民用机场飞机荷载桥梁常见病害及成因分析

余 昂 李昊辰

1.北京首都国际机场股份有限公司 北京 100621

2.华设设计集团北京民航设计研究院有限公司 北京 101312

随着我国民航运输业的高速发展，航空业务量不断增长，机场安全运行保障压力与日俱增。而飞行区桥梁作为连接、保障机场飞行器与社会车辆安全通行的重要基础设施，其健康状况不仅影响着机场的运行安全，也直接影响着机场周边车辆交通的安全。因此，定期对桥梁开展检测工作是十分必要的。本文依据飞机荷载桥梁自身结构特点将桥梁常见病害分为影响使用性能的病害、影响结构耐久性的病害以及影响结构承载力的病害三个部分并进行归纳总结，并对病害的形式及产生原因进行探讨分析。

1 影响使用性能的病害

1.1 桥面破损

相比于公路桥梁所承受的汽车荷载来说，飞机荷载要大得多，以波音公司的B747-400机型举例，其总重可达400吨。在飞机轮胎集中荷载的不断作用下，桥梁的桥面铺装层易出现坑凹不平、开裂、破损等病害，如图1所示。另外，若桥面铺装的沥青混凝土压实度不足或水泥混凝土强度不足等问题同样会导致桥面病害产生。

图1 桥面破损、补丁

1.2 桥头跳车

当桥头引道产生沉降或伸缩缝两边产生高差后，会使桥面与路面连接处不平整，当飞机驶过桥头时会产生明显颠簸。桥头跳车不仅会降低飞机滑行质量，而且会影响乘客的心理状态[5]。同时由于飞机的自重很大，所以对梁体的冲击作用也会很大，长此以往会对桥梁的使用寿命产生显著影响。

1.3 桥面排水性能不良

在桥梁运营过程中，泥沙、垃圾若不及时进行处理就会堵塞在泄水孔处，导致雨雪后桥面存在积水、渗漏甚至于冻胀。桥面积水严重时会不仅会增大桥梁的荷载，还会增加飞机滑行时飘滑的风险。如果桥面积水通过裂缝渗到梁内部导致梁内积水，还会对桥梁结构的耐久性产生不利影响。

1.4 伸缩缝堵塞、顶死、型钢断裂

由于构造存在缺陷或缺少养护，桥梁的伸缩缝容易出现混凝土破损、伸缩缝堵塞、顶死甚至型钢断裂现象，如图2、图3所示。若处理不及时，伸缩缝最终会完全失效，缺少伸缩缝的伸缩作用轻则会导致结构受力状态与设计时不符，影响桥梁的使用性能；重则会使梁体产生附加内力或产生内力重分布现象，严重影响桥梁使用安全。

图2 伸缩缝堵塞

图3 伸缩缝型钢断裂

2 影响结构耐久性的病害

2.1 混凝土结构非受力裂缝

引起混凝土结构非受力裂缝的因素主要有结构构造不当、混凝土质量问题、施工养护不当、施工质量缺陷、温度变化。无论裂缝宽度如何，混凝土结构非受力裂缝都应引起高度重视，并及时采取化学灌浆或表面封闭的措施予以修补，如图4、图5所示。

图4 混凝土质量问题引起的裂缝

图5 混凝土干燥收缩引起的裂缝

2.2 混凝土腐蚀

虽然我国飞机荷载桥梁发展起步较晚，但仍存在一些运营几十年的桥梁，这些桥梁大都存在混凝土腐蚀的问题，若不及时进行处理，很可能由于混凝土受压区腐蚀而破坏。正常来说，混凝土是耐水材料，混凝土的强度不会因潮湿环境或水而产生太大影响，但若是长期处于潮湿环境中，尤其在干湿交替循环状态，混凝土就会产生耐久性的问题[5]。空气中的水和雨水中含有的酸碱性物质常超过一定限度时，就会引起混凝土的腐蚀。

2.3 混凝土碳化

当空气中二氧化碳气体渗透到混凝土内，会与水泥中碱性物质发生化学反应后生成碳酸盐，这个过程称为混凝土的碳化现象，又称作中性化[5]。碳化将直接影响混凝土结构的性质及耐久性。一般说来，一座桥梁建成以后，影响碳化的因素就已经确定，为了降低碳化速度就只能从如何保护混凝土不受或少受侵袭这方面来考虑。

2.4 混凝土保护层厚度不足

钢筋被混凝土包裹会与混凝土内部的碱性物质发生反应生成一层致密的氧化膜，混凝土与氧化膜共同隔离了钢筋与空气中的水和氧气接触，使钢筋难于锈蚀。若是混凝土保护层厚度不足，经过长时间的使用后可能会导致钢筋裸露于空气中，与空气中的水汽以及各种酸碱离子共同发生物理化学反应，最终就会导致钢筋锈蚀。钢筋锈蚀会导致桥梁结构耐久性能严重削弱，使用寿命大大缩短。

3 影响结构承载力的病害

3.1 桥梁整体性、协同性丧失

预制装配式结构在飞机荷载桥梁中比较常用，如预制装配式空心板、预制装配式T梁等。借助于各种各样的横向连接构造，装配式桥梁结构通过设置各种各样的横向联系构造进行连接，使桥梁具有整体受力性能。但由于飞机荷载桥梁使用荷载过大，常会导致如铰接板梁桥在铰缝处开裂、T梁横隔板连接处开裂等问题，进而导致装配式桥梁受力的整体性、协同性逐步丧失。在桥梁运营过程中，装配式结构横向联系的减弱，会导致桥梁整体性差、刚度降低、承重结构局部开裂、内力重分布，甚至出现单梁（板/肋）受力现象，导致装配式桥梁的承载能力严重下降，对飞机运行安全产生巨大威胁。

3.2 受力裂缝宽度过大

当混凝土所受的拉应力超过了其抗拉强度就会出现受力裂缝，裂缝主要有弯曲受力裂缝、弯剪受力裂缝、扭转裂缝、锚下劈裂裂缝等形态。如钢筋混凝土T梁常因抗弯承重能力不足、正应力超限而产生弯曲受力裂缝。这些裂缝的宽度在飞机荷载反复作用下会逐渐增大，严重可导致桥梁承载能力严重降低。混凝土结构受力裂缝宽度过大可采取增大构件截面、施加体外预应力、粘贴钢板、粘贴碳纤维等结构加固补强手段予以控制。

3.3 下部结构开裂

桥梁下部结构开裂与施工质量、地质情况、机场桥位附近改扩建施工等因素有关，下部结构开裂会导致下部结构的承载能力不足，不仅会影响桥梁线型、影响行车性能，对于例如刚架桥这种超静定桥梁还会产生比较大的附加内力，改变桥梁结构的设计受力状态，对桥梁的安全运营与正常使用构成明显的威胁。

4 结语

综上所述，民用机场飞机荷载桥梁常见病害的产生原因可以从以下几个方面来确定：

(1)由于设计时考虑不足导致桥梁天生存在缺陷，只能通过后期的维护来保证桥梁的正常状态；由于施工质量存在问题导致桥梁“体弱多病”，病害多发。

(2)在桥梁运营过程中，由于机场多处于超负荷运转状态，飞机架次多且飞机荷载过大，若缺少及时的检修维护就会导致桥梁病害多发。

(3)机场管理部门对于飞机荷载桥梁重视程度不足，缺少必要的养护，导致桥梁“小病变绝症”。

因此，在桥梁运营期间，应定期对桥梁进行检测养护，必要时应对已经产生的病害进行加固处理，这样才能使桥梁的结构安全和使用寿命得到保障[6]。