桥梁加固设计时如何判断病害成因？

百科 2024-12-31 17:05 北京

来源：茶酒间、路桥工程设计

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我国有公路桥梁63万座左右，而存在各种病害、承载能力不适应运营荷载要求的桥梁比例高达15%左右。桥梁的病害大致可分为承载能力不足、使用性能较差、耐久性能不足三类。设计师如何快速正确判断病害原因？本篇文章可以帮到你……

一、影响桥梁使用性能的病害

1．桥面不平整，线型不平顺，桥梁振动过大

2、桥头跳车

由于桥头引道产生不均匀沉降，致使桥面与引道连接处不够平整、顺适，从而使车辆驶过桥头时产生跳车。桥头跳车不但影响车速，降低行车质量，而且为司机、乘客所厌恶，同时也会影响桥梁使用寿命。

3、桥下过水不畅，桥面排水性能不良

桥孔淤塞严重。桥梁的排水坡度不够、桥面不清洁、或泄水管堵塞。

4、伸缩缝破损、支座脱空

梁桥的伸缩缝容易出现破损、堵塞、顶死现象。中小跨度梁桥、斜弯桥的支座出现的脱空、移位、拍击、剪切变形过大、活动支座失去活动能力等病害。

5、栏杆或防撞栏破损、缺失，失去防护功能

造成桥面栏杆局部损坏的原因绝大多数是机动车交通事故造成的，少数是人为碰损或盗窃所致。桥梁栏杆损坏，如不及时修整，不但影响美观，更重要的是使行车或行人产生不安全感。

6、桥梁与道路不匹配

许多桥梁由于建成年限较长，设计标准较低。在道路路线的改扩建过程中，往往道路拓宽后，而桥梁又没有进行相应的拓宽改造、荷载升级，或与既有道路衔接不够顺畅如转弯半径过小，导致桥梁与道路等级或线形不匹配，形成瓶颈，影响通行能力，增加了行车的危险性，尤其是夜间行车，容易引发交通事故。

二、影响结构耐久性能的病害

1、混凝土结构非受力裂缝

非受力裂缝一般与结构构造不当、混凝土材料质量不佳、施工养护条件不当、施工工艺质量存在缺陷、环境温度变化等因素有关。结构非受力裂缝的影响因素主要有材料因素、施工因素、环境因素三大类。

（1）材料因素。

水泥质量和品质问题

骨料含泥量过大

碱骨料或风化骨料

（2）施工质量问题

①混凝土搅拌时间过长，运输时间过长

②模板固定不牢固

③支架不均匀下沉、脱模过早

④接头部位处理得不好，施工接缝

⑤混凝土养护不当或失水产生收缩裂缝

混凝土水化热引起的裂缝

⑦大体积混凝土或使用了早强水泥的混凝土

⑧水灰比大的混凝土，由于干燥收缩

浇筑断面很薄，硬化后经过较长一段时间

（2）温度环境等外界因素引起的裂缝。

裂缝宽度随温度变化而扩张或合拢，防止或减小温度裂缝比较有效的措施是布置合理的分布钢筋网，选择比较合理的结构型式。此外，钢筋锈蚀后体积膨胀，会使混凝土构件产生顺着钢筋的裂缝，一些桥梁因构造不当也会产生非受力裂缝。

二、影响桥梁承载力的病害

1、桥梁结构存在倒塌、成为机构的隐患

2、预制装配式桥梁结构受力的整体性、协同性丧失

装配式结构的横向联系逐步削弱如铰接板梁桥在铰缝处开裂、T梁横隔板连接处开裂，导致装配式桥梁受力的整体协同性逐步丧失。多跨简支梁桥因行车冲击造成伸缩缝处桥面破坏、装配式拱片联接处混凝土断裂或钢筋接头脱开也比较常见。

