常见桥梁病害的形式及成因
2010-11-16
引言
随着经济的飞速发展和道路运输事业的日趋繁荣，人们对高等级、高标准的公路交通的需求也日益增加，因此，全国各地的公路建设和养护维修事业的发展也非常迅速；新建工程已有比较丰富的设计和施工经验，在此不加细说，但养护维修项目，尤其是大型桥梁的养护维修业务却是近几年才逐渐发展壮大起来的热门行业，其受重视的程度也越来越高。桥梁是公路交通系统中的重要组成部分，在公路运输事业中有着举足轻重的地位，一旦出现质量问题，给国家和人民造成的损失将是巨大的。所以，主管部门都把桥梁维修养护工作摆在了极为重要的议事日程上来。
桥连四海，路通八方，桥梁的兴建与畅通，促进了人类社会的文化和经济生活的繁荣与发展。但是桥梁一旦发生倒塌事故，就会带来巨大的损失和灾难。近些年，人们已经开始注意到了各种病害正在不同程度地侵扰着我国正在服役的30多万座既有桥梁。据统计，在我国存在安全隐患和耐久性问题的桥梁约占总数的50%，个别地方甚至超过了70%，在这些桥中危桥又占20%～30%，约有9597座。如何对这些既有桥梁做出正确的检测、评估及加固，目前理论上尚没有很好的解决办法，究其原因，主要是对病害及其发生机理缺乏系统、清楚的认识。
1.桥梁病害的主要形式
钢筋混凝土桥梁的病害主要有下列几种形式：
1.1裂缝裂缝是钢筋混凝土桥梁中最普遍、最常见的病害之一，不产生裂缝的桥梁几乎没有。而且裂缝往往是多种因素联合作用的结果。裂缝对钢筋混凝土桥梁的危害程度不一，严重的裂缝如贯穿缝、网裂等将会严重危及桥梁的安全运行。另外裂缝往往也会引起其它病害的发生与发展，如钢筋锈蚀、冻融破坏等，这些病害与裂缝形成恶性循环，会对桥梁的耐久性产生很大的危害。
1.2混凝土碳化及钢筋锈蚀混凝土碳化及钢筋锈蚀现象在钢筋混凝土桥梁中普遍存在。当混凝土炭化和钢筋锈蚀程度日渐严重后，桥梁必然会产生较多的顺筋裂缝，这会造成桥梁使用安全性降低和使用寿命缩短。
1.3剥蚀剥蚀是从混凝土的外观破坏形态着眼，对混凝土桥梁结构表面混凝土发生蜂窝麻面、露石、酥松起皮和剥落等病害的统称。根据不同的机理可分为冻融剥蚀、冲磨和空蚀、水质侵蚀、风化剥蚀等。
1.4结构构造的破坏在钢筋混凝土桥梁中，由于结构的关键部位构造不合理、施工中存在问题或年代久远等而引起的结构构造老化、失稳、变形过大等已在一定程度上影响了桥梁的安全运行。
1.5地基不均匀沉降引起的破坏由于地基不均匀沉降引起的破坏对结构的影响也比较大，如翼墙和锥坡的下沉、滑动、开裂，毛石墩台的贯通缝等。
2.桥梁病害机理分析
2.1裂缝当混凝土中拉应力大于其抗拉强度或拉应变大于其极限拉应变时，混凝土会产生裂缝。桥梁裂缝又主要有以下几种。
首先，超载裂缝。超载裂缝有可细分为：
①局压裂缝：当设计的混凝土抗压强度不够或超载使用时，在承压应力大部位，由于出现局部拉应力，常常导致产生局压裂缝，甚至会局部压碎。特征：局压区出现大体与压力方向平行的多条短裂缝。
②弯曲裂缝：当受拉区拉应力超过混凝土抗拉强度时往往出现弯曲裂缝。特征：弯矩最大截面附近从受拉区边缘开始出现横向裂缝，逐渐向中和轴展；用螺纹筋时，裂缝间可见短向次裂缝。
其次，网裂。当混凝土出现纵横相交的不规则裂缝时，称为网裂或龟裂。主要有以下情况：
