上海市中小桥常见病害及维修处理措施

上海市中小桥常见病害及维修处理措施 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 周文骏 摘要：随着养护维修工作在桥梁建设与管理事业中所占的比例越来越大，桥梁工程师应意 识到桥梁养护维修工作的重要性，并对一些常见的病害及维修处理措施有所了解，以便在 日常设计工作中做到有的放矢。 0 引言 上海市地处江南水乡，河网密布，城市内高架林立，桥梁数量多，根据相关资料统计结果： 截至 2010 年底全市桥梁总数达 9000 多座，其中绝大部分为中小跨径的梁式桥，且其中尤 以空心板梁所占比例较大。桥梁结使用环境恶劣，易发生各种病害，为保障结构的安全及 道路的畅通，必须对桥梁进行日常养护并及时处理出现的病害。随着我国建设事业的发展， 交通体系已较为完善，尤其是对于上海这种发展程度较高的国际化大都市，新建工程的比 例日渐降低，而相关的养护维修所耗费的资金日益增加，养护维修工作所占的比例越来越 大。 笔者根据个人数年的工作经验，对中小桥梁（主要针对梁式桥）在日常使用过程常见的病 害及相关维修措施做如下总结，以期能够抛砖引玉，引起相关工作者对桥梁养护维修的重 视。 1 空心板梁常见病害 空心板梁桥由于施工方便、构造简单、经济性能较好，是中小跨径桥梁的首选，也是目前 应用最为广泛的桥梁，根据相关部门的统计资料空心板梁桥占目前上海市所有桥梁的 90% 以上，是桥梁维修养护中最频繁碰到的桥型。空心板梁桥常见的病害有：梁底横向开裂、 铰缝损坏、板梁混凝土破损、板梁空腔内积水等。 1.1 梁底横向开裂 空心板梁分混凝土空心板梁及预应力混凝土空心板梁两种，早期由于经济因素及施工工艺 的限制，预应力混凝土空心板梁的应用较少，大量修建的是钢筋混凝土空心板梁。混凝土 结构一般均处于带裂缝工作状态，对于钢筋混凝土板梁一般裂缝出现于梁底，且其形态多 为横向裂缝。 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中规定，在不利荷载作用下， 允许出现宽度不超过 0.2mm 的裂缝，而公路桥涵养护规范规定允许最大裂缝宽度为 0.25mm。因此一旦板梁出现宽度超过 0.25mm 的裂缝，可认为属于桥梁病害，必须找出原 因，进行维修加固处理。 1） 常见原因分析 根据工程经验，导致钢筋混凝土板梁出现横向裂缝的原因一般有如下几种： （）正常的荷载作用，出现未超限的裂缝。 （）板梁承受荷载作用增大，导致板梁出现超过设计规定的裂缝。造成板梁荷载作用增 大的常见因素有：桥梁上通行车辆超载；养护过程中随意增加铺装层厚度导致板梁荷 载增大；养护施工过程中对桥梁施加不利的动力荷载，引起桥梁结构共震；铰缝损坏 导致板梁的横向分布系数增大，甚至单梁受力。 （）施工质量问题 施工质量较差导致板梁难以达到设计要求，导致板梁承载力下降，出现超限的横向裂缝。 如：施工控制不严，造成板梁截面偏小；空心板梁芯模抗浮钢筋设置不当甚至未设置，浇 筑混凝土时芯模上浮，板梁顶板偏薄；板梁混凝土强度偏低等。或施工过程中钢筋定位不 准，箍筋保护层偏小，随着保护层混凝土的碳化，箍筋锈蚀从而产生局部超限的横向裂缝。 （）桥梁使用过程中遭受意外作用导致板梁承载力下降，板梁横向出现超限裂缝，如桥 下焚烧杂物或发生火灾，板梁遭受意外碰撞等。 