3、混凝土结构受力裂缝宽度过大

受力裂缝出现的原因是混凝土拉应力超过了其抗拉强度，裂缝主要表现为弯曲受力裂缝、弯剪受力裂缝、扭转裂缝、锚下劈裂裂缝等形态。

普通钢筋混凝土简支梁（板）桥常见裂缝

-由梁弯曲应力过大引起。

-下缘受拉区的竖向裂缝。

-由剪切、弯曲、扭转作用产生的主拉应力超限引起。

-腹板斜裂缝。

-水分渗入混凝土发生电化学锈蚀作用，钢筋锈蚀膨胀将混凝土胀裂；

-顺主筋方向的纵向裂缝

-由于墩台产生不均匀沉降，使梁端部局部支承压力增大，局部应力过大所致

-梁端上部裂缝

-运梁不当引起的梁体裂缝

-近似水平方向的分层裂缝；由施工不当引起，分层灌注，间隔时间过长所致。

-构造因素、混凝土收缩和外力作用的综合产物。

-腹板上不规则竖向裂缝

-横隔梁湿接缝开裂由于施工质量不佳、构造不当、荷载过大等因素而引起；

-横隔板底部竖向裂缝由于横向联系较差，导致部分梁体单独受力，以及刚度不足等因素所致

预应力混凝土连续（箱）梁桥的常见裂缝

-连续梁跨中底部和支点顶部竖向裂缝

-箱梁弯曲裂缝和锚固齿板后横向裂缝

-抗弯刚度不足或混凝土的强度较低所致

-箱梁锚固齿板后横向裂缝，构造缺陷引起的局部拉应力过大

-牛腿及挂梁局部裂缝

-原因主要是配筋不足，高度偏小，挂梁与牛腿连接不顺形成跳车

-预应力梁下翼缘的纵向裂缝

-成因主要为局部预压应力过大所致，保护层太薄，或施工工艺质量不当引起。

-先张法梁梁端锚固处的裂缝

-锚头处应力集中和锚头产生的楔形作用而使锚头附近产生细小水平裂缝。

-圬工拱桥主要病害：腹拱发生裂缝；拱顶截面下部或拱脚截面上部发生裂缝，有时裂缝贯通整个截面；由多层平行拱圈石砌成拱桥，拱圈下部腹石上发生纵向裂缝。

-箱梁腹板斜裂缝一般发生在支点至反弯点间的梁段上，属剪切裂缝。

-箱梁腹板水平向裂缝，主要由箱梁横向弯曲空间效应

-箱梁顶、底板梗腋处的纵向裂缝主要为预应力局部应力过大

-箱梁较宽，或横隔板中施加的横向预应力不足或损失过大，或箱梁抗扭能力差等

-由于偏载、扭转、施工质量等因素引起

主要为端部或锚固部位应力集中、或混凝土浇注质量较差所致。

拱式桥梁的常见裂缝

-拱肋截面偏小、构造缺陷、施工质量差及实际荷载大等因素

-上弦杆及实腹段跨中附近底面及侧面横向开裂，或下挠过大，表明杆件的有效预加应力不足

-斜杆开裂，说明拉应力过大

-截面的抗弯强度不足、配筋偏少、拱轴线不合理、墩台不均匀沉降或向路堤方向滑动或转动、超重车影响、整体性差、施工质量差等

-墩、台基础的上、下游不均匀沉降引起

-偏载作用下边拱箱受力变形较大

-构造不当、局部应力过大或混凝土浇注质量较差所致

-有效预应力不足、正应力过大、混凝土抗拉能力不足

-桥面板在立柱与腹孔位置未设铰或变形缝所致，不能适应环境温度变化所致

-双曲拱桥裂缝

-各拱波之间横向联系弱，整体性差，横截面的组合不合理，墩台横向不均匀沉降等因素所致

4、结构或构件的损伤疲劳程度严重

钢箱梁的正交异性（顶）板等可能会因结构活载应力幅度过大导致构件疲劳损伤程度比较突出

斜拉索，系杆拱的系杆、吊杆在使用荷载及外界环境因素的共同作用下，也容易出现系杆、短吊杆的疲劳及应力腐蚀问题

5．桥墩基础变位或不均匀沉降，下部结构开裂

（1）浆砌片石桥台、护坡等部位，出现开裂、破损、淘空等情况。

（2）桥台填土不均匀沉降和排水不良而发生裂缝，侧墙与台体分离；墩台表面风化剥落，发生桥台侧墙、胸墙倾斜、轻微鼓肚、两侧锥坡和八字翼墙发生鼓肚、沉陷。

