公路混凝土桥梁病害分析与技术建议

唐 垚，高迎鑫，刘洪波，高红帅

(黑龙江大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引 言

21世纪我国经济建设飞速发展，交通运输事业发挥了举足轻重的作用。其中，公路交通运输发挥的作用日益增长，而桥梁作为公路交通的重要节点，是跨越障碍物，保障公路顺畅通行的重中之重。混凝土桥梁占据公路桥梁数量的绝大多数。混凝土桥梁包括钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁。由于我国早期的经济体量小，技术不够先进，早期修建的中小跨径桥梁多采用钢筋混凝土结构，后期逐步采用预应力混凝土结构。

随着交通运输事业的快速发展，桥梁的规模及数量每年都在大幅度增加，与此同时运输量和汽车载重量也不断增加。这使得桥梁面临的风险不断增大，尤其是建设年限较长的桥梁，它们极易出现危及桥梁安全的病害。桥梁的可靠性状况在受到承载能力、使用年限的影响的同时，还受到桥梁所处外界环境的影响。例如寒区特殊气候环境影响该地区桥梁的材料和结构，相比于常规环境表现出差异较大的特征，暴露出很多严重的问题，影响桥梁的正常使用，加之使用阶段管理养护的不及时和不全面，也会造成桥梁出现不同程度的病害，并且随着病害的不断加深，导致桥梁承载能力降低，甚至造成安全事故。

通过对某条公路40座混凝土桥梁的现场实地调查评估，统计了该路段混凝土桥梁出现的病害，发现桥梁病害表现出一定的特点和规律，主要为翼墙、锥坡病害，混凝土结构表层病害、裂缝、钢筋腐蚀、伸缩缝病害、桥面铺装病害、支座病害、桥面排水不畅、河床冲刷、路面沉降、栏杆锈蚀和损坏，基础冲刷和河床堵塞等。因此开展公路混凝土桥梁的深入调查是有必要的，可以为桥梁可靠性评价体系的建立、桥梁运营养护提供科学合理的依据。

1 公路桥梁的特点

1.1 桥梁类型

桥梁的类型可以分为三种，分别是大桥、中桥和小桥。其中大桥有1座，中桥有12座，小桥有27座，分别占公路桥梁总数量的2%、30%和68%，可知该路段混凝土桥梁主要以小桥为主。

1.2 桥梁跨数

桥梁跨数可以分为六种，有1跨、2跨、3跨、4跨、5跨和6跨，分别占65%、5%、23%、2%、2%和3%。可知该路段混凝土桥梁主要以单跨桥梁为主。

1.3 桥梁宽度

桥梁宽度可以分为4种，有8.5 m、10 m、11 m和12 m。分别占22%、40%、15%和23%。可知该路段混凝土桥梁主要为10 m宽度桥梁。

1.4 桥梁长度

桥梁长度可分为3种，有30 m以下桥梁、30～100 m之间桥梁和100 m以上桥梁。分别占58%、40%和2%。可知该路段混凝土桥梁主要为30 m以下桥梁为主。

2 公路混凝土桥梁病害分析

对某条公路40座混凝土桥梁的检测结果进行详细统计，可以发现该路段桥梁病害呈现出一定的特点和规律，主要是翼墙、锥坡病害、混凝土结构表层病害、裂缝、钢筋腐蚀、伸缩缝病害、桥面铺装病害、支座病害、桥面排水不畅、河床冲刷、路面沉降、栏杆锈蚀和损坏，基础冲刷和河床堵塞13种类型。本文从各类型病害桥梁、各桩号桥梁病害种类数量和桥梁病害类型数量三个方面进行对比分析。

2.1 各类型病害桥梁

各类型病害桥梁所占的比例如图1所示，通过分析可知翼墙、锥坡，混凝土结构表层，伸缩缝，桥面铺装和支座是最容易发生病害的部位，出现此部位病害的桥梁分别有38座、40座、36座、34座和35座，所占比例分别为13.4%、14.1%、12.7%、12.0%和12.4%，露筋和路面沉降是最不容易发生的病害，出现此病害的桥梁分别只有1座和2座，所占比例分别为0.4%和0.7%。

图1 各类型病害桥梁所占比例

2.2 各桩号桥梁病害种类数量

各桩号桥梁出现病害种类数量如图2所示，通过分析可知左半部分(路线大桩号侧)柱状图较密集，而右半部分(路线小桩号侧)柱状图较稀疏，这说明大桩号侧桥梁比小桩号侧桥梁出现的病害种类多，桥梁病害较为严重。

图2 各桩号桥梁病害种类数量

2.3 桥梁病害类型数量

通过分析可知出现七种以上病害类型占据70%的比例，其中出现七种病害类型和九种病害类型的桥梁均有8座，所占比例均为20%；而出现八种病害类型的桥梁是最多的，有12座，所占比例为30.0%；仅有1座桥梁出现三种病害类型，其余桥梁均出现三种以上病害类型，而且没有无病害桥梁，说明公路混凝土桥梁普遍存在多种病害。

