桥梁工程结构病害检测及处置措施

李有为

（涉县交通运输局，河北 涉县 056400）

0 引言

桥梁检测作为识别桥梁结构状态的一项有效措施，能够快速发现结构存在的工程病害并提出相应的处治措施，在桥梁施工和养护过程中均发挥重要作用[1]。经过长期使用，小箱梁桥往往伴随比较复杂的病害问题，且其病害的发生与发展有较强的规律性，对此展开研究有一定的必要性。

1 工程概况

某公路桥梁工程全线采用双向四车道设计，设计速度为80Km/h，路基宽度为21.5m，项目沿线共有桥梁202 座，其中连续小箱梁桥31 座，占比15.3%。经检测发现，各连续小箱梁桥均出现了一定程度的病害。本文以2020 年该公路项目的检测报告数据为准，分析项目沿线多座小箱梁桥存在的病害及成因。

2 桥梁工程结构病害检测内容

2.1 桥面系病害

桥面系直接承载着外荷载的作用，其功能直接影响着结构其他部分的正常使用[2]。在以往检测工作中，易形成上部结构与下部结构更加重要的观念，导致管理人员对于桥面系的质量控制往往重视不足。对于桥梁工程整体而言，若仅有桥面系出现病害问题，那么桥梁的基本功能往往不会受到影响，而当上部结构或下部结构由于桥面系病害而发生沉降、开裂等问题时，则会导致桥梁预期功能受限。

该项目2015 年竣工投入运营，由2020 年检测报告可以发现，沿线各桥梁的病害数量较少且轻微，各桥梁的桥面系性能表现良好，未发现4类及5类评分。对于存在的桥面系病害则大多为桥面铺装、护栏和伸缩缝方面的问题，特别是桥梁伸缩缝位置的病害占比较大。依据数据来看，该项目沿线1 类、2类、3类桥梁分别 有 3 座、47 座、3 座， 不涉及 4 类 、5 类桥梁 。就伸缩缝病害而言，项目沿线31座连续小箱梁桥中有15座出现止水带破损问题，12座发现了伸缩缝堵塞问题，同时还有24座存在锚固区开裂破损。

对桥面铺装存在的病害进行统计分析发现，其最为常见的病害有排水孔堵塞、横向开裂、破损、变形及车辙等，尤其是排水孔堵塞比较普遍。此外，在防撞墙位置也发现较多开裂、破损问题。

该项目沿线各连续小箱梁桥的桥面系病害统计如表1所示。

表1 桥面系病害类型统计

2.2 上部结构病害

2.2.1 支座病害

根据检测报告可知，小箱梁桥支座处存在支座脱空、剪切变形、移位病害的桥梁数量分别为18座、16座、4 座。在占比最高的支座脱空病害中，局部支座脱空问题最为普遍，且最大脱空高度达2cm，影响着桥梁预期功能的实现。此外，检测报告表明杂物填充问题大多由施工时未拆除临时支座导致的。

2.2.2 横梁病害

对检测报告数据进行统计，发现横梁出现空洞、剥落掉角及开裂病害的小箱梁桥分别有12 座、10 座及2 座，据此可初步判定桥梁的横梁病害处于相对轻微可控的状态，对于桥梁整体质量影响比较微弱。

2.2.3 梁板病害

沿线小箱梁桥上部结构的梁板病害比较突出，特别是梁底板与腹板普遍存在开裂问题。对上部结构病害进行统计，发现在非开裂病害中以剥落掉角、空洞麻面为主，而其他非开裂病害相对较少。对于裂缝问题，在对结构整体进行评价时需要特别予以关注，并研判对其他类型病害的促进作用。对各小箱梁桥进行统计发现，主梁开裂问题超过500 处，其中底板纵向开裂有309 处、腹板纵向裂缝有187 处，由此可以看出纵向开裂病害比较严重。该项目沿线各连续小箱梁桥的上部结构病害问题统计结果如表2所示。

表2 上部结构病害类型统计

2.3 下部结构病害

小箱梁桥下部结构病害的整体情况比较轻微，其检测评分也较高，常见的病害有水侵蚀、露筋及蜂窝麻面等，易于处理。下部结构最为常见的病害为盖梁、桥墩所受的侵蚀问题。该项目沿线各连续小箱梁桥的上部结构病害问题统计结果如表3所示。

表3 下部结构病害的类型统计

在对本项目沿线小箱梁桥的病害情况进行统计分析后发现，桥面系病害主要集中在伸缩缝位置，且其对于工程的使用性能影响较大；上部结构病害大多为裂缝，尤其是梁底板纵向裂缝问题有309 条，较为普遍；下部结构病害相对较少且大多为常规类型。

3 桥梁工程结构病害原因分析

3.1 桥面系病害产生原因

小箱梁桥桥面一般采用沥青混凝土材料铺装，其桥面系病害类型一般较单一[3]。下面主要以沥青混凝土桥面铺装为例展开分析，明确其病害产生的主要原因：

（1）桥面铺装裂缝类型病害。受到上部荷载及高温等复杂环境的影响，桥面铺装层很容易产生开裂问题，根据成因的不同可将裂缝大致分为荷载裂缝、干缩裂缝及温度裂缝3 类；根据裂缝发展方向的不同又可分为横向裂缝、纵向裂缝及网状裂缝。

