常见桥梁病害及桥梁加固的探讨
2011-07-18 来源：网络
随着交通运输事业的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，尤其是拖挂运输、集装箱运输、个体户载重货物运输等重型车辆日益巨增，特种工程车如矿山运载车、大型平板车亦不时出现。现有公路桥梁中相当一部分，特别是年代较远的低等级载荷桥，已远远不能满足使用上的要求。
至目前，我国公路通车里程已达175.8万公里，高速公里路程达2.58万公里，跃居世界第二，建成的永久性桥梁在29万座以上，1982年以前建成的桥梁约13.6万座，大部分是按1972年以前部颁标准建造。绝大部分已满足不了当前使用上的要求，成为三、四类桥梁。
对于三、四类桥梁则必须进行维修加固。否则即是一半新建，其耗资也是巨大的；八十年代的美国估算，40%的病危桥梁重建，耗资亦需3000亿美元，造成不可能实现的情况。因而，加强桥梁养护、维修及病危桥梁的加固，力求充分利用，延长其使用寿命，以满足交通运输发展的需要。依国内外所积累的经验表明，旧桥加固所需资金为同期新建桥梁的10～30%左右，所以说，适时合理地加固旧有桥梁，其经济效益是十分显著的。
此外，现有桥梁往往需要应对特殊载荷的需求，一个特大构件的运输，新建一条临时便道的投资很大，沿已有道路运输虽则方便，但桥涵的通行能力便成了控制因素，为了安全可靠地利用已有公路，则对桥涵进行检查，施行临时加固，采取科学对策是十分重要的。
因而，正确掌握既有道路上所有桥涵的结构形式、力学性能、现有状态、潜在能力、安全储备是很必要的。一则依可支配资金合理分配，及早进行桥梁的健康诊治；二则依交通流的增长，发展及早适时的安排后续工程；其次以应对突发事件（重型超设计载荷、地震、风灾、洪水、车辆船舶撞击等），采取措施及时处理。为此，应建立一整套现有桥梁管理系统，掌握现有桥梁性能，进行现代化管理。以提高其决策的科学性、正确性、及时性。
一、桥梁检查的目的和意义
1、检定现有桥梁的实际承载能力，为桥梁的使用及维修加固提供必要的依据
近年来随着我国工业化进程的加快，特大型工业设备运输、集装箱运输、矿山特种车辆及私自改装重型车辆的运行，都给现有桥梁的安全使用造成威胁。原来按旧标准规定的荷载等级设计建造的桥梁，由于交通量的不断增加，加之前述重型车辆的频繁出现，更是造成这些桥梁雪上加霜。现有道路上的桥梁由于营运使用多年，主要部位出现缺陷，如裂缝、错位、沉降等，通过对现有桥梁进行检查，了解其各部位损坏的程度，核定其承载能力，为桥梁的维修加固提供必要的依据。
另外，当桥梁遭受特大灾害时，如因地震、洪水等而受到严重损坏或在建造、使用过程中发生严重缺陷（如质量事故、过度的变形和严重裂缝以及意外的撞击受损断裂等），均须通过对其检查，核定其承载能力。为桥梁的管养提供可靠依据。
2、建立和积累必要的技术资料，建立桥梁养护数据库
现有桥梁大多资料不全，尤其是年代久远的桥梁，更是缺乏资料，需要通过检查，重新建立和积累技术资料，系统地收集这些桥梁技术数据，建立桥梁数据库，为加强科学管理和提高桥梁管养技术水平提供必要条件，并能指导今后的桥梁养护、加固、与维修工作。
3、检验桥梁的结构质量，确定工程的可靠度，推动和发展旧桥评定及新结构的计算理论
通过对现有桥梁的检查，对于一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后，可评定其设计及施工质量，确定工程的可靠度；对采用新型结构的桥梁，可验证理论的实践性和可靠性，进一步发现问题，总结经验，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，使其更臻完善；对经过维修加固的桥梁，可检验维修加固质量，并验证加固方案的合理性与可靠性。
通过检查，还可了解桥梁实际受力状态，判断结构的安全承载能力和使用条件。
