关于路桥区公路桥梁典型病害及其分析
作者: 郑同学
路桥区地处浙江中部沿海，我国黄金海岸中段；境域东濒东海，南接温岭，西邻黄岩，北连椒江。陆地东西最长33.3公里，南北最宽18.8公里；内陆总面积274平方公里。全区背山面海，低山丘陵与平原相间；河道纵横，水网密布，金清水系纵贯全境。地形以平原为主，是温黄平原的中心部分，平均海拔3米左右，河网密布，间有孤丘点缀。
河流水文特征：水量丰富，水位变化不大，下游部分河段受潮汐影响。河流均属金清水系，该水系流域总面积1172.6平方公里（包括温岭、黄岩、椒江的部分地区），水源来自黄岩长潭水库及温黄交界的太湖山。河流纵横交错，本区境内主要有南官河、山水泾、青龙浦、新桥浦、三才泾、一条河、三条河、七条河等，大部分水量经黄琅南门口金清新闸入海，小部分水量注入椒江或直接注入台州湾。
鉴于辖区内的水文，地形条件，辖区内多桥梁而少有隧道，桥梁基本以简支梁桥中小桥为主，个别有大桥，拱桥。据2013年数据，辖区内共有县道及以上公路135.187公里，其中共有桥梁101座，累计3264.28米。
主要常见病害有：
一、伸缩缝问题。
桥梁伸缩缝指的是为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。由于历史遗留问题，很多小桥、涵洞没有设置伸缩缝或伸缩缝已经失效，其余部分也多数处于养护不良状态，主要病害有 : (1) 橡胶条的老化、脱落；
(2) 型钢断裂及锚固混凝土的开裂、破碎；
(3) 伸缩缝安装标高与两侧路面有差异，引起伸缩缝处跳车； (4) 泥沙淤积、橡胶条破损导致沙石进入伸缩缝引起的堵塞卡死。 伸缩缝破坏反应到路面上,路面出现坑槽,给运行车辆带来不安全因素,降低道路的通行能力,在社会上造成不良影响。如出现伸缩缝挤死,轻者顶坏桥台背墙,重者挤坏梁头,使大梁报废,更换大梁需要较长的施工周期,也给国家造成重大的经济损失。由于伸缩缝橡胶条的损坏,路面杂物掉落伸缩缝,卡在缝内遇温度变化就会将梁头或桥台背墙挤坏。橡胶条损坏后遇降暴雨,大量雨水还会通过伸缩缝渗入梁体，危机桥梁及行车安全。
二、桥面铺装问题。
在水泥混凝土桥面铺装的使用和养护过程中，最常出现的问题是铺装层的龟裂、纵向裂缝、破碎和露筋，主要有以下几个方面的原因：
⑴ 原材料质量不合格。石料压碎值指标不符合要求，细集料中杂质含量过高，粗骨料粒径不合格等均可影响到混凝土的整体强度，使其达不到设计强度，难以满足使用要求，从而发生龟裂破碎现象。
⑵ 水泥混凝土铺装与桥梁行车道板未能很好地连结成为整体，有“空鼓”现象，另外，桥面钢筋网下沉，上保护层过大，钢筋网未能起到防裂作用，这样桥面不能适应反复荷载引起的振动而发生破坏。铰缝对桥面铺装的影响也是十分严重，铰缝损坏导致各块梁板不够形成整体，造成单板受力，各块梁板的不均匀形变及受力梁板的过大形变都是造成铺装损坏的直接原因。
⑶ 铺装层厚度不够，由于在桥梁下部结构或预制梁施工时未能控制好标高，安装后致使梁顶标高偏高，为了保证路线总标高不变而减少了桥面铺装厚度，使得钢筋网上下保护层不够，强度严重不足而发生破损，严重时出现漏筋现象。
⑷未按规定要求进行养生及交通管制，桥面车道铺筑完成后养生不及时，在混凝土尚未达到设计强度时即开放交通，允许车辆通行，从而造成了铺装的早期破坏。
通过上面的分析可知，影响桥面混凝土铺装质量的因素很多，如不注意，就会缩短铺装层的使用寿命，过早地发生破损，不仅妨碍交通，亦会造成不必要的损失。因此，要想预防上述情况的发生，必须着重从以下几方面入手。严格按照规范的要求进行施工。
⑴ 严把原材料质量关，各类粗细骨料必须分批检验，各项指标合格后方可使用，混凝土配料时砂子应过筛，石料也应认真进行筛分试验，拌合时各种衡器应保持准确，以保证混凝土质量。
