浅谈公路路基病害的成因与防治.pdf
马日霞
摘要：我国的桥梁在正常的使用中或多或少的都会出现不同程度的病害。本文就公路桥梁常见病害类型及其产生原因做归纳分析，并对桥梁病害的系统防治提出一些建议。
关键词：公路；桥梁；病害；成因；防治
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，尤其是重型车辆日益增多，再加上设计及施工不当、设计标准过低、运营期间维护不当等因素，很多桥梁出现了不同程度的病害，严重影响了桥梁的使用性能，带来极大的安全隐患。这些病害严重影响桥梁的正常使用，只有对其成因进行正确的判断分析，才能制定有效的防治措施。本文就公路桥梁常见病害类型及其产生原因做归纳分析，并对桥梁病害的系统防治提出一些建议。
1桥梁工程常见病害成因分析
1.1混凝土开裂
从目前钢筋混凝土桥梁使用的情况看，有很多桥梁体开裂和桥面铺装混凝土损坏等，使桥面产生坑槽，影响车辆的正常行驶，甚至影响到结构的正常使用和耐久性。混凝土桥梁裂缝的成因复杂、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。就其产生的原因，大致可划分以下几种：
（1）荷载作用引起的裂缝。桥梁承受外部荷载，在混凝土中引起拉应力，混凝土本身抗拉能力很低，极限拉应变很小，其值约为1.5×10—4，相应于此拉伸应变时的钢筋拉应力约为30MPa，当钢筋应力超过这个数值时，混凝土即出现裂缝。受拉翼缘裂缝主要是外荷载引起的变曲拉应力而产生的在弯曲拉应力与剪应力共同作用下，在梁中形成主拉应力，当其值超过混凝土抗拉强度时，梁两端附近产生斜裂缝。
（2）温度、收缩引起的裂缝。混凝土桥梁中，很多裂缝是由温度和收缩引起的。如果混凝土体积变化不受任何约束，则不会引起混凝土开裂，而钢筋混凝土梁中，混凝土体积的变化总是受到内部或外部的约束，引起拉应力导致混凝土开裂。另外，由于日照影响，构件内温度差也是使混凝土开裂的主要原因之一。
（3）材料质量不好引起的裂缝。如果水泥质量不好、骨料含泥量过大，将在混凝土浇筑后产生不规则裂缝；当骨料是反应性的或风化骨料时，在混凝土硬化后往往出现以骨料为中心的裂缝。
（4）施工引起的裂缝。混凝土搅拌时间过长，运输距离过长，将会使混凝土凝固速度加快，在整个结构上产生细裂缝；横板的不均匀下沉、脱模过早，也会使混凝土在浇筑后不久产生裂缝，裂缝宽度较大，而且往往出现在支点处；养生不好，混凝土受温度、湿度的影响，会在表面发生不定向的收缩裂缝。另外，梁内钢筋保护层过薄、混凝土中掺入过量氯化钙，会使钢筋锈蚀胀裂混凝土，在主筋部位出现纵向裂缝。
（5）设计原因导致的裂缝。设计时由于结构构造不合理，比如结构外形有剧烈的突变、钢筋的保护层未满足要求等都会引起裂缝。计算图式、计算假定与实际受力情况的差异也是裂缝产生的一个原因。另外，外界条件的变化如基础不均匀沉降、结构超载等都会使构件产生裂缝。
1.2地基不均匀沉陷问题
因地基不均匀沉陷所导致的道路桥梁损坏问题经常发生，会对交通产生严重的影响，埋下严重的安全隐患。道路桥梁地基不均匀沉陷主要原因包括以下方面：
（1）施工质量因素，许多施工单位在施工过程中大多凭借主观经验来进行施工，前期对施工场地周围的地质勘察工作不到位，导致设计结果不符合要求，盲目施工，最终使工程质量降低，导致地基不均匀沉陷等现象。
（2）在施工方面，存在技术与管理双重问题，造成地基使用过程中出现沉陷现象。