二、桥梁检查种类
桥梁检查的种类分为经常性检查、定期检查和特殊检查三种。
经常性检查由路段检查人或桥梁养护人员进行巡视检查。目的是确保桥梁结构功能正常，使结构能得到及时的养护和紧急处治，对一些重大问题作出报告。该项检查的特点是检查人员有机会在各种天气情况下对桥梁进行观察。
定期检查是对桥梁结构的质量状况进行定期跟踪的全面检查。通常是依靠富有经验专职桥梁检查工程师，以目视观察为主，辅以必要的工具、常规测量仪器、照相机和其他器材等手段，实地判断病害原因，作出质量状况评分，并估计需要维修的范围及方法，或提出限制交通的建议。对需要进一步查明原因或继续观察的缺损部件，提出特殊检查或下次检查的时间要求。
特殊检查是因各种特殊原因由专家们依据一定的物理、化学无破损检验手段对桥梁进行的全面察看、测强和测缺，旨在找出损坏的明确原因、程度和范围，分析损坏所造成的后果以及潜在缺陷可能给结构带来的危险。通常在下列四种情况下需对桥梁进行特殊检查：（1）有必要使用特殊设备或专门技术对定期检查作补充时；（2）在进行复杂和昂贵的维修前，须查出定期检查中未能发现的损坏情况时；（3）在发生特殊事件后，如地震、洪水灾害、采空区塌陷、岩溶损害、撞击事故和超重车辆过桥后；（4）需要使用特殊仪器需作特别详细记录的检查，拟评定结构实际状况时。特殊检查一般由现场检查和实验室测试分析两大部分组成。
三、桥梁现场病害的检查
桥梁结构的使用效能及耐用年限，主要由设计、施工和所用材料质量而定。由于设计、施工和材料可能存在某些缺陷，这些缺陷使桥梁结构在先天上存在着某些薄弱点。另外，桥梁在营运使用中又会受到不可避免的人为损伤及各种大自然侵蚀，带来后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影响往往叠加在一起，再遇上荷载和外力的临界组合，很容易使桥梁发生不可预见的损坏。一处或某几处局部的损坏又可能产生连锁反应，波及到更多的位置，发展成更大的损坏，乃至危及桥梁的安全。所以，桥梁检查就是要及时发现早期病害，在尚未出现更大损伤之前就能采取维修养护措施，以控制病害发展或把病害清除，从而确保桥梁的正常使用。
要及时发现桥梁结构的病害，就必须对桥梁进行检查。桥梁结构的检查，是保证桥梁正常使用、进行维修加固的重要依据。没有正规的检查就不可能有合理的维修。病害发现得越早，维修工作量就越小；发现得越晚，维修工作量就越大。检查不及时或不充分就有可能使桥梁病害得不到发现而潜藏着隐患。因此，检查桥梁结构的目的在于随时掌握结构的技术状况和安全状态，总结设计、施工、使用和维修的经验和教训，检定现有桥梁的承载能力和通行能力；指导对桥梁的正确使用、管理与维修等。
旧桥现场的外观调查是通过桥梁检查人员的目测及有关量测仪器对桥梁进行全面细致的检查，以便发现桥梁的缺陷或损伤的外部迹象，并分析其产生的原因。同时要测量桥梁主要承重结构构件的实际几何尺寸。对于钢筋混凝土桥梁，还要检查钢筋布置情况以及混凝土材料的有关性能。
尽管道路桥梁的结构形式较多，但是对旧桥现场的外观调查工作的主要内容仍能归纳成几个方面。
（一）、桥面系的外观检查
桥面系的外观调查，可以按桥面系组成的四部分依次检查。
一、桥面铺装的检查
桥面铺装的功能是使车辆安全而舒适地行驶。当桥面铺装产生病害后，会产生如下后果：
1、铺装粗糙度不足或铺装层脱落，容易引起大的交通事故；
2、由于桥面铺装不平整等引起汽车车辆对桥梁的冲击效应增大，使桥面板等结构的耐久性降低；
3、在伸缩缝的前后，桥梁铺装层与伸缩缝装置之间的高低差不仅促使铺装本身的破坏，而且会促使伸缩缝装置的破坏。
作为桥面铺装的外观检查首先是调查桥面铺装的类型，然后调查铺装层存在的主要缺陷。
沥青桥面铺装的主要病害有：轻微裂缝（发状或条状）、严重裂缝（龟裂、纵、横裂缝）、坑槽、车辙、拥包、磨光和起皮等。此外，沥青桥面铺装应保证足够的平整而粗糙，过分光滑雨天易使车辆打滑。
