混凝土梁桥早期典型病害分析及养护措施探讨

庞世华

（山东高速股份有限公司，山东 济南 250014）

0 引言

混凝土梁桥造价低、耐久度好，在桥梁建设中被广泛应用。混凝土梁桥在运营过程中，受混凝土自身性能、荷载、环境等影响，会产生裂缝、破损等病害，如不及早采取养护措施，随着病害的进一步发展，将造成结构性损伤，从而影响桥梁的正常使用。

1 工程概况

青银高速青州段于2019年7月扩建完工通车，段内有桥梁208座，其中大桥19座，中桥26座，小桥163座，均为混凝土梁桥。段内桥梁按上部结构分为预应力混凝土简支T梁桥、预应力混凝土简支空心板梁桥、预应力混凝土简支小箱梁桥、钢筋混凝土简支实心板梁桥。其作为东西大动脉的重要组成部分，青州段改扩建通车后交通量繁忙。随着我国交通量的不断增加，高比重的重载交通对段内桥梁造成了一定影响，出现了一些早期病害，为保证段内桥梁的稳定运行，需对这些桥梁进行适当养护。

2 混凝土梁桥早期病害

2.1 上部结构病害

（1）梁板裂缝。据统计，上部结构中梁板裂缝是主要的病害形式。就裂缝表现形式分析，大部分裂缝宽度未超过现行养护规范的规定值，少部分底板纵向裂缝最大缝宽超限，如个别预应力混凝土简支箱梁和预应力混凝土简支T梁在梁端出现少许斜向裂缝。

（2）承重构件其他病害。除裂缝外，个别桥梁中主梁存在孔洞、钢筋锈胀、露筋锈蚀、混凝土破损、剐蹭、粗骨料外露、蜂窝麻面、网裂、受水侵蚀等病害。

除主梁外，桥梁的一般承重构件中铰缝、湿接缝、横隔板、端横梁等均存在病害。铰缝主要存在勾缝脱落、水侵蚀等病害；湿接缝主要存在横向裂缝、纵向裂缝、混凝土破损、粗骨料外露、露筋锈蚀、渗水泛白等病害；横隔板主要存在混凝土破损、粗骨料外露、露筋锈蚀、竖向裂缝、斜向裂缝、U形裂缝、网裂、锈胀开裂等病害；端横梁主要存在斜向裂缝、横向裂缝、露筋锈蚀、混凝土破损等病害。

（3）支座病害。段内桥梁支座主要为板式橡胶支座，主要病害为局部脱空、老化开裂、剪切变形、偏位、外鼓、钢垫板锈蚀、垫石破损、垫石开裂等。

2.2 下部结构病害类型

（1）桥台。段内桥梁桥台主要结构为：框架式桥台、薄壁式桥台、肋板式、座板式、轻型、扶壁式、埋置式桥台。根据检测情况分析，桥台主要病害为裂缝。少量薄壁式桥台台身竖向裂缝最大缝宽超限；肋板式桥台台背水平裂缝缝宽超限。

桥台（包括台身、台帽、背墙）、挡块其他个别病害有：桥台网裂、混凝土破损、混凝土剥落、粗骨料外露、钢筋锈胀、露筋锈蚀、蜂窝、锈胀开裂、受水侵蚀；挡块混凝土破损、挤死、挤压破损、粗骨料外露、麻面、钢筋锈胀。

（2）桥墩。桥梁的桥墩主要结构为：薄壁桥墩、双柱墩和多柱墩。检测发现，墩柱及盖梁存在的主要病害为裂缝：墩身水平裂缝、竖向裂缝、横向开裂、竖向开裂；墩帽竖向裂缝、斜向开裂；墩盖梁水平裂缝、竖向裂缝；挡块挤压开裂。

桥墩及盖梁存在的其他个别病害主要有：墩身网裂、混凝土破损、蜂窝麻面；墩柱混凝土破损、露筋锈蚀；墩盖梁网裂、混凝土破损、露筋锈蚀、锈胀开裂、粗骨料外露、受水侵蚀；挡块混凝土破损、露筋锈蚀、挤死、挤压破损、麻面。

（3）翼墙及锥护坡。桥梁翼耳墙的结构形式为钢筋混凝土结构。存在主要病害为：耳墙混凝土破损、粗骨料外露、钢筋锈胀、竖向裂缝、混凝土开裂、网裂、斜向裂缝、露筋锈蚀、受水侵蚀等病害。

桥梁锥（护）坡的结构形式主要为浆砌片石结构。存在的主要病害为：锥坡混凝土开裂、六角护坡砖缺失、六角护坡砖松动、裙墙混凝土破损、塌陷、冲刷、裙墙剐蹭破损、裙墙外倾、裙墙麻面、填土淘空；护坡填土缺失、淘空、塌陷、未做砌石防护、松散等病害。