（3）随着我国经济的快速发展，工程周围的建筑以及环境都在发生着巨大的改变，土地使用增加和人口的增长都会对地基产生影响，而工程在设计之初并未考虑到这些问题最终产生地基沉陷现象。
（4）违规施工现象严重，许多道路桥梁工程为了赶时间和控制成本，所采用施工材料的质量严重不符合标准，有些还存在着偷工减料的现象，也是造成地基沉陷的主要因素之一
1.3桥面铺装层病害
桥梁桥面铺装是厚度为15-20cm的复合结构层，病害是多种因素共同作用的结果，铺装层直接承受高速行车的冲击、剪切与磨耗，并直接受风霜雨雪及气温变化的作用，同时又受主梁的约束，因此其受力状况十分复杂。造成桥面铺装破坏的原因主要有以下几个方面：
（1）高程控制不准或梁体拱度控制不准导致铺装层厚度不足或厚薄不均匀，混凝土铺装层内钢筋网保护层厚薄不均使其在荷载作用下厚度不足部分首先破碎。
（2）铺装层施工前梁体顶面浮层处理不彻底，导致混凝土铺装层与梁体混凝土结合不密贴，在车辆冲击作用下出现滑动破坏。
（3）防水层施工不精细出现漏水或渗水现象，雨水、化冰盐和含有空气中多种有害化学物质的水渗入混凝土铺装层内引起钢筋锈蚀，导致混凝土开裂、破碎。
（4）泄水管、伸缩缝、施工縫等薄弱环节处理不当，造成先局部破损，然后扩展成大面积破碎。
1.4伸缩缝损坏
桥梁在外部荷载和自然环境的作用下，桥面板会有一定的位移量产生，伸缩缝的作用就是调整这部分位移变化，使梁体适应其变化，从而更好的改善桥梁的整体受力情况。依据长期的养护维修，可以发现大部分桥梁在运营5年之后便出现不同程度的伸缩缝病害，主要表现形式有橡胶条老化脱落、锚固混凝土破损、型钢伸缩缝变形、钢制构件锈蚀、杂物堵塞伸缩缝。如不及时治理，随着伸缩缝病害程度的加剧蔓延至两侧的桥面铺装处，进而出现大面积的龟裂或坑槽，最终将会严重影响桥梁的正常通车。造成伸缩缝破损的原因主要有以下几个方面：
（1）桥梁伸缩缝设计不周。设计时梁端部未能慎重考虑，在反复荷载作用下，梁端破损引起伸缩装置失灵。另外，有时变形量计算不恰当，采用了过大的伸缩间距，导致伸缩装置破损。
（2）伸缩缝装置自身存在问题。伸缩装置本身构造刚度不足锚固的构件强度不足，在营运过程中产生不同程度的破坏。
（3）伸缩装置的后浇压填材料选择不当。对伸缩装置的后浇压填材料没有认真对待、精心选择，致使伸缩装置营运质量下降，产生不同程度的病害。
（4）施工不科学合理。施工过程中，梁端伸缩缝间距没有按设计要求完成，人为地放大和缩小，定位角钢位置不正确，致使伸缩装置不能正常工作。这样会出现下列情况：由于缝距太小，橡胶伸缩缝因超限挤压凸起而产生跳车；由于缝距过大，荷载作用下的剪切力以及车辆行驶的惯性，会将松动的伸缩缝橡胶带出定位角钢，产生了另一类型的跳车。施工时伸缩装置的锚固钢筋焊接的不够牢固，或产生遗漏预埋锚固钢筋的现象，给伸缩缝本身造成隐患；施工时伸缩装置安装的不好，桥面铺装后伸缩缝浇筑的不好，使用过程中，在反复荷载作用下致使伸缩缝损坏。
（5）连续缝设置不够完善。为了减少伸缩缝，大量采用连续梁或连续桥面。桥面连续就需设置连续缝，连续缝的设置不够完善，致使连续缝破损，而产生桥面跳车。桥面连续缝处，变形假缝的宽度和深度设置得不够规范，不够统一，这也不同程度地影响着连续缝的正常工作。
1.5支座损坏
支座作为桥梁上、下部结构之间的重要传力构件，发挥着至关重要的作用。桥梁的支座自安装之日起，由于缺乏日常的养护维修，无法保证其长期处于良好的工作状态。常见的支座病害主要有橡胶支座的老化、脱落、裂痕、支座脱空、变形严重等。造成桥梁支座损坏的主要原因大致为：
（1）支座自身存在问题。支座本身质量不合格，强度低，承载力不足。