水泥混凝土桥面铺装的主要病害有：裂缝、剥落、坑洞、磨光等。
关于桥面铺装缺陷与损伤的外观检查方法、项目、记录格式及初步评定可参照《公路养护技术规范（JTJ073-96）》中有关条文进行。
二、伸缩缝装置的检查
伸缩缝设置于梁端构造较弱部位，因直接承受车辆的反复荷载，故最易遭受破坏。随着交通量的增大，重车增多，这些老的伸缩缝装置的破坏逐渐增多。这不仅妨碍行驶性能，而且会发展到引起结构本身的破坏，如桥面伸缩缝的损坏，使水向下渗漏从而影响梁体端部结构和造成支座锈蚀等破坏。
伸缩缝装置的损坏往往还会引起驾驶员心理上不快，从而可能引发驾驶事故。
各种伸缩缝装置一般具有的缺陷往往表现在伸缩缝本身的破坏损伤、锚固件损坏、接头周围部位后铺筑料的剥落、凹凸不平等等，这些缺陷也成为伸缩缝处漏水的原因，从而加速支座和结构本身的恶化。
对于常见道路桥梁伸缩缝类型，伸缩缝装置本身的破坏损伤见下表所示。
究其原因，不外乎有以下几个方面：
1、设计方面：桥面板板端刚度不足；伸缩缝装置本身刚度不足；伸缩装置锚固构件强度不足；过大的伸缩量；后浇筑填料选择有误；伸缩量计算有误。
2、施工方面：桥面板间伸缩间距的施工误差；后浇筑料的管理不良；伸缩装置安装得不好；桥面板浇筑不良；支承台做得不好。
3、其他因素：车辆荷载及频率加大；桥面板老化；后浇筑填料老化；桥头前后桥面凸凹不平；桥面清扫不彻底；支座、桥墩异常；灾害事态发生。
对伸缩缝装置的检查主要是目测，必要时应量测破损的范围，并在记录中详细描述。
三、桥面排水设施的检查
桥面排水设施及桥面铺装的缺陷，往往导致桥面积水，引起车辆滑移，导致交通事故。
桥面排水设施的缺陷，在降雨和化雪时表现得最显著，因而对桥面排水设施缺陷的检查最好在此时进行。
桥面排水设施不良，除设计上可能考虑不周外，主要是排水设施本身被破坏以及尘土、树叶、淤泥等堵塞排水设施，以致不能正常排水。
桥面积水往往会通过桥面铺装的裂缝等缺陷影响桥梁主要承重结构构件的耐久性能。
四、栏杆、扶手及人行道的检查
主要检查栏杆、扶手本身破坏情况以及相互连接处是否脱落，钢制构件是否锈蚀、脱漆，对于人行道，检查路缘石是否有破碎，人行道与桥面板连接的牢固程度，等等。
桥梁的桥面系状况直接与行车、行人的安全和适用性能有关，同时桥面系中存在的缺陷也会促使桥梁主要结构构件工作性能的恶化。因而对它的外观检查还得与桥下的检查紧密结合起来，才能取得较好的效果。
五、照明设备、交通设施检查
检查灯具完整性，电路正常否，灯柱有无损坏、锈蚀、变形、标志、标线是否完整、清晰、有效。
（二）、桥梁上部结构的检查
桥梁上部结构是桥梁的主要承重结构，它往往由许多基本构件组成，例如梁、板、拱肋（片）等。因此对桥梁上部结构的检查，就是对这些基本受力构件的工作状况进行检查。具体检查工作内容如下。
一、基本受力构件缺陷及损伤检查
根据桥梁结构形式、构件种类、建桥环境、施工质量以及使用情况等不同，在基本构件上缺陷产生的部位、种类和程度也不同。对于混凝土公路桥上部结构的基本构件，缺陷通常有混凝土开裂、剥离、断面破损、钢筋外漏及锈蚀、混凝土本身质量不足、异常变形等。其表现为表面裂缝、蜂窝、麻面、空洞、露筋、剥落、游离石灰、缝隙夹层等现象。
以钢筋混凝土桥面板损伤破坏为例，说明其损害原因。
1、桥面板断裂。大多因为（1）作用的车辆荷载过大。随着近年来汽车的大型化，载重增加以及超载违章车辆的增加，对桥面板有很大影响的单车重力或轮荷载已超过了现有桥梁的设计荷载等级。（2）冲击影响。由于桥台下沉致使路桥接合处或由于伸缩缝的损坏等原因而出现高差，车轮经过时产生较大冲击力。
2、桥面板碎裂。大多因为混凝土级配和施工质量不好而造成强度不足、蜂窝麻面等缺陷，从而致使荷载作用下产生破坏。