⑵ 为使桥面铺装混凝土与行车道板紧密结合成整体，在进行梁板预制时其顶面必须拉毛，一般应垂直跨径方向划槽，槽深0.5～1.0cm横贯全宽，每延米10～15道，在绑扎桥面钢筋网之前必须用钢丝刷清除梁顶结合面上的浮浆，用空压机吹净，冲洗干净，以保证梁板与桥面铺装的结合。在浇筑桥面混凝土之前必须严格按设计重新布设钢筋网，以保证钢筋网上下保护层，从而减少裂缝。
⑶ 在进行桥梁上、下部结构施工时要严格控制标高，以保证桥面铺装层的厚度，如果标高有问题，按原设计不能保证铺装层厚度，要通过设计部门适当提高路线标高以确保铺装的厚度。在浇筑桥面混凝土时振捣要充分，保证密实，初凝前要按规范拉毛，以保证桥面摩擦系数。
⑷ 水泥混凝土桥面铺装施工完成后必须及时覆盖和养生，并须在混凝土达到设计强度之后才能开放交通。
在沥青混凝土桥面铺装中，桥面铺装的沥青混凝土铺装层应满足与混凝土桥面的粘结，防止渗水、抗滑及有较高抵抗振动变形能力等功能性要求。然而在实际运营使用过程中，桥面沥青混凝土开裂脱落却往往成为桥面铺装的主要病害，主要由于：
⑴ 设计上先天不足。沥青混凝土铺装层厚度宜为4～10cm，同时必须保证不能渗水，高等级公路上的沥青混凝土铺装层应厚一些，而有的沥青混凝土铺装层设计时厚度严重不足，或为保证路面设计标高而擅自降低沥青混凝土铺装层厚度，但沥青混凝土的配比却未做相应的调整，致使铺装层的抗振变形能力减弱，造成了面层开裂脱落。
⑵ 沥青混凝土铺装层漏水，在沥青混凝土与水泥混凝土中间形成一层水膜，在车辆荷载的反复作用下，两层分离，产生龟裂，造成脱落。
⑶ 粘层油未渗入到混凝土面层中，未起到粘结作用。
⑷ 压实度不够。施工时未按规范要求进行碾压，沥青混凝土松散，强度不足，经重车反复振动碾压，长时间就会破碎脱落。
因此，在进行沥青混凝土桥面铺装施工时，为保证工程质量，预防上述病害的发生，应从以下几个环节入手严格控制：
⑴ 在设计上应保证沥青混凝土铺装层的厚度满足使用要求，对于高速公路桥面，其沥青混凝土铺装层厚度应≥9cm，一般等级公路桥面沥青混凝土铺装层厚度应与相接公路面层一致并一起施工。
⑵ 沥青混凝土配比要采用连续密级配，确保沥青混凝土不渗水，同时在泄水孔的设计、施工时，保证泄水孔的顶面标高低于桥面水泥混凝土铺装标高，确保一旦渗水可将渗下的水排出，以防止渗下的水浸泡沥青混凝土。
⑶ 施工前应对水泥混凝土桥面进行清扫和冲洗，对尖锐突出物及凹坑应予打磨或修补，以保证桥面平整、粗糙、干燥、清洁。粘层油宜采用乳化沥青或改性沥青，洒布要均匀，确保充分渗入以起到粘结作用。
⑷ 在施工时，沥青混凝土宜采用胶轮压路机复压及轻型钢筒式压路机终压的方式，不得采用可能损坏桥梁的大型振动压路机和重型钢筒式压路机，沥青混凝土铺装层的施工碾压一定要严格控制压实度，同时要加强检测，确保各项指标符合规范的要求。
三、桥梁构件的裂缝。
混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：
⑴ 荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。
⑵ 是温度变化引起的裂缝。混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其他裂缝最主要牲是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。
⑶ 收缩引起的裂缝。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。
⑷ 地基变形引起的裂缝。由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地在冻胀；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。
