关沙河大桥病害及治理措施分析

洪海涛

（大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116023）

0 引言

随着我国经济的不断发展，基础工程建设的不断增多，公路桥梁的负荷呈现出以下特点：交通量不断增大，重型车辆增多，超载现象日益严重；超限运输现象不断地出现和增多；旧桥数量随着时间推移不断增多。旧桥因承受多年风雨侵蚀、车辆碾压，或多或少已经出现或轻或重的病害。为了维持和延长其使用寿命，必须采取科学的合适的措施对病害进行处置。本文以张家口市关沙河大桥为例，分析大桥病害及治理措施。

1 项目概况

张家口市城市快速路关沙河大桥位于张家口市快速路西环张石高速连接线上，是张石高速张家口连接线工程的重要组成部分。桥梁分为东、西两幅，全长485.04m，桥梁全宽40.5m，半幅桥面宽度20m。桥梁平面位于半径1000m的平曲线和缓和曲线上，桥梁纵坡2.022%。桥梁上部结构采用24跨20m预应力混凝土先简支后连续先张空心板，跨径布置为：4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m+4×20m＝480m。下部为柱式墩、肋板台，墩、台均采用钻孔灌注桩基础。关沙河大桥立面布置和断面布置分别见图1、图2所示。

图1 关沙河大桥立面布置图（单位：cm）

图2 关沙河大桥断面布置图（单位：cm）

2 桥梁病害现状

2.1 上部结构病害

东半幅桥第4联和第5联发生了较大的纵向和横向位移；受梁端锚筋约束的影响，使梁端局部挤压开裂；盖梁挡块顶紧开裂；部分横梁湿接缝浇筑质量差，混凝土离析、空洞；边主梁漏筋锈蚀；铰缝漏水。

2.2 桥面系病害

桥面铺装存在大量的纵向裂缝和横向裂缝；东半幅桥16#和20#墩伸缩缝缝宽显著异常；伸缩缝橡胶止水带全部损坏脱落，东半幅桥梁20#桥墩160型伸缩缝中间型钢断裂；东半幅桥梁16#墩伸缩缝和12#墩伸缩缝大里程侧混凝土破损；东、西半幅桥梁16#墩和20#墩防撞墙横向错位较为严重；东半幅桥梁第3联和第4联防撞墙顶部钢护栏断裂，西半幅桥24#墩台处防撞墙顶钢护栏缺失约8m。防撞墙底部局部混凝土离析、漏筋锈蚀。桥面系的主要病害在伸缩缝部分，主要体现在部分伸缩缝缝宽异常，变形量已超出设计范围[1]。

2.3 下部结构病害

支座顶部混凝土脱空，支承条件差，支座偏心受压；支座初始安装偏位；主梁横向与抗震挡顶紧，部分开裂；伸缩缝处盖梁受水侵蚀，混凝土破损；墩柱保护层厚底过小，漏筋锈蚀。主要病害集中在锥坡及桥墩部分，体现在锥坡沉降，部分桥墩出现不可逆的倾斜变形。

2.4 桥墩切向位移

主梁在各项荷载作用下向下坡方向爬移，导致桥墩向下坡方向产生了不可逆的切向位移。

3 病害原因分析

关沙河大桥自建成以来已经历过两次规模较大的修复，从上文可知，其主要病害是桥梁第4联和第5联发生较大的顺桥向和横桥向的位移，以及由此带来的次生病害。桥梁产生较大的顺桥向和横桥向位移的原因主要有以下几个方面：

（1）桥梁位于平曲线上，且东半幅桥梁行车方向为下坡方向，纵坡2.022%，车辆进入平曲线经常会采取制动措施，从而产生较大的制动力，使梁体在曲线的径向和切线方向受力，在制动力的长期作用下，会使梁体产生顺桥向和横桥向的爬移；

（2）由于该段桥梁主要位于平曲线上，车辆通过时将产生较大的离心力，在离心力作用下梁体会产生横向向外侧移动的趋势；

（3）原桥平面限位措施主要采用桥墩盖梁侧向挡块和梁端锚栓，原桥缺少水平束限位措施，桥墩盖梁的侧向挡块和梁端锚栓在空心板初始安装时，空心板侧面和盖梁挡块间存在一定间隙，在梁体受到制动力、离心力、温度力开始横向爬移时，侧向挡块和梁端锚栓都不能有效限制梁体横向移动，在梁体爬移和挡块接触后，由于挡块截面相对较小，经常会开裂失效，造成梁体继续横向爬移；

（4）桥梁产生水平位移病害的另一个因素是桥墩较高，最大墩高达到26m，从而导致桥墩抗推刚度不足，在水平荷载作用下，桥墩和梁体共同产生较大的水平位移，而且部分位移是不可恢复的；

