中小跨徑混凝土橋的病害及處理措施

1 中小跨徑混凝土橋梁常見病害

早期設(shè)計(jì)施工的橋梁在長(zhǎng)期重荷載、大交通量的運(yùn)營情況下，大部分都出現(xiàn)了不同程度的病害。特別是混凝土拱橋，具有一定的超載能力，只要找到病害的原因，并進(jìn)行相應(yīng)的處治，其大多數(shù)是可以繼續(xù)運(yùn)營的。

20 世紀(jì)70 年代以后修建的大量中小跨徑混凝土橋梁( 服務(wù)期滿30 年) ，將進(jìn)入橋梁維修的高峰期，透徹研究橋梁病害的根源是橋梁維修的根本所在。因此，研究橋梁病害機(jī)理與防護(hù)對(duì)策，并及時(shí)采取處治和防范措施，可延長(zhǎng)現(xiàn)有橋梁的使用壽命，同時(shí)，在設(shè)計(jì)和修建新橋梁時(shí)，選用合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，以延緩病害的發(fā)生，從而減少橋梁養(yǎng)護(hù)工作量，節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

美國公路戰(zhàn)略研究項(xiàng)目( SHRP) 報(bào)告統(tǒng)計(jì)，1986年，美國修復(fù)因鋼筋銹蝕引起的橋梁損壞花費(fèi)200 億美元，而且該費(fèi)用還在以每年5 億美元的速度遞增，由此可見，用于既有病害橋梁的維修加固費(fèi)用非常昂貴。同時(shí)，舊橋加固工作困難大，技術(shù)要求高，因此更需對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的病害進(jìn)行合理分析，對(duì)癥下藥，找出合理的處治方法，以節(jié)省資金和施工周期。既有橋梁加固和改造實(shí)踐表明: 利用既有橋梁加固，不僅提高橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與拆除另建新橋相比，工期短、資金省，而且對(duì)現(xiàn)有交通運(yùn)輸影響小，有的甚至是在不中斷交通的情況下，完成橋梁的加固與拓寬。

2 常見病害成因分析

中小跨徑混凝土橋梁存在的一些常見病害有: 鋼筋銹蝕、伸縮縫破壞、橋面裂縫和支座破壞等。

1) 銹蝕病害

鋼筋銹蝕是影響橋梁結(jié)構(gòu)壽命和安全的一個(gè)重要因素。由于種種原因，橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋的銹蝕廣泛存在，為了維持橋梁的正常運(yùn)營，需要對(duì)出現(xiàn)銹蝕的橋梁進(jìn)行維修。鋼筋銹蝕主要是發(fā)生了電化學(xué)反映。鋼筋表面致密的氧化膜可使鋼筋免受銹蝕。氧化膜的破壞直接導(dǎo)致了銹蝕的發(fā)生?；炷恋摹疤蓟薄⒋髿馕廴疽约盎炷吝^高的Cl － 含量都使得混凝土中pH 值下降，鋼筋表面氧化膜處于酸性環(huán)境中，逐漸被腐蝕。我國西部地區(qū)，因工業(yè)污染形成的“酸雨”普遍存在，為橋梁中鋼筋的銹蝕提供了合適的外部環(huán)境。同時(shí)，冬季普遍采用撒鹽的方法防止橋面冰凍，富含Cl － 的鹽水滲入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，大大加速了鋼筋的銹蝕。

鋼筋發(fā)生銹蝕時(shí)，銹蝕部分的體積可膨脹至原體積的10 倍以上，從而對(duì)周圍混凝土形成擠壓，造成混凝土開裂、剝落，使截面有效尺寸減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋截面積減小，對(duì)于以鋼筋作為抗拉材料的中小跨徑混凝土橋梁來說，截面積的減小會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的抗彎能力。鋼筋銹蝕還會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。銹蝕物外流，在結(jié)構(gòu)表面形成銹跡，影響結(jié)構(gòu)美觀。由此可見，鋼筋銹蝕對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危害是十分嚴(yán)重的，有時(shí)甚至是致命的。