（2）设计方面存在问题。桥梁支座选择形式、布置方式不合理，支座边缘预留宽度不够，支座垫石混凝土强度等级偏低或支座垫石加强钢筋不足，固定用的螺栓、螺母强度不够等。
（3）施工方面存在问题。在安装支座时支座垫石、梁底面不平整或垫石顶面不水平，砂浆填充不密实，垫石内预埋钢板不牢固，与支座连接不牢，钢支座防腐、防锈处理质量不高。
（4）养护维修方面存在问题。滑动面、滚动面不清洁，尘土等异物得不到及时清理，固定件松动加固不及时，因防水装置缺陷使支座或连接面积水腐蚀，加速老化过程等。再是由于桥墩、桥台产生不均匀沉降，倾斜与上部结构水平移位，上部结构的振动变位等直接影响桥梁支座的正常使用。
1.6混凝土碳化与钢筋锈蚀
由于空气中二氧化碳的作用，混凝土中的氢氧化钙会逐渐转变成碳酸钙，这个过程被称为混凝土的碳化。随着混凝土的碳化，它的PH值会逐渐降低，而混凝土中的钢筋一般是不做表面处理的，这样一来混凝土不但不会对钢筋起到保护作用，反而会对钢筋造成腐蚀。所以在实际情况中，混凝土的碳化和钢筋的锈蚀往往是同时出现的。包裹钢筋的混凝土脱落或出现裂缝也是造成钢筋锈蚀的重要原因。钢筋锈蚀后的体积会增大到锈蚀前的四至五倍，导致包裹钢筋的混凝土沿钢筋开裂，裂缝的产生又加快了混凝土的碳化和钢筋锈蚀的速度，造成恶性循环，这不仅降低了桥梁的使用寿命，同时也产生了许多安全隐患。
1.7路面发生剥蚀
剥蚀是道路桥梁工程中最容易发生和最不可控的问题，主要表现为：路桥表面发生物理性变化，表层不像以前那样光滑平整而是变得起皮、蜂窝以及腐蚀。这些问题主要是由环境所引起的，最常见的原因有：外部温差变化较大、风化现象以及水体侵蚀问题。路面剥蚀现象一般不是在特定区域而是在较大范围内发生的，因此必须加强对此类问题的重视程度。
2公路桥梁工程常见病害的防治措施
2.1裂缝防治措施
混凝土结构裂缝的形成和开展是一个比较复杂的问题，影响裂缝产生和发展的因素很多。为改善梁（板）的裂缝，应从设计、施工和材料等方面综合考虑。设计时梁内钢筋可采用小直径、分散布置，这样钢筋与混凝土间的粘结力较好，可使裂缝间距和宽度减小。螺纹钢筋的粘结力比光面钢筋大得多，采用螺纹钢筋是改善裂缝的有效措施。构造上应尽量避免结构外形有剧烈的突变，以减小应力的集中程度，适当地布置构造钢筋。当梁高超过lm时，为控制梁腹板收缩裂缝，在腹板两侧沿梁高应布置一定数量的纵向水平钢筋。
提高施工质量是改善裂缝的重要措施。应正确地选择砂石级配使其孔隙率达到最小。混凝土的密实度对裂缝的影响也很大，施工中应严格控制水灰比，保持骨料洁净，震捣密实。严格控制混凝土的配合比，不应为了提高混凝土的强度（或早期强度）而加大水泥用量，这样不仅造成材料的浪费，而且增加了混凝土的收缩量，更易产生收缩裂缝。为减少收缩裂缝，混凝土的养护工作极为重要。另外，施工时应正确控制保护层厚度。
桥梁开裂的处理方法通常有以下几种：
（1）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體漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。
（2）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开V型槽，然后作填充处理。
（3）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。
（4）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。