（5）梁端局部挤压开裂主要是由于梁体相对桥墩盖梁产生较大的水平错动，梁端锚筋和梁体间产生较大的局部挤压，从而造成锚筋附近局部混凝土挤压破碎；

（6）桥梁支座的病害主要是由原桥施工时支座安装位置不准确、顶底面不平整、现浇横梁浇注时混凝土不密实、漏浆等因素造成[2]。

4 治理措施

4.1 桥面铺装修复

桥面铺装病害比较常见的有铺装层沥青裂缝、铺装层渗水、桥面变形、桥面剥落等[3]。将原有桥面沥青混凝土铺装凿除，重新铺筑新的沥青混凝土桥面铺装。对桥跨中间墩处的混凝土桥面铺装和空心板铰缝漏水处的混凝土桥面铺装进行凿除，待相关修复工作完成后，重新浇筑混凝土桥面铺装。

4.2 梁体横梁修复

为有效解决原桥现浇横梁施工质量差造成的横梁和支座等病害，将原有桥梁每联中间墩梁体现浇横梁进行凿除，待新支座安装完成后，恢复横梁钢筋，重新浇筑中间墩梁体现浇横梁。

4.3 建立水平向约束

关沙河大桥除了桥梁常出现的病害以外，该桥维修加固设计所面临的关键问题是如何控制桥梁上部结构产生的顺桥向和横桥向相对桥墩盖梁产生的位移，以及由此产生的次生病害。本次关沙河大桥大修设计旨在通过建立新的水平限位装置来改变结构的水平向约束形式，从而减小制动力、离心力、温度效应对结构受力和变形的影响，达到从根本上改善整个桥梁结构受力体系的效果。原桥采用直径32mm钢筋下端植入桥墩盖梁，上部插入空心板间铰缝，来限制主梁和桥墩之间较大的相对错位。由于该种锚栓刚度较弱和部分缺失，且锚栓和主梁铰缝间存在较大间隙，锚栓不能有效限制制动力、汽车冲击力、温度力作用下主梁和桥墩之间的相对错动，最终导致主梁顺桥向和横桥向相对桥墩产生较大的滑动。为有效解决由此带来的桥梁病害，本次桥梁修复工程采取在每联桥边墩设置仅顺桥向可变位销轴，中间墩设置仅横桥向可变位销轴的约束形式，限制主梁相对桥墩的爬移[3]。

4.4 支座更换

桥梁板式橡胶支座病害的因素多种多样且复杂，病害是来自于支座设计选型、产品生产、安装、维护、周围环境因素等过程。由于原桥板式橡胶支座存在老化、脱空病害，且已经使用一定年限，本次大修将原桥板式橡胶支座拆除，更换为新的板式橡胶支座。支座采用的各种材料，应符合严寒地区下正常使用及耐久性要求。通过更换能更好适应本桥受力和变形特点的伸缩缝，消除桥梁现存的主要病害。

4.5 伸缩缝更换

桥梁的伸缩缝病害有很多，其中比较常见的是混凝土锚固区表面破损、梁板坍塌、混凝土锚固区挤压开裂、支撑点悬空、钢构件损坏或腐蚀、支撑元件损坏[4]。本次大修将原有的型钢伸缩缝拆除，更换为能更好适应本桥变形特点的单元式多向变位梳型板伸缩缝，其中两端桥台部位采用RBKF80型梳型板伸缩缝，中间各联之间伸缩缝采用RBKF120型梳型板伸缩缝。

4.6 桥墩、主梁混凝土缺陷处理

对于桥墩、主梁存在的混凝土松散、露筋、钢筋锈蚀、铰缝开裂漏水、桥墩盖梁水损害等病害，采取如下措施进行修复：

（1）对于桥墩、主梁露筋、钢筋锈蚀等部位的钢筋进行除锈，处理后在修补范围及周边刷阻锈剂；

（2）采用砂浆进行重新封闭，避免钢筋进一步锈蚀；

（3）对于桥墩、主梁混凝土松散，桥墩盖梁水损害等病害，应对松散和水损害部位进行凿除和清理，然后采用砂浆进行重新封闭；

（4）对于主梁铰缝开裂漏水部位，应在桥面铺装凿除后，根据铰缝开裂情况，选择合理的方法进行处理。

4.7 防撞墙修复

将原有桥梁东、西半幅桥梁6#墩和20#墩防撞墙每侧各拆除10m，恢复防撞墙钢筋后，安装现有桥面平面线形，重新浇筑防撞墙。对防撞墙顶缺损的防撞钢梁进行更换和重新安装。

5 结束语

综上所述，关沙河大桥在上部结构、桥面系、下部结构、桥墩等部位都出现了不同程度的病害，具体包括桥梁第4联和第5联发生较大顺桥向和横桥向位移，桥面系部分伸缩缝缝宽异常，变形量已超出设计范围；锥坡沉降，部分桥墩倾斜变形、切向位移。本文对病害原因进行了分析，并提出相应的治理措施。同时也要求管养单位按照《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）做好日常养护工作，掌握桥梁使用状况。为确保桥梁安全运营，建议对桥跨结构各受力控制截面、桥墩等重要部件进行定期检测和养护管理。