2) 凍融病害

凍融現(xiàn)象也是造成橋梁病害，影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和壽命的主要原因之一。西部地區(qū)受天氣影響極易產(chǎn)生凍融現(xiàn)象，長(zhǎng)期反復(fù)作用易造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。有些橋梁進(jìn)行了加固處理，新澆混凝土和后補(bǔ)混凝土結(jié)合不好，易產(chǎn)生裂縫，而凍融作用又加劇了這種作用。凍融病害主要是以下幾方面引起: ①自然因素的影響; ②橋梁本身混凝土的施工質(zhì)量不高，排水設(shè)施存在缺陷; ③后期養(yǎng)護(hù)薄弱。

3) 伸縮縫病害

據(jù)目前的調(diào)查和研究表明，伸縮縫病害出現(xiàn)的原因有以下幾方面: ①由于設(shè)計(jì)不周引起的伸縮縫損壞。橋面采用了“搭接角鋼夾橡膠條”式簡(jiǎn)易伸縮縫裝置系統(tǒng)，縫頂與現(xiàn)澆橋面混凝土同高，上鋪瀝青混凝土。由于設(shè)計(jì)中著重強(qiáng)調(diào)了解決橋面在伸縮縫處的平整度問題，忽略了橋面混凝土與橋面板的同步伸縮，因此，通車后，瀝青混凝土表面沿縫出現(xiàn)不規(guī)則開裂，冬季加寬，夏季拱起。在車輛荷載的長(zhǎng)期作用下，橋面鋪裝層( 或路面表層) 由縫處向里逐漸剪壞，出現(xiàn)啃邊或大范圍的坑槽，給日后修補(bǔ)帶來了更大的困難。②由于選型不當(dāng)引起的伸縮縫損壞。③由于橋墩臺(tái)施工及梁( 板) 預(yù)制尺寸導(dǎo)致實(shí)際板端預(yù)留間隙與設(shè)計(jì)間隙懸殊而引起伸縮縫損壞。④設(shè)計(jì)與實(shí)際伸縮量不符引起的伸縮縫破壞。這樣導(dǎo)致在伸縮縫處夏季出現(xiàn)瀝青橋面拱起，冬季出現(xiàn)瀝青混凝土橋面沿縫嚴(yán)重開裂的現(xiàn)象。⑤板式橡膠伸縮縫由于施工誤差或橡膠板破壞引起的伸縮縫處嚴(yán)重跳車。⑥板式橡膠伸縮縫或鋼板伸縮縫由于伸縮裝置混凝土施工先于兩端瀝青混凝土路面面層而引起伸縮縫尾端跳車。⑦“反開槽法”施工操作不認(rèn)真引起伸縮縫處跳車。目前運(yùn)用“反開槽法”施工修筑的伸縮裝置有毛勒縫或暗式伸縮縫等?！胺撮_槽法”施工雖然從理論上解決了伸縮縫端頭跳車的問題，但若施工時(shí)操作不當(dāng)，車輛通過時(shí)仍有明顯的反映。⑧材料選用不當(dāng)引起的伸縮縫損壞。

導(dǎo)致伸縮縫出現(xiàn)損壞的原因很多，由于伸縮縫受力復(fù)雜，有產(chǎn)品本身問題，也有設(shè)計(jì)和施工的問題。從設(shè)計(jì)上看: 設(shè)計(jì)師在伸縮縫設(shè)計(jì)過程中只注重計(jì)算橋梁的伸縮量，并以此進(jìn)行選型。而往往對(duì)產(chǎn)品的性能了解不全面，忽視了產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)要求，諸如過渡段混凝土的長(zhǎng)度、厚度、標(biāo)高、預(yù)埋件的位置及深度，而且也沒有在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注清楚。這其中很多問題要等產(chǎn)品運(yùn)到工地安裝甚至安裝后才能發(fā)現(xiàn)，但為時(shí)已晚。從施工上看: 伸縮縫安裝是橋梁施工的最后幾道工序之一，為了趕進(jìn)度，施工馬虎，不按安裝程序要求施工，例如，板式橡膠縫的預(yù)埋螺栓位置不準(zhǔn)，與錨固鋼筋脫離，BF 縫的預(yù)埋鋼筋根本沒有預(yù)埋長(zhǎng)度，且固定鋼板下混凝土不密實(shí)、有空隙、毛勒型伸縮縫施工則容易發(fā)生預(yù)留槽清理深度不夠，沖冼不干凈，順序不對(duì)，模板不密貼造成混凝土漏漿，事后清理不干凈，澆搗混凝土后，沒有養(yǎng)護(hù)，形成收縮裂縫，另外，安裝后混凝土沒有達(dá)到強(qiáng)度就提前開放交通也是造成伸縮損壞的原因，因?yàn)檫^渡段的錨固混凝土早已產(chǎn)生早期損傷。