3、由钢筋锈蚀而引起的抗弯强度不足遭到的破坏。桥面板裂缝，雨水下渗，从而钢筋再次锈蚀，加剧其损害，形成恶性循环。
4、桥面板刚度不够而引起的裂缝。由于桥面板较薄，因此在车轮荷载作用下容易引起较大的变形以致产生较大的裂缝。
5、由主梁的影响而引的破坏。（1）连续梁桥、悬臂梁桥、桁架拱的桥面板由于主梁上部在荷载作用下（或基础沉降）产生负弯矩或拉力，从而会出现裂缝，此类裂缝往往会反射到桥面。（2）主梁的不均匀沉降。由于基础的不均匀沉降导致主梁沉降，由此影响到桥面，多出现纵向裂缝。
6、拱桥或箱梁（槽形梁）桥梁结构中采用小拱板或空心板做桥面板时，由于小拱板或预制的空心板强度不足或施工不良，与主梁连接不好，而引起板的折裂、破损、甚至掉落，形成空洞。
对于公路混凝土桥梁，由于某一缺陷日积月累的变化，加上环境影响，有扩大的危险。另外，在混凝土公路桥梁中，缺陷和原因不是一一对应的，不少情况是某一个原因为诱发源，其它则多为促进缺陷发展的原因。
因此，在基本构件的检查中，一定要细心观察，发现缺陷后，应结合观察到缺陷的种类、部位、范围及严重程度，从设计、施工及使用年限，使用状态记录出发，进行综合分析，使之得到切合实际的初步判断。
二、基本构件的横向联系检查
桥梁上部结构的整体性是靠基本构件的横向联系来保证。
对于起横向联系的构件状况检查一般包括它们本身状况检查及它们与基本构件连接状况的检查。
对于梁式桥的横隔板，应检查横隔板上的缺陷及裂缝情况，还应检查连接钢板是否外露、有无锈蚀现象等等。
对于双曲拱桥，应检查横系梁（板）上的裂缝情况，检查与拱肋连接处是否有脱离现象，还应检查肋和波接合处情况等等。
对于桁架拱桥，应检查横隔板与主桁片、微弯板与主桁片的结合处情况等等。
三、基本受力构件及几何纵轴线的检查
一般量测基本构件的实际长度及截面尺寸。构件连接处的完整性及线形，可以采用随机抽样调查方法进行。
基本受力构件的变形（下挠扭曲侧屈、位移等）及裂缝调查应重点深入。
基本构件纵轴线的检查，对梁式桥，指的是主梁纵轴线向下挠曲的测量；对于拱桥，指的是主拱圈实际拱轴线形状及拱顶变形量的测量。基本构件纵轴线的检查可以通过外表目测，发现有明显变形时，再用精密仪器测量。
（三）、支座的检查
梁式桥支座的作用，主要是将上部结构重量及车辆荷载传递给墩台，并完成梁体所需要的变形。
支座上存在的缺陷往往会造成桥梁上部结构和墩台的工作不良，造成较弱部位的某些损伤。
支座的病害大体有：
1、支座本身：止浮装置的损害；限制移动装置的损害；辊轴的偏移和下降；销子和辊轴的破坏；支座构件裂痕；螺母松动；带头螺栓固定螺栓的脱落；滑动面、滚动面锈死；下底板的破裂；各构件的腐蚀；插座相互间接触。
2、支座底板：锚栓切断；填充砂浆裂缝；支座底板混凝土碎裂；支座垫石压坏、剥离。
因此，对桥梁支座的检查应进行以下几个方面的内容：
1、简易垫层支座的油毡是否老化破裂；
2、钢板滑动支座和弧形支座是否干涩、锈蚀；
3、摆式支座各部分相对位置是否正确，受力是否均匀，钢筋混凝土立柱是否损坏；
4、橡胶支座是否老化、变形，位置是否正确；
5、滑动钢盆橡胶支座的固定螺栓有无剪断破坏，螺母有无松动；
6、活动支座是否灵活，实际位移是否正确；
7、是否有对于滑动面、滚动面夹杂尘埃和异物，以及防水装置和排水装置等的缺陷而产生的漏水、溢水等。
（四）、桥梁墩台的检查
桥梁墩台的检查主要是墩台身缺陷及裂缝检查，墩台变位（沉降、位移、倾斜）的检查。
对于钢筋混凝土的墩台身来讲，比较常见的缺陷是混凝土的冻涨引起剥离、混凝土的风化、掉角及船只碰撞造成的表面混凝土擦痕、露筋、支座下混凝土局部承压而造成损坏；比较常见的裂缝形态是墩台身沿主筋方向的裂缝或沿箍筋的方向的裂缝（这些裂缝一般数量不多）、盖梁上与主筋方向垂直的竖向裂缝。
对于砖、石及混凝土的墩台身来讲，比较常见的缺陷是砌体的砌缝砂浆风化、大体积混凝土内部的空洞引起的破损等；比较常见的裂缝形态是墩台身的网状裂缝及竖向裂缝（沿墩台身高度方向发展延伸）。
