公路钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥常见病害原因分析.doc

公路钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥常见病害原因分析 桥梁是公路交通的咽喉，是重要的基础设施，由于桥梁结构反复承受着行车荷载的磨损、冲击，遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏，特别是我国交通量和重型汽车的不断增加，加之建筑材料的性质衰变，以及由于设计和施工留下的一些缺陷，必然造成公路桥梁使用功能和承载能力的日趋退化。这些结构上的初始缺陷加上结构的自然老化使得结构上的损伤不断积累和发展，结构的功能不断退化，由此极有可能导致结构在一定的使用期后将成为危桥而面临损毁、垮塌的危险。 一、表观缺陷 1.1蜂窝 （1）病害现象、特征 梁体混凝土表面局部酥松，水泥浆少，骨料之间存在空隙，形成蜂窝状的空洞。在钢筋混凝土及预应力混凝土梁体表面往往伴随有钢筋外露现象。 （2）病害原因分析 梁体混凝土出现蜂窝病害，主要是桥梁施工中控制不严造成，具体为 ①　 浇筑梁体混凝土时，混凝土振捣不实或漏振； ②　 模板空隙未堵好或模板架设不牢固，混凝土振捣时模板移位，造成严重露浆形成蜂窝； ③　 混凝土保护层厚度设置不足，钢筋紧贴模板，混凝土无法包裹钢筋造成蜂窝及露筋。 ④　 混凝土表面蜂窝对结构承载能力影响不大，主要影响结构耐久性。 1.2 麻面 （1）病害现象、特征 梁体混凝土表面局部缺少水泥浆形成仅有细骨料、粗骨料的粗糙面，或者表面有许多麻点的小凹坑，一般情况下，钢筋不外露。 （2）病害原因分析 主要是梁体混凝土施工技术粗糙造成的，具体为 ①　 混凝土配合比不合理，水灰比过大或过小； ②　 模板表面粗糙或清理不干净，拆模时混凝土表面粘损出现麻点； ③　 木模板浇筑混凝土前没有润湿或润湿不充分，浇筑混凝土时与模板接触的那部分混凝土，水分被模板吸收，使其表面失水过多形成麻面； ④　 钢模板脱模剂涂刷不均匀或局部漏涂，混凝土表面被粘损； ⑤　 模板接缝拼装不严密，浇筑混凝土时露浆，混凝土表面出现沿板缝位置的麻面； ⑥　 泵送混凝土气泡多，若未对混凝土进行二次振捣，气泡未消散，一部分气泡停留在模板表面形成麻面。 ⑦　 混凝土表面麻面对结构承载能力影响不大，主要影响结构耐久性。 二、 钢筋混凝土梁板裂缝 2.1 竖向弯曲裂缝（底板横向裂缝） （1）病害现象、特征 在钢筋混凝土梁板的跨中部位，梁板的侧面出现由底面向上延伸的裂缝，长短不一，最长的裂缝延伸至翼缘与梁肋相接处停止（T梁）。裂缝间距一般为0.1m～0.2m，宽度约为0.03mm～0.1mm，对跨径较小的梁板，其裂缝少而细。 （2）病害原因分析 钢筋混凝土梁板竖向裂缝是在恒载及车辆荷载作用下产生的弯曲裂缝，属于结构正常受力裂缝。 2.2 斜裂缝 （1）病害现象、特征 在钢筋混凝土梁板梁板的支座至1/4跨区段的梁板侧面出现的斜裂缝，倾角一般在15°～45°之间，斜裂缝由梁板底面向上延伸，裂缝宽度约在0.3mm左右。 （2）病害原因分析 钢筋混凝土梁板竖向裂缝是在恒载及车辆荷载作用下产生的斜裂缝，属于结构受力裂缝，斜裂缝一旦出现后，其裂缝宽度一般较大，表面梁板的抗剪承载能力不足。 2.3 T梁肋板表面竖向裂缝 （1）病害现象、特征 在钢筋混凝土T梁肋板表面竖向裂缝在梁高一半处附近出现，裂缝宽度较大，一般在0.15mm～0.3mm左右，裂缝上下端的宽度较小，又称枣核形裂缝。竖向裂缝沿跨径方向分布位置不定，一般在1/4跨位置较常见，且裂缝条数不多。 （2）病害原因分析 ①　 钢筋混凝土T梁水平分布钢筋数量偏少或钢筋直径偏细，钢筋竖向间距较大； ②　 在混凝土浇筑后，肋板混凝土硬化收缩受到翼板和梁肋下部较多主筋的约束不能自由伸缩形成的收缩裂缝。 