乡村公路桥梁病害识别与处治 石建伟

乡村公路桥梁病害与处治 北京交通运输职业学院石建伟 乡村公路桥梁特点 1 设计荷载等级低 远远不能适应目前的交通状况 2 营运使用时间较长 且当时施工条件及施工工艺相对较差 3 有些桥梁处在一种缺养状态 存在病害的桥梁不能及时得到维修治理并处在发展中 桥梁病害的识别 桥梁病害的识别 此次桥梁病害识别主要从桥梁的上部结构 下部结构以及附属构造物等 容易出现病害的部位及常见病害进行阐述和分析桥梁上部结构 上部结构包括 桥面系 承重结构 支座 桥梁上部结构 桥面系 桥面系是指承重结构 梁或拱圈等 以上的部分 主要包括 桥面铺装 桥面伸缩缝 防排水系统 护轮带 安全带 人行道 栏杆 护栏 灯柱等 1 桥面铺装日常养护桥面应经常清扫 排除积水 清除泥土 杂物 冰棱和积雪 保持桥面清洁 平整 桥梁上部结构 桥面铺装病害 一 桥面铺装的病害 桥面铺装的作用是使车辆安全而舒适的驶 桥面铺装发生病害后 会出现如下后果 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下降 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 而且会促使伸缩装置的破坏 桥梁上部结构 桥面铺装病害 作为桥面铺装的外观首先是查看桥面铺装的类型 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 磨光和脱皮等 此外 沥青桥面铺装应保证足够的平整而粗糙 过分光滑雨天容易使车辆打滑 沥青混凝土铺装病害形态 轻微裂缝 中等严重裂缝 局部龟裂 大面积网裂 沥青混凝土铺装病害形态 拥包 坑槽 坑槽 车辙 脱皮 桥面铺装的病害 水泥混凝土桥面铺装病害主要有 裂缝 剥落 坑槽 脱皮漏骨 磨光等 裂缝 剥落 坑槽 露骨 桥梁上部结构 桥面铺装病害处治 当损坏面积较小时 可局部修补 损坏面积较大时 应将原铺装整块或整跨凿除 重铺新的铺装层 一般不应在原桥面上直接加铺 以免增加桥梁恒载 有的水泥混凝土桥面铺装层参与上部结构受力 这类桥面翻修时 不能将该层凿除改作沥青混凝土桥面 桥梁上部结构 伸缩缝的病害 二 伸缩装置的检查 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 堵塞等等 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 主要检查 伸缩缝是否有异常变形 破损 脱落 堵塞漏水 是否造成明显的跳车 伸缩缝的日常养护 1 日常养护应经常清除缝内积土 垃圾等杂物 使其发挥正常作用 若有损坏或功能失效应及时修理或更换 伸缩装置病害形态 图a为伸缩缝钢板断裂缺损 两侧后填筑料缺损严重图b为伸缩装置损坏 锚固钢筋外露 图a 图b 伸缩装置病害形态 图a为伸缩缝钢板变形 堵塞 图b为伸缩缝杂物堵塞 图a 图b 伸缩装置病害形态 图a为伸缩缝严重变形 堵塞 图b为钢板伸缩缝锚固螺栓脱落 伸缩不能正常进行 图a 图b 伸缩装置病害形态 图a为伸缩缝漏水现象 盖梁处有水流痕迹 图b为伸缩缝漏水现象 桥台上有水流痕迹 图a 图b 引起伸缩装置病害的原因 1 设计方面2 施工方面3 其他因素桥梁上部结构 伸缩装置病害处治处治方法 应及时更换 更换后要保证缝体牢固 平整 不漏水 桥梁上部结构 排水设施的病害 三 桥面排水设施的病害 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 