2）常见维修处理措施 钢筋混凝土板梁出现裂缝后，裂缝难以自行闭合，一般需找到裂缝产生原因并根据当前裂 缝的发展状况对其采取对应的维修加固措施： （）对于未超限的裂缝，可采用水泥砂浆、环氧砂浆或水泥基渗透结晶性材料进行封闭， 在早期的养护维修时多采用水泥砂浆及环氧砂浆，但由于其防水效果不佳，经过一段时间 后若有水分渗水容易再次形成裂缝，而水泥基渗透结晶性材料防水性能较好，克服了以上 缺点，近些年来在桥梁的维修养护中得到了广泛应用。 （）若裂缝宽度超限但产生裂缝的原因不复存在（如桥梁承受偶然的超载作用或施工过 程中对桥梁施加不利的动力荷载等） ，将裂缝封闭即可，其维修措施与未超限裂缝的维修措 施类似；若产生裂缝原因仍然存在，并长期作用于桥梁结构上时（如恒载增加、板梁施工 质量问题或受到火灾等影响而导致板梁承载力下降等） ，须对板梁进行加固处理，目前可采 用的常用加固方法有：增大截面法、粘贴钢板法、粘贴碳纤维布法、体外预应力法、改变 结构体系法。由于空心板梁本身造价较低，而以上加固方法都有适用条件，如加固效果不 佳或加固代价较大，可考虑更换板梁。 1.2 铰缝损坏 空心板梁为装配式结构，预制板梁通过铰缝连接共同承受荷载，上海市空心板梁桥多采用 小铰缝，铰缝尺寸小，在现场施工容易出现铰缝混凝土浇筑不密实现象，导致铰缝在活载 作用下易出现损坏。铰缝的损坏导致板梁的横向分布系数增大，板梁承受活载增大，并增 大损坏铰缝附近其他铰缝的受力，形成多米诺骨牌效应，严重时出现单板受力，严重危及 桥梁使用安全，一经发现必须及时进行维修。 铰缝根据损坏程度的不同可分为损坏和破坏两种。损坏铰缝的病害特征表现为桥面铺装纵 向裂缝，破坏铰缝特征除了桥面纵向裂缝外还存在梁底渗水，在承受铰缝活载时有明显的 错位。对于损坏铰缝，在铰缝位置采取植入箍筋恢复板梁间铰缝构造及桥面铺装即可，或 向铰缝内灌注环氧树脂胶，后一种方法造价较高，且施工质量难以控制，目前应用不多， 仅在数座对交通要求较高的桥梁中使用过，尚需作进一步完善。对于破坏的铰缝应清缝后 重做，再植筋恢复铰缝内铺装构造。 1.3 板梁表面混凝土破损 板梁在使用过程中遭受碰撞、钢筋保护层不足或混凝土保护层碳化导致钢筋锈涨、施工质 量问题等均能导致混凝土破损，从而导致结构承载力下降并影响板梁的耐久性。一般可采 用环氧砂浆进行修补，并采用水泥基渗透结晶型材料进行防水处理，必要时需凿除重筑， 如出现漏筋，须对钢筋做防锈处理。 1.4 梁内积水 空心板梁内部为一空腔，一旦表面或端部出现裂缝或破损雨水便会顺势渗入板梁内部的空 腔，不仅增加了板梁承受的荷载，还加速了板梁钢筋的锈蚀，降低了板梁的承载力及耐久 性。一般在板梁空腔最低处钻孔排水并将钻孔留作永久泄水孔即可。 2 T 梁常见病害 T 梁为空心板梁之外的另一种简支装配式结构，与空心板梁相比，一般其梁高较高，跨径 较大。早年使用的 T 梁一般横向通过横隔板及焊接翼缘板内预埋钢板连接，钢板焊接的不 平整易造成应力集中和严重锈蚀，目前已基本不采用这种连接方式，而使用现浇湿接头实 现横向连接，T 梁的腹板一般高而薄，钢筋配置密集，承载力较高但容易出现梁底横向裂 缝及腹板斜向裂缝。T 梁的施工较空心板梁要复杂得多，且大跨径 T 梁由于梁高高而腹板 薄，在施工过程中还存在倾覆问题，因此其应用范围较空心板梁要小的多，目前在新建工 程较少采用。 T 梁的主要病害为梁底的横向裂缝及腹板斜向裂缝，由于同属结构受力裂缝，所以其维修 方式与板梁梁底的横向裂缝处理基本相同：裂缝宽度未超限（0.25mm）时可采用水泥砂浆、 环氧树脂或水泥基渗透结晶型材料封闭裂缝；对于超限的裂缝（一般多位于腹板） ，可采用 增大腹板厚度、粘贴钢板加固或通过改变结构体系来实现加固，以保证桥梁的安全使用。 3 箱形梁常见病害 箱形截面的抗扭刚度较大，整体性相对较好，一般用于跨度较大的桥梁。