混凝土桥梁破坏内外因分析研究.doc

目 录
1、前言 2
2、 桥梁常见的缺陷和病害 2
2.1 上部构造的缺陷和病害 2
2.2 下部墩台及基础的病害 2
3. 公路桥梁病害及成因分析 3
3．1 桥头跳车 3
3．2 混凝土开裂 3
3．3 钢筋锈蚀 4
3．4冻融病害 4
3．5伸缩缝病害 4
3．6桥面铺装病害 5
4 　公路桥梁病害的防治处理措施 5
4．1桥头跳车防治措施 5
4．2混凝土开裂防治措施 5
4．3 钢筋锈蚀处理及预防措施 6
4．4 桥梁基础冻胀的防治 6
4．5桥梁伸缩缝破坏的防治 6
4．6桥面铺装破坏处理措施 8
5、结语 8

混凝土桥梁破坏内外因分析研究
摘要：由于设计、施工、超载运输等各种原因，许多在役桥梁出现了病害。针对西直门、蓟门桥、学院桥典型病害现状,分析了其成因, 介绍了钢筋混凝土桥粱经常出现的病害及其病害产生的原因，提出了对病害的处理及预防措施，,同时简述了桥梁加固技术的发展及对新建桥梁的思考。
关键词：桥梁；钢筋混凝土；裂缝；成因；对策
1、前言 
混凝土因其取材广泛，价格低廉，抗压强度高，可浇注成各种形状，并且耐火性好，不易风化，养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。但是，大量的工程和实践理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上在运行过程中都有受不同程度的破损，一般的小破损对结构的使用无大的危害，允许其存在；但对于很多影响其使用寿命的大破损，会使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。　 

2、 桥梁常见的缺陷和病害 
2.1 上部构造的缺陷和病害
主梁或主拱圈受拉部位开裂、破损、承载力下降；桥面铺装有裂缝、沉陷、龟裂；桥头跳车；防水层排水功能不完善；水渗漏病害引起钢筋锈蚀、混凝土剥离；支座位置不正确或损坏引起倾斜、错台及位移等。
注意：裂缝是桥梁最常见的缺陷和主要病害，而桥梁的病害往往也是从裂缝形成而开始的。因此，我们应对桥梁裂缝病害引起高度重视。
2.2 下部墩台及基础的病害
基础的缺陷和病害主要表现为：承载力不足而使基础不均匀沉陷；基础的滑移和倾斜，以及基底局部冲空；基础结构物的异常应力和开裂。
桥墩、桥台缺陷和病害主要表现为：水平、竖向和网状裂缝；混凝土脱落、空洞、材料老化；受外力冲击产生破坏；钢筋外漏和锈蚀；结构变形、位移等。
3. 公路桥梁病害及成因分析
3．1 桥头跳车
桥头跳车是桥梁投入使用后普遍存在的一种病害，一般的台后路面与桥台路面高差普遍在2-3 cm左右，个别的桥梁甚至达到6—7 cm，桥台与台后路面明显存在着台阶。桥头跳车不仅影响行车舒适，而且还会使桥产生过大的冲击力，诱发或加重桥梁的病害，同时形响桥头伸缩缝的工作性能，加速其破坏过程，伸缩缝需频繁维修、更换。桥头跳车主要因素是台后填土及路基与桥台间的不均匀沉降，而不均匀沉降的原因包括：
(1)填土前原地面的承载力不足；
(2)填土质量不好，容易发生沉降；
(3)土方碾压质量不合格；
(4)由于桥梁结构物的影响，碾压机械无法达到的部位出现死角。
3．2 混凝土开裂
实际上，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因。钢筋混凝土桥梁裂缝种类，就其产生的原因，大致分类如下。
钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝及次应力裂缝2种。
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，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。
混凝土是由汽、液、固三相组成的假固体（指浇注过程到保养），其中尚有未水化的水颗粒，还需吸收周围水分。液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩小，引起收缩裂缝。混凝土收缩主要有塑性收缩、缩水收缩（干缩）和自身收缩及碳化收缩4种。
由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构物中产生附加应力，超过钢筋混凝土结构物的抗拉能力，导致结构开裂。
3．3 钢筋锈蚀
在钢筋混凝土结构中，混凝土在水化作用时，水泥中氯化钙生成氢氧化钙，使混凝土中含有大量的氢氧根离子，pH值一般可达到12 14，钢筋在这种水泥水化时生成的高强碱介质里，表面会生成一层钝化膜，研究结果表明，这种钝化膜能抑制钢筋的腐蚀过程，阻止钢筋的锈蚀。如果这层钝化膜遭到破坏，钢筋开始锈蚀。
在一般情况下，钢筋受到周围混凝土的保护，并不产生锈蚀。但如果混凝土密实性不足，或保护层太薄以致遭到破坏，或混凝土施工时掺人超过限量的外加剂(如食盐、氯化钙等)，再加上一定外界条件的作用，钢筋周围钝化膜将遭到局部破坏而发生锈蚀。
3．4冻融病害
冻融现象也是造成桥梁病害,影响桥梁结构承载能力和寿命的主要原因之一。西部地区受天气影响极易产生冻融现象,长期反复作用易造成结构产生裂缝。有些桥梁进行了加固处理,新浇混凝土和后补混凝土结合不好,易产生裂缝,而冻融作用又加剧了这种作用。冻融病害主要是以下几方面引起:一是自然因素的影响;二是桥梁本身混凝土的施工质量不高,排水设施存在缺陷;三是后期养护薄弱。
3．5伸缩缝病害
随着交通量的增加和汽车载重量的增大，桥面伸缩缝由于设置在梁端构造薄弱部位，直接承受车轮荷载的反复冲击作用，而且长期暴露在大自然中，所处环境比较恶劣，因材料的磨损和疲劳，以及混凝土面板或梁的结合强度不够，是桥梁结构最易遭到破坏而又较难修复的部位。造成桥面伸缩装置破坏的主要原因可归纳为设计方面的原因和施工方面的原因。