（3）扩大基础土压力和支承力的变化，导致墩台产生位移、开裂等病害。

（4）桩基础以及桩身各种质量缺陷（如桩顶露筋、夹泥断桩、缩颈离析、桩位偏差），造成桥梁墩台出现各种不同的缺陷和病害表现方式：下沉、开裂、倾斜、滑移等。

（5）下部结构桥墩、桥台由于受到基础不均匀沉降、局部应力集中、设计构造失误、施工质量不佳、混凝土温度收缩、支座损坏后产生的次生内力、水压力及冲刷淘空等因素导致出现了各种结构性裂缝。

（6）沉井基础常因开挖方法、地下水处理、减少摩阻方法不好及刃脚部位的封底不严密，造成墩台的缺陷和病害。

（7）其他病害，如混凝土剥离、露筋、漏水、空洞、蜂窝麻面，以及天然地基上的浅基础被冲刷悬空；灌注和打桩基础受水冲刷、侵蚀等缺陷和病害。

6、设计荷载等级偏低，结构强度不适应交通需求

应用最为广泛，车辆荷载效应设计值仅为美国AASHTO的LRFD（Load and Resistance Factor Design）的68％、英国BS5400的BD37/88的60％。

超重车辆日益增多、超载车辆屡禁不绝、各大城市交通日益拥堵等现象，导致我国桥梁超负荷使用这一问题更为严重。

三桥梁各种缺陷加固修复

桥梁的维修加固，首先应符合安全和载重等级的要求，对于达不到安全和承载能力的桥梁，应根据其技术状态确定大修或改建，使其达到载重等级的要求。

对采用新材料、新结构的桥梁，应制定专项养护方案，并在使用过程中不断积累桥梁技术状况的观测资料，进行动态跟踪管理。

重视调查研究，针对病害原因采取相应的技术措施，强化科学养护维修管理，坚持“质量否决权”制度。

列入文物保护范围的桥梁的养护，还应当符合文物部门的有关规定

行车道板的维修补强

钢筋混凝土行车道板的破坏主要有：裂缝、磨耗、剥离、露筋、锈蚀，严重的还会出现碎裂、脱落、洞穴等。

桥面板维修措施

钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥

（1）梁板结构裂缝宽度小于0.15~0.20mm时，采用环氧树脂或聚合物类材料进行封闭处理。

（2）裂缝宽度大于0.15~0.20mm时，采用化学灌浆方法进行处理。

（3）桥梁构件出现混凝土腐蚀的碱迹、开裂、剥落、钢筋锈胀等现象，应凿去已松动的保护层，直至露出完好的混凝土。清除钢筋锈迹，涂刷防锈剂或阻锈剂，采用环氧或聚合物类修补用材料修补。

（4）预应力混凝土梁板结构出现裂缝，应进行专门检测。对影响或危害桥梁结构者，应立即采取限载限速措施或封闭交通，并制定加固处理措施。

T梁加固设计示例

一、桥梁病害检查结果

二、桥梁构造设计参数复核结果

目的：

研究分析桥梁结构相关设计参数的合理性，复核明确其在构造方面是否存在不足，结合桥梁外观健康检查结果，为桥梁病害产生机理及病害诊治措施的研究提供有利依据。

依据：该桥的相关设计施工图纸及国家相关规范

复核的主要参数和内容

√桥面混凝土铺装层材料及厚度取值

√T梁混凝土标号

√混凝土桥面板与铺装层间是否铺设防水层

√混凝土铺装层钢筋网钢筋d；钢筋是否带肋

√钢筋网的间距

√中横隔梁的设置是否

√T梁翼缘板端高度

√T梁翼缘板根高度

√橡胶支座类型

√预应力混凝土T梁施工方法

复核结果：

三、承载力及力学分析

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