4) 橋面鋪裝病害

交通量不斷增大，車輛動(dòng)荷載的反復(fù)作用，容易使橋面破損開裂，大大影響了行車的舒適和安全。橋面鋪裝病害，包括不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫，較規(guī)則的縱向、橫向裂縫以及較嚴(yán)重的破裂等病害。這不僅增加了維修費(fèi)用，甚至導(dǎo)致大面積翻修。同時(shí)，橋面鋪裝直接承受高速行車的沖擊、剪切與磨耗，并直接承受氣候的影響，日曬升溫、日落降溫，并與主梁( 板) 存在一定的變化差異。所以橋面鋪裝的受力不僅定性分析困難，尤其難以定量計(jì)算。橋面鋪裝層的受力復(fù)雜，病害時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)橋面鋪裝層的設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)予以足夠的重視，以預(yù)防病害的發(fā)生。橋面下沉、欄桿及人行道系損壞等病害，主要是由于缺乏養(yǎng)護(hù)造成的。養(yǎng)護(hù)部門對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)不夠重視，造成橋梁長(zhǎng)期失養(yǎng)，外觀損壞嚴(yán)重，排水不暢，而橋面鋪裝過去又多為泥結(jié)碎石結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低，防水性能差，橋面水容易滲入結(jié)構(gòu)。而結(jié)構(gòu)的膨脹變形反過來又會(huì)影響橋面鋪裝。整體式板橋的板寬較大，在荷載作用下，除板的縱向發(fā)生彎曲外，橫向也會(huì)發(fā)生彎曲。橫向分布鋼筋沒有達(dá)到規(guī)定的用量，是造成橋面板受拉側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫的原因，橫向配筋不能滿足正常使用荷載的要求，導(dǎo)致其無法限制縱向裂縫的寬度。

5) 混凝土的開裂。混凝土開裂是中小跨徑混凝土橋梁常見病害中較為常見的一種。這種病害危害嚴(yán)重，一旦混凝土開裂，將會(huì)影響到混凝土橋梁的整體承載能力，并且也將嚴(yán)重影響到橋梁的使用壽命。在橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)開裂以后，對(duì)內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)的隔離和保護(hù)作用大大降低，外部的空氣和水分與混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋接觸以后，會(huì)造成鋼筋的腐蝕?；炷翗蛄旱拈_裂有很多種形式，開裂的位置則主要集中在橋梁的腹板和底板位置。

混凝土開裂現(xiàn)象是一個(gè)漸變過程，隨著開裂現(xiàn)象的發(fā)生，開裂程度的增強(qiáng)度也在日漸上升?；炷灵_裂的問題主要起因是混凝土材料配備、材料含量不合標(biāo)準(zhǔn)、不合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀態(tài)以及人工施工過程中的失誤與實(shí)施不當(dāng)，混凝土開裂對(duì)整個(gè)橋梁系統(tǒng)的影響都是很巨大的；

6) 混凝土的脫落。在橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)混凝土的剝離現(xiàn)象，這也就是我們所說的混凝土脫落，主要病害形式有酥松起皮、蜂窩麻面、露骨等。當(dāng)混凝土出現(xiàn)脫落病害后，會(huì)使橋梁的有效截面積減小，從而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的有效承載力造成不利影響，外部侵蝕性物質(zhì)也會(huì)通過脫落處進(jìn)入，對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部造成侵蝕，使混凝土結(jié)構(gòu)整體遭到破壞。