三 预应力钢筋混凝土梁板裂缝 3.1 先张法预应力混凝土空心板底面纵向裂缝 （1）病害现象、特征 在空心板底面，一般是空心板截面的两腹板之间底面出现1～2条沿板跨径方向的纵向裂缝，裂缝呈断续或连续状，并往往伴随有渗水痕迹或白化现象。 空心板底面的纵向裂缝往往是在桥梁通车营运不久才逐渐显现的。 （2）病害原因分析 主要原因是在空心板施工工程中，采用芯模的混凝土浇筑工艺不当所引起的。 充气橡胶胶囊是我国公路桥梁空心板施工芯模的主要类型，正确的施工方法是先浇筑并振捣密实空心板底板混凝土后，再将充气橡胶胶囊放入定位钢筋确定的位置上，然后将胶囊充气到规定要求，再浇筑腹板及顶板混凝土。 若施工工艺控制不当，先将橡胶胶囊充气，然后由空心板两腹板处向下浇筑底板及腹板混凝土，这样在充气胶囊的下部形成混凝土接缝，由于此部分混凝土无法用振捣器直接振捣，故混凝土质量较差。混凝土浇筑是沿空心板跨径方向连续施工，故形成相应的质量差的混凝土接缝。 在空心板预制过程中采用其他类型的芯模，但浇筑混凝土仍采用上述的不正确方法，仍然会产生空心板底板纵向裂缝。 由于空心板底面纵向裂缝往往出现在挖空圆的下方，故空心板在施工中的养护水或营运过程中由其他渠道进入挖空部分的水积聚在此，并且在裂缝产生后由裂缝处渗出，这样就在空心板底面纵向裂缝周围混凝土表面形成渗水痕迹及游离石灰现象。 先张法预应力混凝土空心板底面纵向裂缝一般是底板的贯穿性裂缝，使空心板由原来的完整闭口截面变成了相应开口截面。对抗弯承载力有一定的影响，对截面抗扭性能亦有较大影响。同时空心板挖空部分的积聚水作用会造成钢筋锈蚀，因而影响空心板的耐久性。 3.2预应力混凝土空心板底面横向裂缝 （1）病害现象、特征 预应力混凝土空心板底面横向裂缝主要出现在空心板的跨中区段，裂缝有时会在空心板侧面沿梁高方向发展，一般情况下，裂缝宽度不大。 （2）病害原因分析 ①　 空心板的预加力不足，造成空心板抗裂能力不满足要求。 ②　 由于空心板铰缝失效或破坏，造成单板受力过大，在车辆荷载作用下，单块空心板承受的荷载超过按上部结构整体受力考虑荷载横向分布系数的设计荷载。 3.3 先张法预应力混凝土空心板侧面竖向裂缝 （1）病害现象特征 预应力混凝土空心板侧面出现大致竖向的细小裂缝，有时也伴有水平裂缝，形成交错，裂缝宽度一般在0.15mm以下，裂缝深度仅及混凝土表层。 （2）病害原因分析 混凝土空心板的这种裂缝成为表面温度裂缝，是构件表面与内部混凝土温差过大引起的。 预应力混凝土空心板侧面竖向裂缝往往出现在施工过程中采用蒸汽养护的混凝土空心板。蒸汽养护是混凝土构件冬季施工中经常采用的养护措施，在蒸汽养护过程中，如果对养护的降温控制不好，例如降温速度过快，空心板受外界冷空气的影响，混凝土表面急剧降温，而板内部混凝土温度还比较高，表面混凝土的收缩受内部混凝土的约束，混凝土产生拉应力，若拉应力大于混凝土的抗拉强度，则混凝土表面会开裂。 四、 混凝土梁板其他病害 4.1预应力混凝土空心板上拱值过大 （1）病害现象、特征 这种现象以先张法预应力混凝土空心板出现较多，表现为在营运多年后，板跨中部位上拱值（又称反拱）仍较大，甚至出现在跨间桥面是上凸，而在支座附近桥面相对下凹。 （2）病害原因分析 先张法预应力混凝土空心板上拱值过大病害产生的主要原因为施工时预拱度设置过大所造成的。通车营运后，在荷载作用下混凝土和预应力钢束之间在内力重分布作用下，混凝土预压力和预应力钢束拉力越来越大，造成空心板上拱值过大。 先张法预应力混凝土空心板上拱度过大，为保持设计的桥面标高，则空心板的跨中部位桥面铺装及现浇混凝土层可能较薄，而在支座区段的板部位则可能很厚，这样，实际二期恒载作用与设计计算考虑不一致，同时，板跨中部位的桥面铺装由于达不到设计厚度易产生铺装病害。另外，在使用阶段，预应力混凝土上拱度仍过大造成桥面为波浪形则引起行车的不舒适感，降低行车速度，影响桥梁适用性。 4.2 预制板间铰缝混凝土剥落 （1）病害现象、特征 板间铰缝混凝土剥落，往往可以在空心板底面观察到铰缝混凝土渗出的游离石灰，有时还表现为桥面铺装沿跨径方向板间的纵向裂缝。 （2）病害原因分析 ①　 施工工艺欠合理，预制梁板之间横向连接预埋钢筋数量少或在浇筑混凝土及养护过程中遭到破坏，横向预埋筋的焊接质量不佳。 ②　 铰缝混凝土配合比不良，浇筑时振捣不密实，混凝土强度不够。 ③　 铰缝构造不合理，浅铰缝由于横向传递剪力的混凝土截面积较小，易受到破坏，此外铰缝间若没有配置一定数量的钢筋，也可导致铰缝的破坏。 铰缝是空心板横向传力的重要构造。铰缝混凝土的脱落造成空心板横向连接薄弱，很容易造成空心板的单板受力过大，破坏空心板梁桥上部结构横向整体受力，同时，使桥面铺装层产生沿铰缝（纵桥向）的裂缝，甚至破坏，而桥面水易由桥面铺装上的裂缝进入铰缝混凝土，进一步损坏铰缝内混凝土。 4.3 预制梁板横隔板连接错位或开裂 （1）病害现象、特征 预制T梁横隔板连接处存在高差，横隔板连接处混凝土剥落，钢筋外露，或现浇湿接缝开裂。 （2）病害原因分析 ①　 横隔板连接错位是由施工不当引起的，梁板预制或安装时尺寸偏差导致横隔板连接处出现错位。 ②　 横隔板是梁板间传递横向剪力的重要构件，在车辆荷载的作用下，横隔板承受较大的剪力，加之横隔板湿接缝处混凝土质量欠佳，强度不够，浇筑时混凝土振捣不密实（或未振捣）等，造成横隔板接缝处混凝土剥落，钢筋外露、锈蚀。 ③　 对于多梁式的梁桥，其上部结构是由多根主梁及端横梁、中横梁组成一个整体结构承受车辆荷载作用。横隔梁连接错位后无法正确焊连接钢板，成为横隔梁受力的薄弱截面，会导致上部结构整体受力的削弱，甚至是主梁的单梁受力过大。 五、 混凝土连续箱梁 5.1 箱梁腹板斜裂缝 （1）病害现象、特征 混凝土连续箱梁腹板一般有两类斜裂缝： ①　 第一类斜裂缝往往出现在边跨梁端附近区段、中跨墩支座中心线与反弯点之间的区域，斜裂缝一般由箱梁下边缘向上斜向延伸，倾角在15°～45°范围内，在中跨梁体上，腹板斜裂缝在跨径之间往往对称出现。 ②　 另一类腹板斜裂缝与底板的横向裂缝相连，一般多发生在节段悬臂施工的预应力混凝土箱梁的腹板上。 （2） 病害原因分析 第一类斜裂缝产生的原因： ①　 箱梁截面高度和腹板厚度尺寸偏小，尽管在设计计算上满足规范限值要求，但混凝土箱梁抗裂的富余度不大。 ②　 边跨梁端附近梁段，紧邻支座，剪力较大，同时截面承受弯矩作用，在弯曲应力和剪应力共同作用下，腹板表面竖向弯曲裂缝会继续斜向发展，形成弯-剪斜裂缝（图2-5-2）。 ③　 预应力混凝土箱梁底板中钢束锚固的齿板与顶板中钢束锚固齿板之间在跨径方向距离较小，出现腹板裂缝。 ④　 仅配置顶板和底板预应力钢束，没有弯起钢束，采用竖向预应力钢筋承受剪力，由于箱梁竖向预应力钢筋的长度不大，若施工控制不当，则长度较短的高强精轧螺纹钢的有效预应力偏低（预应力损失较大），起不到设计要求的竖向预应力的作用，从而产生箱梁腹板斜裂缝。 第二类裂缝产生的原因： ①　 预应力钢束锚固齿板后部箱梁底板上，由于非预应力钢筋数量不足或布置不合理，造成底板横桥向开裂，并沿腹板扩展，形成与梁纵轴呈30°～45°角的腹板斜裂缝。 ②　 施工中造成较大的混凝土超方，实际上增加了箱梁自重的恒载作用，增加了恒载弯矩和剪力。 ③　 由于箱梁纵向预应力钢束的波纹管走形，露浆等施工问题，造成预应力钢束有效预应力达不到设计要求，产生裂缝。 根据桥梁设计理论，预应力混凝土连续梁桥箱梁腹板不允许出现斜裂缝。腹板出现混凝土斜裂缝后，通过斜裂缝的预应力钢束和箍筋承受变幅应力的作用，使钢筋与混凝土之间的粘结进一步损坏而造成钢束（筋）的疲劳破坏。在极限情况下，钢筋可能屈服，并可能导致通常肉眼看不到而用仪器可以观测到的梁底错位。裂缝的出现还会导致预应力钢束及普通钢筋的锈蚀。 .5.2 箱梁腹板竖向裂缝 （1）病害现象、特征 支架现浇施工的钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁的腹板出现的垂直于梁轴线方向的竖向裂缝，裂缝沿跨径方向分布，在跨