3．6桥面铺装病害
交通量不断增大,车辆动荷载的反复作用,容易使桥面破损开裂,大大影响了行车的舒适和安全。桥面铺装病害,包括不规则的网状裂缝,较规则的纵向、横向裂缝以及较严重的破裂等病害。这不仅增加了维修　费用,甚至导致大面积翻修。同时,桥面铺装直接承受高速行车的冲击、剪切与磨耗,并直接承受气候的影响,日晒升温、日落降温,并与主梁(板) 存在一定的变化差异。所以桥面铺装的受力不仅定性分析困难,尤其难以定量计算。桥面铺装层的受力复杂,病害时有发生。因此,对桥面铺装层的设计和施工均应予以足够的重视,以预防病害的发生。桥面下沉、栏杆及人行道系损坏等病害,主要是由于缺乏养护造成的。养护部门对桥梁养护不够重视,造成桥梁长期失养,外观损坏严重,排水不畅,而桥面铺装过去又多为泥结碎石结构,强度低,防水性能差,桥面水容易渗入结构。而结构的膨胀变形反过来又会影响桥面铺装。整体式板桥的板宽较大,在荷载作用下,除板的纵向发生弯曲外,横向也会发生弯曲。横向分布钢筋没有达到规定的用量,是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。
4 　公路桥梁病害的防治处理措施
4．1桥头跳车防治措施
设计上考虑增加台后搭板的形式来避免或减轻桥头跳车的现象。施工中，严格控制填土及碾压质量。可以通过长期观测，判断桥台台后及路基沉降是否稳定。若沉降相对稳定，可考虑将台后路面凿掉后重新铺装混凝土的方法解决，但不能破坏或扰动原来的台后回填土。
4．2混凝土开裂防治措施
对大面积剥落处的桥面，现行的处置方法是清除已破损的混凝土，以后填补热沥青棍凝土。此种修补方法效果较差，一般在睛好天气进行修补可维持3～4个月，若遇雨天修补。则仅能维持l～2个月。对桥面破损处混凝土修补，可考虑在封闭交通的价况下，采用快硬微膨胀水泥。桥面开裂后再行修补仅是一种事后处理的办法。最好的方法还是在设计、施工上采取预防措施。设计上可考虑梁体预埋勾头钢筋，以增强桥面抗剪能力。施工中在浇筑桥面混凝土前，清洗梁体表面混凝土，在保持其湿润状态下，先浇筑一层砂浆垫层，然后再浇筑桥面混凝土。同时注意混凝土的养生，用湿法养护，始终保持混凝土处于潮湿状态，且养护时间不宜太短。
4．3 钢筋锈蚀处理及预防措施
解决这一问题的方法就是施工和设计时确保混凝土的保护层厚度，避免保护层太薄或露筋。对先裂后锈的问题,规范中一般采用限制裂缝宽度的方法来解决。国内调查资料表明，处于一般大气条件下室外的钢筋混凝土构件，当裂缝宽度δf ≤0. 2mm 时,裂缝处钢筋只有轻微表皮锈。国外大多数研究者认为,当裂缝宽度δf > 0. 2mm时，钢筋会出现锈蚀，δf < 0. 15～0. 2mm 时，不会出现锈蚀。比较普遍地认为裂缝宽度δf = 0. 2mm 时，即使有锈蚀也不严重。根据调查和试验资料，对处于一般大气条件的室外钢筋混凝土构件，规定裂缝限值为0. 2mm是适宜的。这个限值的含义是:在这种环境条件下,当裂缝宽度δf ≤0. 2mm时，在使用期内裂缝处钢筋的锈蚀不致明显削弱钢筋的截面。对于不是经常出现的荷载组合,裂缝限值一般予以提高。

4．4 桥梁基础冻胀的防治
温度、土质和水分是造成桥梁基础冻害的基本因素，也是防治其冻害的根本条件和途径。在处置桥梁基础冻害时，必须充分考虑结构特点，水文地质条件等因素。做到因地制宜、就地取材、节约投资、施工方便、效果可靠耐久。在设计中应充分认识和掌握冻土的自然规律，基础必须满足冻胀力验算，采取防治冻胀措施，换填砂、换填沥青砂 (卵石)、采取保温措施，防止桥梁基础冻害。