首先近年來，車輛在運(yùn)行過程中對(duì)橋梁所產(chǎn)生的碾壓作用也有顯著的增長(zhǎng)，從而使得橋梁結(jié)構(gòu)比較容現(xiàn)磨損或者是開裂脫落的問題，其次是在結(jié)構(gòu)應(yīng)用的過程中會(huì)出現(xiàn)非常明顯的凍融現(xiàn)象，這樣一來也就會(huì)使得混凝土開裂現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率更大，在一些溫度相對(duì)較低的地區(qū)，會(huì)因?yàn)楹涮鞖馐沟糜绊懚a(chǎn)生一些不安全因素，如果這一現(xiàn)象得不到有效的控制，就會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫開裂脫落現(xiàn)象更加嚴(yán)重，而在工程建設(shè)中，如果不能保證排水的效果，這一脫落現(xiàn)象也會(huì)有所加劇。

3 中小跨徑混凝土橋梁主要病害的處理措施

3.1鋼筋銹蝕的處理

在施工的過程中，如果發(fā)現(xiàn)鋼筋自身腐蝕的情況并不是很嚴(yán)重，在工程施工的過程中就可以在混凝土結(jié)構(gòu)表面的位置上涂上一層除銹劑，同時(shí)還要讓其逐漸的進(jìn)入到混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這樣就起到了非常好的防腐蝕作用，從而使得橋梁自身的質(zhì)量和性能也得到了非常好的保障，如果橋梁的鋼筋結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)象比較明顯，在工程建設(shè)的過程中，必須要首先將鋼筋表面上存在的混凝土清理掉，在產(chǎn)生腐蝕的鋼筋位置焊接相同類型和相同標(biāo)號(hào)的鋼筋，此外還要在鋼筋的表面涂上防銹劑。在做好這項(xiàng)工作之后，要用混凝土和砂漿做好封堵處理，只有這樣，才能更好的保證施工的質(zhì)量和水平。

3.2凍融病害的處理

凍融病害主要由以下幾方面引起:一是自然因素的影響，二是橋梁本身混凝土的施工質(zhì)量不高，排水設(shè)施存在缺陷;三是后期養(yǎng)護(hù)薄弱。對(duì)于自然因素所導(dǎo)致的問題發(fā)生，目前認(rèn)為是很難進(jìn)行相關(guān)措施的實(shí)施的，人類也只能考慮在可預(yù)測(cè)范圍內(nèi)對(duì)自然因素的改變做出及時(shí)判斷，以盡可能減少損失。除此之外，混凝土質(zhì)量問題需要相關(guān)部門對(duì)混凝土的質(zhì)量生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督修正，確保流入市場(chǎng)的混凝土符合施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。后期護(hù)養(yǎng)問題需要設(shè)立專門監(jiān)護(hù)人員，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)凍融病害初期表現(xiàn)的地域進(jìn)行匯報(bào)，并追查分析、記錄情況，以便有關(guān)部門及時(shí)有效做出新的決議。凍融病害的現(xiàn)象不能徹底消除，但是通過在合適時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效防范，凍融病害的發(fā)生能夠受到減緩抑制。

3.3伸縮縫病害的處理

在中小跨徑橋梁中，采用無縫橋梁可以避免出現(xiàn)伸縮縫病害，或者從施工的角度進(jìn)行預(yù)防，具體措施如下：

(1) 切縫之前，即按需檢測(cè)瀝青面層的平整度，與實(shí)際平整度情，相結(jié)合，對(duì)是否對(duì)切割面寬度進(jìn)行擴(kuò)大進(jìn)行分析，若加大切割寬度之后，路面仍未能符合伸縮縫安裝要求，則要求該路面進(jìn)行返工處理。通過檢查合格之后，應(yīng)滿足施工圖紙的要求，確定開槽寬度，通過準(zhǔn)確放樣，在打上線之后通過切割機(jī)實(shí)施割縫處理，運(yùn)用貼膠帶紙或蓋塑料布的方法對(duì)鋸縫線以外的瀝青混凝土路面實(shí)施保護(hù)，避免鋸縫中產(chǎn)生的粉末對(duì)路面產(chǎn)生污染。鋸縫的開展應(yīng)處于整齊且順直的狀態(tài)，并將瀝青混凝土路面切透，防止在開槽過程中，縫外瀝青混凝土發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象。