桥梁墩台身缺陷及裂缝检查，可以采用目测或借助于一些工具（例如用小锤轻敲以检查表面风化程度、剥落情况及内部空洞，用读数显微镜检查裂缝最大宽度等）来完成。
对于墩台的沉降、位移和倾斜情况的检查，一般可以先由目测并结合桥梁上部结构检查进行初步判断。例如对于简支梁桥，当上部结构检查发现主梁在墩顶倾斜、伸缩缝顶死的情况，可以初步判定桥墩可能有倾斜或不均匀沉降；对于双曲拱桥，当主拱圈检查中发现拱顶下沉较多及主拱肋上有较多的径向裂缝，那么也可以初步认为桥台可能有水平位移存在。再进行详细调查。
桥梁墩台的沉降量详细检验用精密水准仪测量，严格按国家一、二等水准测量规定进行，并应闭合在两岸的永久水准点上。观测点一般选在墩台顶面的两端，其观测标志可用在墩台上埋置的铆钉头作为水准观测点。
桥梁墩台的倾斜情况详细检查可以在墩台上设置固定的铅垂线测点，用全站仪或吊垂球测定墩台倾斜度。
中小跨度桥梁墩台水平位移的观测可用特制的钢线尺固定拉力作悬空丈量，直接将丈量结果与竣工资料比较。钢线尺最好是铟钢制成，以免气温变化的影响。
对于拱桥墩台水平位移的检查，可用如下方法：
1．若有完整的竣工资料，桥台水平位移可根据小三角测量求得跨径，与竣工时跨径值比较得到；
2．若没有竣工资料，则需要根据实测拱轴线取得拱顶的下沉量，扣除因设预拱度不够而下沉得到的差值，再以此除以拱顶处推力影响线坐标，可以得到桥台的水平位移的估算值。
（五）、桥梁基础的检查
对于墩台基础的检查，主要指墩台基础的冲刷情况和缺陷情况的检查。
在水中的桥墩，因为直接阻水，除了一般的冲刷以外，还有局部冲刷，在桥墩处形成局部漏斗形河床。当河床为厚砂砾卵石层时，因水流带动砂砾石运动，会对钻孔灌注桩造成严重的磨损，甚至使桩中钢筋外露。特别是在地面或低水位以下、冻结线以上或冲刷线附近，基础或墩身常有环带状腐蚀，基础周围表面松散，严重者使混凝土形成空洞。
对于混凝土或浆砌片石扩大基础，主要缺陷是基础松散破裂和基础下冲空。
当桥梁墩台有倾斜、位移或在活载作用下墩顶位移较大时，往往可能是基础有病害，应进行挖探检查：
1、在河床无水或浅水墩台，可设围堰防水直接挖至基础检查；
2、对于流速不大的深水墩台，可用围堰、封底进行抽水进行检查。
另外还有激光探测和振动检查方法，可以用来检查墩台基础中裂缝、断裂、冲空等病害。
建立在天然地基上的浅基础常见的病害有：埋置深度浅、易受冲刷而掏空；埋置深度不足，受冻害影响；地基不稳定，易产生滑移或倾斜。
建立在岩石上的基础常见的病害有：基础置于风化石层上，风化部分未处理好，经水流冲刷而掏空或悬空；受地震时的剪切作用，易产生裂缝。
人工地基基础因处于软弱地基上，在竖向荷载作用下压实沉陷，使基础下沉。
木桩基础，地下水位下降时，桩身常腐蚀。
钢筋混凝土打入桩基础：打桩时，桩身受损坏；受水冲刷、浸蚀，产生空洞、剥落等；受船只或其它漂浮物的撞击而损坏。
钻挖孔桩基础。施工时淤泥未完全清除，就灌注混凝土，而使形成后的基础下沉；施工不当，或受水冲刷、浸蚀而产生空洞、剥落、钢筋锈蚀等；灌注混凝土过程中发生塌孔而未作处理，桩身部分脱空；受外力撞击而产生破坏。
管桩基础。承载力不足而使基础产生下沉。
沉井基础。地基下沉时，基础也产生一些下沉；基础下沉不均时，或桥台台背高填土受地基土侧向流动的影响时，基础产生滑移、倾斜；中间层为弱粘土层时，由于附近施工挖基坑和填土等而变位，常使基础变位；由于冲刷，沙层被冲走或由地震而使地基液化，使基础变位。
总之，桥梁现场病害的发生不是一朝一夕可以完成的。而是由多种因素综合影响的结果。一种病害的发生往往引起连锁反应，其它病害也会随之而来。因此，在对桥梁进行养护管理时，时常检查，对出现的细微异常现象引起注意，细致观察，详细记录。不失是一种防微杜渐的好方法。