3 病害原因分析

3.1 预应力混凝土空心板梁裂缝

3.1.1 梁底纵向裂缝

（1）由于空心板梁内外温度差，使得空心板底板横向拉应力过大，导致纵向裂缝出现。空心板内外温差对底板横向应力影响较大，对顶板影响较小。

（2）由于保护层过薄，导致钢筋生锈膨胀，从而出现沿主筋方向的梁底纵向裂缝。

（3）梁体内两侧预应力筋在张拉过程中产生横向附加拉应力，超过梁底混凝土的最大抗拉强度，导致梁底中部沿预应力筋产生纵向裂缝。

3.1.2 底板斜向裂缝及横向裂缝

（1）斜向裂缝。根据检测情况，预应力简支空心板斜向裂缝基本处于梁端，靠近支座位置，处于结构受剪力区域。另外，出现斜向裂缝的空心板都是直接承受汽车车道荷载的板梁，由此分析，斜向裂缝出现的主要原因与荷载结构受力有关。

（2）横向裂缝。一是预应力空心板在混凝土成型后，预应力钢筋放张前，构件中可能已经产生横向裂缝，这与早期的混凝土原材料、混凝土浇筑及养护、施工工艺等有关；二是生产、堆放、运输、安装过程各种不当或不规范行为产生的横向裂缝；三是由于有效预应力和混凝土抗拉疲劳强度降低产生裂缝。

3.2 预应力混凝土箱梁裂缝

3.2.1 底板纵向裂缝

（1）预应力管道偏位所产生的预应力径向力、混凝土纵向受力的泊松效应、混凝土收缩，混凝土收缩是箱梁底板纵向裂缝的主要影响因素。

（2）箱梁底板预应力波纹管下混凝土不易振捣，此处混凝土质量也是裂缝产生的影响因素之一。

（3）混凝土收缩作用，混凝土收缩产生的横向正应力较大，同时底板预应力管道周围混凝土相对收缩较快。

3.2.2 腹板水平裂缝

（1）与混凝土的和易性、密实度有关。在底板混凝土中，碎石密集，混凝土强度较高；顶板振捣密实，收浆后混凝土强度相对腹板也较高；而在腹板中，由于预应力管道的存在，混凝土浇筑过程中不易振捣，密实性相对较低，强度也相对较低。由此相对于顶板和底板，腹板在横向温差应力主导作用下容易产生裂缝。

（2）预应力钢绞线的作用。预应力钢绞线在纵向产生的较大压应力易在横向产生拉应力，当钢绞线受到纵向张拉时，因试图绷直而产生上抬力，使波纹管发生侧向胀开。若施工时预应力波纹管定位稍有偏差，这种胀开力对壁厚较小的两侧混凝土将产生较大的局部拉应力，保护层较薄一侧的混凝土将受到更大的局部拉应力，可能导致相应的局部损伤，在与对波纹管灌浆时的灌浆压力联合作用下，导致腹板局部发生沿预应力钢束的爆裂裂缝。

（3）梁体内力受温差影响较大，横向温差应力也是腹板产生水平裂缝的主要原因。

3.2.3 腹板斜向裂缝

腹板斜向裂缝的产生原因：检测发现简支小箱梁腹板裂缝共计3条，均位于同一桥台梁端位置，处于结构受剪力区域。由于主梁承受了较大的剪应力，因锚固区拉应力过大产生斜向裂缝。

3.3 预应力T梁裂缝

3.3.1 预应力T梁腹板斜向裂缝

预应力简支T梁桥的腹板斜向裂缝主要出现在支座附近至1/4跨范围内，基本与桥轴线成45°。从裂缝分布与方向分析，这些裂缝属于结构性裂缝，由于主跨梁承受了较大的剪应力，腹板的主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度主应力，从而在腹板上出现了斜裂缝。另外还与腹板的厚度、构造钢筋设置、腹板纵向预应力布置方式和竖向预应力布置方式以及温度影响有关。

3.3.2 预应力T形梁腹板竖向裂缝

在检测中，发现大部分竖向裂缝宽度较小，少量几条裂缝宽度0.2mm，且均已加固。分析可能由于早期混凝土原材料质量、浇筑及养护质量、施工工艺和钢筋保护层过薄等有关。

3.4 钢筋混凝土实心板梁裂缝

虽然部分钢筋混凝土实心板梁出现了横向裂缝，但最大裂缝宽度均未超过养护规范中规定的限值。横向裂缝主要原因：一般认为在混凝土结构内，当截面上的实际拉应力超过材料的实际抗拉强度后便会出现裂缝，其形态与拉应力的性质有关。但这种非预应力钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的，只要裂缝宽度不超限，钢筋混凝土结构带有轻微裂纹是完全正常的，结构是安全的。其产生与以上钢筋混凝土箱梁桥出现裂缝的原因类似。另外，钢筋混凝土实心板梁的纵向裂缝与钢筋混凝土箱梁纵向裂缝成因类似。