(2) 運(yùn)用風(fēng)鎬實(shí)施開槽時(shí)，應(yīng)將深度控制在12cm 以下，開槽后應(yīng)運(yùn)用打毛處理的方式對(duì)槽內(nèi)混凝土進(jìn)行施工，清除所有雜物，使其處于干凈狀態(tài)，確保新舊混凝土處于有效結(jié)合。當(dāng)梁與梁之間有不符合要求的間隙存在時(shí)，應(yīng)運(yùn)用措施進(jìn)行處理，并將槽內(nèi)的預(yù)埋筋和錨固筋實(shí)施理順并扶直，運(yùn)用除銹操作的方法對(duì)預(yù)埋筋進(jìn)行處理。當(dāng)原有橋梁或橋臺(tái)預(yù)埋鋼筋出現(xiàn)不足的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)補(bǔ)打足夠數(shù)量的膨脹螺栓，使型鋼的安裝質(zhì)量得到有效保障。在開槽后，應(yīng)不得出現(xiàn)車輛通過的現(xiàn)象，避免槽兩側(cè)邊緣有施工人員和其他人員踩踏現(xiàn)象產(chǎn)生，對(duì)混凝土施工質(zhì)量造成影響。

(3) 在伸縮縫裝置安裝之前，對(duì)比安裝時(shí)的氣溫，若出場(chǎng)溫度有較大出入存在時(shí)，應(yīng)有效調(diào)整組裝定位空隙值，將伸縮縫定位寬度的允許誤差實(shí)施控制，使其保持在± 2mm，將誤差作為一個(gè)統(tǒng)一的符號(hào)，避免在同一條縫上有不同位置的正負(fù)誤差出現(xiàn)。

3.4橋面鋪裝病害的處理

對(duì)于橋面鋪裝病害，可以采用新近開發(fā)的冷軋帶肋鋼筋和鋼纖維混凝土材料防護(hù)。冷軋帶肋鋼筋與普通鋼筋相比，設(shè)計(jì)強(qiáng)度大幅度提高，與混凝土黏結(jié)握裹力強(qiáng)。同時(shí)，冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)有良好的整體剛度，不易變形，在橋面混凝土施工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)局部鋼筋網(wǎng)陷落的情況。采用鋼纖維混凝土這一新型高強(qiáng)復(fù)合材料，既可提高橋面的抗裂性、耐磨性、耐久性，又可延長(zhǎng)橋梁的使用壽命和減少維修，此外，早期強(qiáng)度高，可提前通車，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有著很好的發(fā)展前景。

3.5混凝土的開裂與脫落

處理橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題主要是要提高混凝土的密實(shí)性能，這也是我們封閉裂縫的一個(gè)有效措施。我們要努力提高混凝土的密實(shí)性，把混凝土裂縫的寬度保持在0.15 mm 以內(nèi)，這樣可以有效避免混凝土受到外界空氣和水分影響。如果混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，使用的補(bǔ)救方式應(yīng)該是壓力注漿、表面封閉，以及在裂縫處粘貼碳纖維等。為了提高橋梁混凝土的密實(shí)性能，可以利用滲透性結(jié)晶材料來滲入混凝土結(jié)構(gòu)中的各種貫通毛細(xì)孔內(nèi)部。橋梁混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，就必須及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救?？梢韵葘⒓磳⒚撀涞幕炷烈瞥?，隨后再使用混凝土或砂漿等其他材料補(bǔ)足。為了保證脫落處的補(bǔ)救效果，必須采用高粘結(jié)力、高膨脹系數(shù)的混凝土或砂漿，使其具有足夠的變形強(qiáng)度、較高的抗?jié)B性以及密實(shí)性。

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