4．5桥梁伸缩缝破坏的防治
1）计算桥梁伸缩缝的温度取值是确定安装预留量的关键因素
平原地区的桥梁，全部暴露在自然环境中，受诸多自然条件的影响。其中，受吸收和释放太阳辐射，周围空间温度变化和空气流动的影响，只是桥梁温度在不断变化。因此，桥梁在施工后不管有没有荷载的作用，它一直处在一个动态下工作。要了解其是在什么温度下产生多大变化，发生多大伸缩，是我们对伸缩缝研究的主要目的。
温度的升降使桥梁产生伸缩，在我们对伸缩选型时，如何对温度取值进行桥梁伸缩幅度计算是十分关键的问题，我们认为最低、最高温度取值，应该以年度日峰值前后最低和最高温度六小时的平均值作为计算依据，对桥梁的伸缩缝进行计算。因为最高温度日峰值小时的平均值和最低温度日峰值的最高和最低六小时的平均值，即可使桥梁的伸缩开口和闭口出现最大值，只要满足这个最大伸缩量的要求，在家最大荷载时梁头的转角变形，考虑桥面温度的富余量伸缩缝有这个伸缩空间，施工完全达到设计要求，伸缩缝就不会出现大的病害。
2）计算桥梁伸缩缝的诸因素
桥梁伸缩缝的计算，首先要进行伸缩缝类型的选型，然后进行计算。计算时要考虑的因素有：第一要考虑温度的取值；第二混凝土徐变；第三混凝土的收缩系数；第四桥端部转角与选用的伸缩缝结合参数的关系；第五材料线膨胀系数；第六桥面积温因素；第七混凝土的弹性模量。
3）伸缩缝安装时伸缩预留量的调整
受各种因素的影响，伴随着桥梁结构的变位。伸缩缝也将要产生相应的伸缩变位以顺应结构的变位，首先在安装时要精确对伸缩量进行计算，并考虑一定的富余量，以保证在今后运营中始终处于良好的工作状态。
4）伸缩缝安装季节的影响
伸缩缝安装季节不同，伸缩缝预留富余量应有所不同。如果伸缩缝安装在夏季，此时是一年四季中温度最高，不考虑一日之内温度变化引起的伸缩变化，则在夏季之外的其它三季梁体以伸缩为主，伸缩缝的变位以伸展为主，与混凝土徐变的变位是一致的。如伸缩缝安装在冬季，则相对冬季而言，其他三季内结构受平均温度的升高而伸长，也即伸缩收缝，与其混凝土的收缩徐变引起的变位应反向，故伸缩缝的变位在一定量的范围的内变化。当混凝土变位较小，而温度变位最大时，伸缩缝收缩量最大。伸缩缝的最大伸缩变位为该收缩量与混凝土徐变变位绝对值之和。

4．6桥面铺装破坏处理措施
（1）桥面铺装防水混凝土标号提高到40号，厚度增大到10~12cm ，钢筋直径加大至12，提高 铺装 层的整体强度，已适应交通量及车辆荷载的增长。
（2）严格控制施工质量，梁板顶面凿毛露出骨料3~5cm，并用高压气泵泵水枪清理干净；严格控制混凝土配合比及坍落度，使混合料具有良好的和议性；混凝土须采用低收缩配方以减少收缩裂缝。
（3）为使桥面铺装与梁板结合紧密，使桥面铺装共同参与受力，同时固定桥面铺装钢筋的位置，可采用“植”筋技术。即在空心板顶按一定间距钻孔，孔深要大于锚固长度，孔径略大于钢筋直径，用高压气泵将孔清理干净后，灌入调配好的环氧树脂胶液并植入钢筋，待胶液固化并达到强度后，将植入的钢筋与桥面铺装钢筋牢固焊接后，再浇注防水混凝土。
（4）在混凝土中参加钢纤维或聚丙烯纤维，以提高混凝土的整体性，防止开裂。 考试大论坛
（5）在墩顶负弯矩区，设置加强钢筋，减少铺装层顶开裂。
（6）可取消铺装层上的沥青路面，将铺装层加厚，并设置双层钢筋网；或在铺装层与沥青路面之间铺设防水卷材，以改善桥面层的破坏。
（7）冬季采用专用除雪剂或机械手段进行除雪，减少盐水对混凝土的腐蚀。
5、结语
钢筋混凝土桥梁使用耐久性是一个复杂的过程。我国钢筋混凝土桥梁在服役过程中破损严重，耐久性差的问题已经渐渐表现出来，高度重视钢筋混凝土的破损危害及对耐久性的影响，具有十分必要和社会的意义。
一座桥梁从修建到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面，某一方面不慎均可能使混凝土桥梁出现问题。因此，应该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。
一座钢筋混凝土桥梁的使用评估，除应考虑建安费、使用过程中维修保养费用及大桥最终使用寿命，长远还应考虑维修时对生态环境的影响和因封闭交通所造成的经济损失、社会影响等，即应从单纯的建设初期的费用比较转变为使用寿命周期费用比较。
9