3.5 支座病害

（1）当静载与动载之和长期超过支座的抗压容许应力上限时，支座就会表现为永久性非弹性变形直至严重损坏。

（2）施工时，支撑垫石、梁体与支座结合不平整或不水平，导致支座受力不均匀，使得应力集中部位过早破坏。

（3）支座脱空主要是由于施工时支座底部未调平钢板或钢板厚度不够引起的，有些是由主梁吊装时碰撞支座，使其偏离设计位置引起的。

3.6 桥台、桥墩裂缝

（1）桥台、桥墩的网状裂缝主要产生原因是混凝土内部水化热和外部气温温差影响而产生的温度拉应力所致。

（2）桥台、桥墩的竖向裂缝，若表现为上窄下宽有向上发展趋势，则由地基承载力不足或沉降不均引起；台帽竖向裂缝是由台身竖向裂缝向上延伸所致，或是由于台帽在支座垫石下未布置钢筋或布筋不足所致，也可能是受到过大的冲击所引起，与混凝土浇筑质量和钢筋锈胀也有关系。

（3）桥台、桥墩的横向裂缝多为混凝土浇筑接缝不良引起；台背土压力也是横向裂缝产生的重要因素。

4 养护维修建议

目前，段内桥梁处于改扩建后运营初期，出现的病害为早期症状，应加大养护力度，延缓病害的发展，保证桥梁性能。

4.1 梁板裂缝

（1）预应力混凝土T梁。腹板斜向裂缝。由于处于受力区域，建议对裂缝进行灌缝处理，然后粘贴碳纤维布或钢板加固处理腹板竖向裂缝。由于已有加固措施，建议对腹板竖向裂缝进行表面封闭处理，在日常养护和定期检查中加强对裂缝变化情况的观测，若裂缝持续发展或出现新的竖向裂缝，应引起重视并采取新的加固举措。腹板水平裂缝、底板、翼板纵向裂缝及翼板横向、斜向裂缝。建议对于宽度小于0.15mm的裂缝进行表面封闭处理，对于宽度不小于0.15mm的裂缝进行灌缝处理。

（2）预应力混凝土空心板梁。底板横向、斜向裂缝。对于宽度小于0.15mm的裂缝进行表面封闭处理，对于宽度不小于0.15mm的裂缝进行灌缝处理。对于梁底板横向裂缝，若裂缝宽度较大，且裂缝分布密集的，建议对该区域灌缝处理后进行粘贴碳纤维布或钢板加固处理。

底板纵向裂缝。对于宽度小于0.15mm的裂缝进行表面封闭处理，对于宽度不小于0.15mm的裂缝进行灌缝处理。

（3）预应力混凝土箱梁。对于腹板斜向裂缝、底板斜向裂缝、横向裂缝，建议对裂缝进行灌缝处理，然后进行粘贴碳纤维布或钢板加固处理。

对于宽度小于0.15mm的腹板水平裂缝、底板纵向裂缝及翼板横向、斜向、纵向裂缝进行表面封闭处理，对于宽度不小于0.15mm的裂缝进行灌缝处理。

（4）钢筋混凝土结构裂缝。目前所有裂缝宽度均小于规范限值，因此建议对裂缝进行表面封闭处理，并在日常养护和定期检查中观测裂缝发展情况。

4.2 混凝土表观缺陷

将存在表观病害的混凝土表面清理至新鲜基面，对外露钢筋除阻锈处理后，再用聚合物砂浆修复。

4.3 支座病害处治

（1）脱空支座：梁板的各个支座承压不均，可用钢板垫实，以增大接触面积，使各支座受力均匀。

（2）老化开裂支座：待老化开裂严重后进行集中更换。（3）剪切变形、偏位较严重的支座应及时纠正。（4）外鼓的支座：待外鼓严重后进行集中更换。

4.4 桥墩（台）病害处治

建议对未超限裂缝进行灌缝处理，并加强观测，具体措施同以上梁板裂缝处理措施；对于超限裂缝，建议灌注环氧树脂胶，沿裂缝设置骑缝钢筋。

5 结语

本文以青银高速青州段桥梁为例，总结分析了四种常见结构形式的混凝土梁桥在运营初期常见病害类型和病害产生原因，提出了针对性的养护维修建议，可有效保持或提高桥梁技术状况，对桥梁养护工程具有一定参考价值。