保能真实客观的评定出桥梁结构的技术状况，避免危桥的服役运营。

参考文献：

[1]JTG/T H21-2011，公路桥梁技术状况评定标准[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG H11-2004，公路桥涵养护规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]刘庆志，李均进.空心板桥常见病害及其防控要点[J].山西建筑，2016（18）：167-168.

[5]彭伟.基于新旧规范的单跨双曲拱桥承载能力评价[A].中国公路学会养护与管理分会第十届学术年会讨会论文集[C].2020.

[6]孙文智，肖质江，金爱国，等.某石拱桥裂缝成因分析及整改处理[J].公路交通技术，2007（5）：74-77.