⑸ 钢筋锈蚀引起的裂缝。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。
⑹ 冻胀引起的裂缝。大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%-50%.冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
⑺ 施工材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加剂等。
⑻ 施工工艺质量引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向等各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。
对混凝土裂缝的处理建议
⑴ 表面处理法：包括表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。表面贴寂（木工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。
⑵ 填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm），作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、以及小规模 裂缝的简易处理可采用取开V型槽，然后作填充处理。
⑶ 灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。 ⑷ 结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。
⑸ 混凝土裂缝处理效果的检查：包括修补材料试验；钻芯取样试验；压水试验；压气试验等。
由上述可知，设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁 梁出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的环节。
四、桥梁构件混凝土剥落、锈胀、露筋。 ⑴ 由于裂缝产生的剥落、锈胀、露筋。 混凝土表面裂缝会促使各种离子和气体渗透到钢筋表面。在裂缝处。钢筋锈蚀取决于时间,因此,如果时间充分，这些有害物质会使钢钝化膜较早破坏,钢筋产生锈蚀膨胀，体积增大，加速混凝土表面裂缝的发展，从而导致混凝土保护层剥落。
⑵ 由于盐碱环境引起的剥落、锈胀、露筋。
路桥区地处沿海，有很多桥梁位于盐碱地区或所处河道河水氯离子含量过高，再加上施工过程中违规使用含盐海砂及盐碱河水造成混凝土结构内外都处于盐碱环境下。由于基础钢筋的腐蚀使钢筋面积减少，钢筋和混凝土之间的结合强度下降；腐蚀产物的积聚，在混凝土内部引起内应力，达到一定程度，导致混凝土保护层顺筋开裂；混凝土表层含盐量增大，孔隙中的盐结晶，产生膨胀应力，导致混凝土表面剥落；硫酸盐对水泥石的侵蚀使水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土成为一种易碎的，甚至松散的状态，导致混凝土崩解；碱骨料与含有活性成分的骨料发生化学反应，导致混凝土破坏，使结构丧失承载能力。为了阻止或减少腐蚀，保证输电线路的长期安全、稳定地运行，应根据线路的不同腐蚀环境，对基础采取相应的防腐处理。主筋锈蚀将导致其有效截面的减少，混凝土剥落开裂后使钢筋更易锈蚀，如此恶行循环对桥梁的危害是相当大的；另外还有的桥梁由于施工质量差，造成钢筋外露，混凝土破损，引起钢筋锈蚀的化学原因主要是氯离子的侵入和混凝土的碳化。
盐碱地区基础设计和施工的要求。