①混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发，引起混凝土浇筑时坍落度过低，使混凝土出现不规则的网状裂缝。
②混凝土初期养护时，由于浇水不足或不及时或遇大风天气施工，混凝土表面急骤干燥，出现塑性收缩状态，会在混凝土表面产生不规则裂缝，一般深度较浅。
再次，钢筋锈蚀引起的裂缝。混凝土中钢筋发生锈蚀后，其锈蚀产物的体积比原来膨胀2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力。当膨胀应力大于混凝土抗拉强度时，就会产生裂缝，这种裂缝称为钢锈裂缝。钢锈裂缝一般都为沿钢筋长度方向发展的顺筋裂缝。
2.2混凝土碳化及钢筋锈蚀混凝土碳化及钢筋锈蚀现象在桥梁中比较普遍。也比较严重。调查表明，当碳化深度接近或超过混凝土的保护层厚度时，混凝土内的钢筋已锈蚀。凡裂缝多、混凝土质量差的桥梁，其钢筋锈蚀程度也必然严重，产生的顺筋裂缝也特别多。随着钢筋锈蚀的发生，混凝土开裂、剥落，钢筋和混凝土的粘结力就不断丧失，钢筋截面积就减少，承载能力下降，从而降低了结构的安全度，结构损坏事故就可能发生。
2.3剥蚀根据不同的机理，剥蚀可分为冻融剥蚀、冲磨和空蚀、水质侵蚀、风化剥蚀等。
首先，冻融剥蚀：是指在水饱和或潮湿状态下，由于温度正负变化，结构物的已硬化混凝土空隙水结冻膨胀，融解松弛，产生疲劳应力，造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。冻融剥蚀破坏会使钢筋混凝土桥梁的墩台、梁板、桩等钢筋混凝土结构的有效截面积减小，并诱发钢筋锈蚀，加速老化过程，导致结构物的承载能力和稳定性下降。
其次，冲磨和空蚀。空蚀破坏一般表现为在流过的墩台上表面局部位置出现空蚀剥蚀坑，但其它部位完好，蚀坑深度有时达几厘米；冲磨剥蚀一般面积较大，并具有一定的连续性。冲磨和空蚀破坏发展到一定程度可能诱发大面积的水力冲刷破坏。
再次，水质剥蚀：包括硫酸盐侵蚀；酸侵蚀；碱类侵蚀。
最后，风化剥蚀：这是一种普遍的剥蚀现象，危害都不大，均为轻微剥蚀。
2.4结构构造的破坏结构构造的破坏主要出现在伸缩缝和支座两个部位：
首先，伸缩缝：破坏特征为由于设计不当、材料老化和施工的因素造成接缝处不平、跳车、渗漏的现象。
其次，支座：破坏特征为由于设计不当、材料老化和施工的因素造成支座偏位以至支撑不稳、垫块压碎、功能丧失。甚至引起其他病害。
2.5地基不均匀沉降引起的破坏这类病害除上述由于地基不均匀沉降引起的桥梁墩台的裂缝外，主要还有翼墙和锥坡的下沉、滑动、倾斜、开裂、毛石墩台的贯通缝、块石松动等。由于各种施工原因造成的桥头跳车也归纳到此部分。
桥梁结构应具有足够的强度，以承受作用于其上的重力和附加力；结构各部必须具有足够的刚度，以使其在荷载作用下不产生过大的挠曲和变形；结构各部尺寸必须具有适当大小，以使其承受轴向压力时的构件不发生屈曲，丧失稳定性。同时结构也要具有较高的耐久性。由于作用荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与施工质量的分散性、计算假定的近似性，致使在长期使用过程中桥梁结构产生病害。