（2）桥面铺装变形类病害。小箱梁桥桥面铺装层的性能主要受材料性质的影响，因此其病害的产生与发展往往也与材料直接相关。沥青在高温环境下会表现出比较明显的流动性，易导致铺装层出现车辙、拥包等问题。

（3）桥面铺装耗损类病害。桥梁上车辆直接作用于铺装层上，经长时间使用，铺装层逐渐劣化，易出现坑槽、脱落等问题。

3.2 上部结构病害产生原因

（1）支座变形对桥梁主梁的影响。如上文所述，支座病害是小箱梁桥上部结构较常见的一类病害，对结构内力分布有着决定性影响。特别是支座沉降会使结构内部应力发生重分布，减弱结构的实际承载能力。

（2）小箱梁桥纵向裂缝成因。已有研究表明[4]，纵向裂缝成因较复杂，譬如预制件养护时间不足、配合比设计不当及养护期气候变化大等都会导致这类病害的发生。特别地，若主梁在预制过程的早期受到外界扰动，则低强度的主梁结构容易出现微裂缝，这些裂缝在后期结构运输、吊装、施工等环节中也会逐渐扩大，形成更加明显的裂缝。当主梁受较大外部荷载作用时，在结构的跨中位置，很可能会出现抗弯强度不足的问题，容易在跨中底板处出现横向裂缝；在支点位置也可能出现抗剪强度不足的问题，容易导致支点位置腹板出现斜裂缝。底板与腹板位置的纵向裂缝是一类非受力的裂缝，其对桥梁性能的影响比较微弱，成因也比较复杂。

（3）温度对小箱梁的影响。环境温度的变化也会对主梁受力产生不利影响，进而引发开裂等问题，譬如在降雨量较大的季节，中午高温下突然发生强降水，导致箱外温度骤降。实际工程中箱梁所受的温度变化往往更加复杂，若主梁在设计时未预留足够的裕度，就很可能导致腹板和底板出现开裂。

3.3 下部结构病害产生原因

根据上文对结构病害情况的分析可知，下部结构的病害相对较少且比较常规，没有复杂的病害作用。研究表明，下部结构的病害发展主要受地质条件的影响，尤其是不均匀沉降的发生会对桥梁下部结构产生较大的影响，同时不均匀沉降对上部结构的影响一般可归入支座病害进行考虑。此外，墩柱撞击、滑坡以及泥石流也是常见的影响因素。

4 桥梁工程结构病害处治措施

4.1 桥面系病害处治

由于该桥梁运营时间较短，桥面系病害相对较少且类型单一，但已有的病害对于工程实际性能也产生了一定的影响，需要明确病害产生的原因，并制定与之相适应的处治措施，在降低运营维护成本的同时尽可能地延长桥梁的实际使用寿命。从检测报告可以看出，小箱梁桥桥面系的病害比较常见，通过规范施工技术与流程能够很好地起到避免病害的目的。对于具体病害而言，需要研判病害成因，技术人员要密切联系规范要求，明确工程项目需求与特点，并制定合适的处治措施。桥面系病害大多是可预见的，因此可及时发现，制定长远的处治方案，防患于未然。在运营中，应当任用实践经验丰富、专业能力过硬的养护人员开展工作，充分重视微小病害的产生。桥面铺装层直接受外部荷载作用，往往更早出现病害，当其表面有病害发展的趋势时应及时采取措施，如产生裂缝或坑槽时需要进行补强、修复，否则病害很容易发展，在外部环境的长期作用下迅速劣化。

4.2 主梁病害

基于检测报告的主梁病害统计结果可以发现，主梁结构并未发生严重的结构性损坏，仍具有相当的完整性，而部分主梁的底板和腹板产生了纵向裂缝。基于上文对主梁病害的成因分析可知，主梁底板及腹板开裂对于结构整体性能影响比较有限，但同时由于小箱梁的腹板、底板厚度较小，若不对纵向裂缝进行处治，则主梁的耐久性将发生下降，影响其使用寿命。

4.3 小箱梁常用加固方式对比

常用的桥梁加固方法包括增大截面加固法、粘贴钢板加固法、体外应力加固法及改变结构体系加固法，这些加固方法优势和应用范围各有不同，在实际工程中需要结合具体需求选择最为合适的方法，以提升加固效果。同时，实际工程中往往不局限于某一种加固方法，而需要组合利用多种不同的加固方法，加强加固的效率，尽可能降低成本。此外，桥梁运营时间不断延长、外部荷载及环境作用不断积累、养护施工操作不当等，都会导致桥梁性能受到影响。若在运营过程中，若桥梁的承载能力降低至可接受限值以下，那么考虑到旧桥拆除、新建等需要耗费的经济成本与时间成本，需要采取合适的加固措施对原有结构进行补强，尽可能地延长桥梁使用寿命，提升项目整体效益。

5 结语

本文以我国某公路桥梁工程项目为例，对沿线小箱梁桥的病害数量、分布情况及特征进行了统计分析，探讨了病害的主要成因，评估了病害等级及其对桥梁性能的影响，有针对性地提出了加固方案，为类似工程提供借鉴。