根据以上分析，盐碱地区的基础设计时，宜采用高强度等级混凝土，水泥宜采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和抗硫酸盐硅酸盐水泥，水泥的熟料中铝酸三钙含量不大于5％；对钢结构有腐蚀的宜加大各类基础主筋混凝土净保护层，掺入钢筋阻锈剂，尽量采用刚性基础，减少钢筋用量，避免钢筋腐蚀。 施工时对制作混凝土的拌和水、水泥、粗细骨料以及外加剂等材料中有可能带进混凝土中的氯离子含量严加控制，以尽量减少混凝土拌和物中氯离子总含量，基础混凝土中严禁掺入氯盐。混凝土拌和物应搅拌均匀，在浇筑过程中，应控制混凝土的均匀性和密实性，做到振捣充分，不应出现露筋、空洞、冷缝、夹渣、松顶等现象，特别对构件棱角处，应采取有效措施，使接缝严密，防止在混凝土振捣过程中出现漏浆。混凝土拌和物水灰比不大于0.55。每立方混凝土中水泥用量不少于360kg。严禁使用早强剂。
⑶ 由于施工工艺、结构设计等引起的剥落、锈胀、露筋。
混凝土保护层是层内混凝土和钢筋免受物理与化学腐蚀的第一道防线，也是减缓混凝土碳化腐烛，防止保护层剥落的最直接因素。因此对混凝土保护层的厚度应予以重视。在钢筋混凝土结构的实际设计时，为减小自重，混凝土截面有时设计成薄壁，挖空的形式，在优化设计时，设计者在考虑结构受力合理，节省材料的同时。应适当加厚钢筋的保护层。避免片面追求设计的优化，而忽视长远利益。保护层厚度的确定应以在安全使用期内控制混凝土碳化深度不至于达到钢筋部位为目标。混凝土浇筑时钢筋固定措施不当，造成钢筋下沉或偏位，或模板、钢筋骨架尺寸误差过大。是造成混凝土保护层剥落露筋的一个重要原因。
⑷ 混凝土碳化。
混凝土的碳化是由C02与混凝土中Ca(OH)2发生化学反应，导致混凝土碱性下降。当混凝土碳化穿透保护层到达钢筋表面时，钢筋周围碱性降低，钝化膜失去原有的稳定性,在水分和氧气的作用下钢 筋就会锈蚀。混凝土碳化的深度及速度与施工工艺和环境介质有关。施工中，水灰比减小会降低碳化速度,矿渣水泥碳化较快。碳化深度与水泥用量成反比。外加剂能减弱碳化作用。如果混凝土早期养护不良，其杭碳化能力降低,施工质量的不稳定，其碳化速度有成倍的差别。而且碳化深度随混凝土强度等级的提高而下降。对于环境介质,碳化深度随相对湿度的降低，温度的增大,大气中的C02含量提高，风压的增大而增大。保护层厚度的增大,可以延续碳化的进程。特别是处于最外层构造钢筋的混凝土保护层厚度是至关重要的,因为碳化到达最外层钢筋位置,就会很快引起这些钢筋的锈蚀，随后混凝土保护层剥落，钢筋裸露。因而从耐久性观点来看,构造筋和主筋的保护层同等重要。另外,保证混凝土保护层的密实度亦十分重要。
⑸ 外力碰撞。
位于通航河道上的桥梁，船舶撞击墩柱、磕碰梁底情况时有发生。造成墩柱、梁底混凝土剥落、钢筋裸露。在通航河段及立交桥路段，应该做好桥梁限高标志、及墩柱防护措施。
五、台后挡墙开裂、渗水。
台后挡墙引起的病害，主要原因是由于台后填土在自重和车辆荷载双重作用下，下沉前移产生的推力作用在台后挡墙上，导致挡墙开裂。主要危害有：
⑴ 台后填土流失。
台后挡墙开裂渗水后，台后填土随水流出台后挡墙，造成台后路基空鼓，路基下沉，进而导致桥头跳车。
⑵ 推挤桩柱式桥台。 采取桩柱式桥台加台后挡墙模式的桥梁，由于台后挡墙的开裂前移，与桩柱式桥台顶死，台后填土土压力直接作用在桩柱桥台上，由于桩柱式桥台抵抗水平推力能力较弱，当水平推力累积到一定程度后，就会造成各种桥台病害：①桥台桩柱往河心侧外倾，桥台桩柱出现开裂甚至断裂；②梁板与盖梁背墙顶死，伸缩缝失效，进而引发各种梁板，桥台病害；③盖梁竖向裂缝。
参考文献：
[1] 李世刚[2] 宋夏明[3] 郭义飞桥面铺装常见病害分析及预防对策； 钢筋混凝土保护层剥落露筋分析防治谈； 台后挡墙引起的桩柱式桥台病害分析及处治研究。