相比于依靠增大 梁高来增大跨越能力的 T 梁，箱形梁在同等跨径条件下梁高较低、截面的整体性也要好得 多，并且可以设计成连续结构，行车条件较好，因此其应用范围也较广， 是目前除了空心 板梁意外应用最多的桥型。 箱形梁一般跨径较大，采用预应力混凝土结构，按全预应力混凝土构件或部分预应力混凝 土 A 类构件进行设计，在实际应用中，其病害较少。箱形梁的主要病害为腹板位置处的斜 裂缝，出现于其拉应力较大的位置，一般原因为结构的抗剪设计不当：腹板截面过薄， 不满足抗剪要求；主梁主要配置顶板束、底板束，而较少配置弯曲的腹板束；腹板内 的竖向预应力损失过大，而设计时未予考虑。 箱形梁出现腹板斜裂缝后，应对其成因进行细致分析，根据产生病害的原因，选择不同的 加固方法：如腹板过薄可采用粘贴钢板补强或改变结构体系，未配弯束和竖向预应力不足 的可采用体外预应力束加固或辅以钢板粘贴。但所有加固措施实施前均应对裂缝采用水泥 砂浆、环氧树脂或水泥基渗透结晶型材料进行封闭处理。 4 桥面及附属设施常见病害 4.1 桥面铺装 桥面铺装起到分散车轮荷载、削弱车辆对桥梁结构冲击作用、保护主梁的作用，而空心板 梁、T 梁、预置小箱梁等装配式桥梁，桥面铺装还起到作为横向构件横向分布荷载的作用。 桥面铺装常见的病害有： 1）铺装混凝土龟裂、破碎、坑塘等，一般均出现在钢筋混凝土铺装中，如为非受力的收缩 裂缝，裂缝深度不大时可清除表面后直接采用砂浆抹平。必要时需凿除重筑，施工时应保 证桥面铺装与主梁的连接，并加强铺装混凝土的养护工作。 2）桥面连续除桥面铺装横向开裂 为提高行车平顺性，简支梁一般可采用结构简支桥面连续的设计，桥面连续处的桥面铺装 承受拉力，常出现横向裂缝。该类裂缝为非结构裂缝，采用改性沥青封闭即可。 3）铰缝位置桥面铺装纵向裂缝 空心板梁桥中桥面铺装对荷载的横向分布起到相当的作用，尤其是对于上海市常用的小铰 缝空心板梁，铰缝位置的桥面铺装出现纵向裂缝表明铰缝损坏，需结合具体原因对桥面铺 装及铰缝采用相应的维修措施。 4.2 伸缩装置 为便于车辆通过桥梁主梁间为便于结构伸缩而设置的结构缝，须在设置结构缝处安装伸缩 装置，伸缩缝种类繁多，在上海市桥梁中实用的主要有：U 形铁皮伸缩装置、橡胶伸缩装 置、型钢伸缩装置、弹性伸缩装置等。车辆通过伸缩装置时将不可避免对其产生冲击作用， 在车辆尤其是重车的作用下，伸缩装置附近的混凝土极易破损，设计时一般此处混凝土采 用强度较高且耐冲击较好的钢纤维混凝土或环氧树脂混凝土，以延缓该处混凝土的损坏。 使用过程中一旦出现混凝土破损需立即修复，避免病害进一步发展。 4.3 支座 空心板梁广泛采用板式橡胶支座，其主要病害有：老化、剪切变形超限、竖向变形超限并 鼓裂。出现以上病害需对板式橡胶支座进行更换，但由于空心板梁通过铰缝及桥面铺装连 接成整体，若更换支座需将一跨桥梁同步顶升，难度较大。一般需结合桥面翻修，在桥面 铺装及铰缝凿除后将板梁逐根吊起或顶升，更换相应支座。 4.4 其他常见病害 在桥梁的养护维修中常见的桥梁病害还有：桥头沉降、桥台出现收缩裂缝、桥面泄水孔堵 塞等等，以上病害随对桥梁承载能力影响不大，但对结构耐久性不利，若放任其发展，会 导致病害加剧，进而影响桥梁结构承载力，因此一旦发现需及时处理。 5 结语 随着我国建设事业的发展，目前养护及维修在工程建设及管理中所占的比例越来越大，桥 梁的正确养护维修对保证桥梁的正常使用至关重要，作为一个桥梁工程师应意识到桥梁养 护维修工作的重要性，并对一些常见的病害及维修处理措施有所了解，以便在日常设计工 作中做到有的放