3 公路混凝土桥梁病害处理技术建议

3.1 桥梁支座病害

支座病害主要分为两类，一类是荷载因素引起的病害，另一类是非荷载因素引起的病害。荷载因素引起的病害主要是由于桥梁梁体所受荷载异常引起支座受力不均，局部荷载过大所导致的，可以从剪切受力破坏和偏压受力破坏两个方向进行分析。常见的有支座开裂，支座脱空和支座剪切变形等；非荷载因素引起的病害主要是由于环境因素以及施工偏差导致的，常见的有支座老化、支座钢板锈蚀，支座安装偏差以及支座防尘罩缺失等。

对于支座剪切变形、支座脱空以及支座开裂等病害，核心工艺均是梁板同步顶升。同步顶升梁体后，调整支座位置或更换支座，并且要保证调整后的支座整体净高值符合设计要求，从而使得支座均匀受力。

针对钢板锈蚀病害，应根据设计要求和实际环境重新对钢板进行防腐处理，并对后期可能浸入雨水等情况进行预先防护处理。

3.2 裂缝

桥梁裂缝通常分为荷载裂缝和非荷载裂缝，荷载裂缝主要是由于桥梁在使用期间，承受着自身荷载和行驶车辆所带来的荷载，荷载力以及次应力的作用导致桥梁出现裂缝。荷载裂缝可以从中心受压，受弯和受剪三种受力方式分析其各自特征。对于非荷载裂缝，一方面是由于桥梁在浇筑过程中，混凝土内部水化热散发不及时，温度过高，如果此时外部温度较低，混凝土内外温差过大，从而导致混凝土在温度应力作用下产生较多裂缝。另一方面是由于混凝土配比不科学以及养护不到位等因素导致的施工裂缝。

桥梁裂缝的处理主要从预防和加固两方面着手。预防工作首先是优化桥梁设计方案，提高安全性，避免因设计方案存在缺陷而导致裂缝；其次对原材料进行严格的质量控制，并且保证材料配比科学化。再者混凝土浇筑应分层浇筑，控制浇筑温度，防止因温差过大产生较大温度应力，并且要二次振捣提高抗裂能力。加固工作主要是对已出现的裂缝，选用适当的材料对裂缝进行修补。

3.3 混凝土结构表层病害

混凝土结构表层病害情况较为普遍，主要表现为大量混凝土出现剥落和泛碱。对于此类病害，应在后期养护维修时，对混凝土泛碱处进行细致打磨，并使用钢丝刷和专用的清洁剂对其进行刷除处理，清洗干净之后，再用水泥防水材料进行密封；而对于混凝土剥落处，可先清除松散剥落部分，然后采用聚合物砂浆对其进行修补处理。

3.4 桥面铺装病害

桥面铺装病害主要表现为沥青开裂和坑槽、车辙等情形，原因主要有以下几个方面：一方面是设计时对桥面铺装的受力考虑不足，导致铺装层厚度不达标，其次施工时材料配比与实验室配比差距较大；另一方面养护时未做好桥面排水工作，导致出现水损害问题。

解决桥面铺装病害首先要完善桥面铺装层的设计，保证铺装层厚度满足要求；其次要优化材料配比，使用性能较好的沥青及沥青混合料，最后就是加强施工管理和后期养护工作。

3.5 伸缩缝病害

由于行车荷载的反复冲击以及自然环境因素的影响，导致伸缩缝堵塞，砂石沉积，影响正常伸缩性能，进而导致伸缩缝变形。防治措施主要是合理设计，加强施工管理，严格按要求安装橡胶密封条；做好养护工作，及时清理伸缩缝堵塞杂物。

3.6 其他病害

对于翼墙、锥坡、桥面排水不畅、河床堵塞、栏杆锈蚀、损坏等病害，主要从以下几个方面着手处理：(1)及时对锥坡杂草进行清理，并对灰缝脱落处进行勾缝处理；(2)对于耳墙表面裂缝处，应采用水泥砂浆等材料进行修补；(3)及时疏通堵塞的排水孔，保证排水功能；(4)及时清理河道淤积部位；(5)对栏杆锈蚀部分进行除锈处理，并对防撞墙混凝土剥落处使用水泥砂浆等材料进行修补。

4 结 语

本文对某条公路40座混凝土桥梁的检测结果进行了系统分析，阐述了40座桥梁的基本信息特征以及病害部位分布规律，发现该条公路40座桥梁主要以30 m以下单跨小桥梁为主，并多为10 m宽桥梁；翼墙、锥坡，混凝土结构表层，伸缩缝，桥面铺装和支座是最容易发生病害的部位，露筋和路面沉降是最不容易发生的病害；混凝土桥梁普遍存在多种病害部位，均出现三种以上病害类型，没有无病害桥梁。最后针对桥梁病害部位，系统总结了各项病害的成因以及预防、处理措施。对既有的混凝土桥梁的检测和病害分析，有利于进一步完善桥梁结构设计理论，对桥梁日常养护工作具有非常重要的指导意义。