2.2地基沉陷病害的防治措施
从客观上来讲，公路桥梁地基沉陷问题基本上是施工问题所导致的，所以在施工时就应当加强重视，采取强有力的措施，以避免在后续使用过程中出现问题。针对道路桥梁地基沉陷问题的具体防治措施包括以下方面：
（1）对施工地段进行仔细的勘察，得到真实有效的数据并对其进行分析，根据分析结果再确立工程的整体结构及布局，并且要在一些特殊地段设置专门的沉降缝。
（2）施工过程中加强对特殊地段的管理和监督，并且要对道路桥梁地基所使用的混凝土等工程材料进行严格把关，保证材料的质量能够符合施工要求。
2.3桥面铺装病害的防治措施
桥面铺装过早破坏主要是施工阶段的问题，因此要求我们在桥面铺装施工时控制好如下几个环节：
（1）梁体施工阶段，采取有效措施将预制（现浇）梁的拱度控制在误差允许的范围内，梁体安装要确保桥面铺装的最小厚度；同时控制钢筋网的保护层，偏大或偏小都将影响铺装层的使用寿命。
（2）施工中处理好泄水管、伸缩缝、施工缝等细小环节。
（3）积极引进新材料、新工艺，比如使用钢纤维混凝土代替普通高标号混凝土、用冷轧带肋钢筋代替普通钢筋都是很好的尝试。
2.4伸缩缝病害的防治措施
对于伸缩缝病害的防治重点在以下几个方面：
（1）加强对伸缩缝施工工艺的重视程度，保证混凝土的强度和密实度。
（2）在焊接锚固钢筋时要避免烧伤已浇混凝土，并采用经国家认证的有质量保障的材料。
（3）应根据不同地区的冬夏温度差异，采用符合本地实际情况伸缩缝结构型式。
（4）对于已经建成的伸缩缝，要加强日常的养护工作，及时清理阻塞伸缩缝的杂物和车辆掉落的坚硬物。
针对伸缩缝的传统修补方法为：对于伸缩缝两侧的水泥混凝土破损病害，主要修补方法为凿去破损的部分，对破损面进行凿毛处理，清洗干净，重新浇筑同等标号的混凝土，正常养护即可。
2.5支座病害的防治措施
针对桥梁支座的常见病害，最主要的防治重点应在于梁体底部的防水处理，避免由于漏水引起支座的橡胶老化或锈蚀；其次在架设梁体的过程中要严格把控落梁精度，如果存在落梁偏差，必须抬升，重新架设；如果支座破坏严重，须顶升置换全新的支座。
2.6混凝土碳化与钢筋锈蚀的防治措施
因为混凝土碳化的根本原因在于混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生反映，所以防止混凝土碳化的方法之一就是在混凝土表面刷涂料以隔绝空气。但这种方法成本较高且不易操作，所以应用范围不广。目前比较成熟的方法是在配置混凝土的过程中加入适量的缓蚀剂，经过一系列的实验和改良，缓蚀剂的缓蚀率目前可以达到99%以上，只要掌握正確的添加量和品种，几乎可以完全避免混凝土的碳化。
2.7路面剥蚀的防治措施
桥梁中路面剥蚀大多是由外界因素所引起的，除此之外还有一部分是由于工程规划不合理以及材料使用不科学所造成的。因此，施工时应控制好工程材料的使用情况，加强前期基层压实工作，当达到预期标准之后要进行人工修整，进而保障道路桥梁工程的整体质量以及其结构的稳固。另外，保证基层平整，同时要做好后期的检查维修工作。
三、结束语
总之，桥梁的病害防治是一项系统工程，首先要进行病害调查，弄清混凝土病害的真正状况，在对病害产生的原因进行正确诊断分析的基础上，配合科学合理的设计和维修材料的选择及正确使用，严格按照施工程序控制施工质量，可大大延长维修周期，提高混凝土的耐久性，延长桥梁的使用寿命。
参考文献：
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