因而观察桥面排水设施缺陷是否严重是最好的时机 排水系统的日常养护 1 日常养护 1 桥面的泄水管 排水槽如有堵塞 应及时疏通 并经常保持畅通 据调查 由于养护不到位 桥面的淤泥 杂物未及时清除 造成排水管堵塞的情况较多 应当引起重视 2 桥面应保持大于1 5 横坡 以利于桥面排水 3 桥梁上设置的封闭式排水系统 应保持各排水管道畅通 排水系统若有堵塞应及时疏通 若有损坏则应及时更换 排水设施病害形态 图a为泄水管脱落图b为排水孔堵塞 图a 图b 排水孔 排水设施病害形态 排水管锈蚀产生膨胀 造成排水管周围混凝土脱落 桥面排水设施的病害原因 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 以至不能正常排水 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 桥梁上部结构 排水管病害处治 处治方法 对损坏部分及时修补 损坏严重的要予以更换 已脱落的管节要重新安装接上 桥梁上部结构 栏杆 护栏的病害 四 栏杆 扶手及人行道的病害 栏杆 扶手主要作用 安全防护和美化桥梁 混凝土护栏主要病害形式 变形 裂缝 露筋 断裂 连接处脱落 钢制护栏主要病害形式 脱漆 变形 锚固构件的损坏等 连续式栏杆 1 端柱2 暗柱 端柱 暗柱 节间式栏杆 1 端柱2 暗柱3 中柱4 支托 端柱 暗柱 中柱 支托 墙式护栏 钢制栏杆 护栏的病害形态 图a为中柱混凝土缺失钢筋外漏并锈蚀图b为护栏混凝土因长期缺乏养护而脱落 钢筋外露锈蚀 图a 图b 护栏的病害形态 图a为护栏其中一节缺失 车辆撞击 图b为栏杆扶手严重缺失 车辆撞击 图a 图b 护栏的病害形态 图a为扶手支座断裂 图b为扶手与支座脱离 图a 图b 桥梁上部结构 栏杆 扶手的病害处治 处治方法 对钢筋混凝土栏杆开裂严重或混凝土剥落等 应凿除损坏部分 修补完整 对撞断安设临时防护的 修复时要按原状浇筑钢筋混凝土栏杆或扶手 如石质栏杆扶手 应选同样石料砌筑或更换 钢质栏杆应涂漆防锈 一般每年一次 因损坏采用临时防护措施时 使用时间不得超过三个月 人行道的病害形态 图a为人行道板破碎 损坏严重 底部漏水严重图b为人行道板内侧混凝土裂缝 图a 图b 人行道的病害形态 图a为人行道板钢筋锈胀 混凝土保护层脱落 图b为人行道板挑梁端部损坏严重 图a 图b 人行道的病害形态 人行道板的断裂 人行道的病害形态 图a为人行道挑粱断裂 漏水严重图b为人行道块件隆起松动 图a 图b 人行道的病害形态 图a为人行道板混凝土脱落 中间缝隙过大图b为人行道板混凝土脱落 中间缝隙过大 图a 图b 桥梁上部结构 人行道病害的处治 人行道块件应牢固 完整 桥面路缘石应经常保持完好状态 若出现松动 缺损应及时进行修整或更换 桥梁上部结构 照明 交通设施病害 五 照明设备 交通设施检查 检查灯具完整性 电路正常与否 灯柱有无损坏 锈蚀 变形 标志 标线是否完整 清晰 有效 桥梁上部结构 承重构件的病害 六 梁板 拱圈的病害 对于梁板的病害主要有 蜂窝 麻面 钢筋外露并锈蚀 锈胀 裂缝 冻融现象 铰缝脱落 混凝土剥离等 对于拱圈的病害有 拱圈漏水 裂缝 风化 勾缝脱落等 梁板的病害形态 以上图片均是由于保护层太薄 造成了钢筋外漏并锈蚀的情况 梁板的病害形态 图a为浇筑现浇板时振捣棒振捣不密实产生的空洞图b为用小锤敲击后露出的钢筋 图a 图b 梁板的病害形态 以上图片均是铰缝脱落情况 疑施工不规范 未浇筑铰缝混凝土 梁板的病害形态 现浇板边缘混凝土缺失 钢筋外漏锈蚀 由于超高车辆通过桥下对混凝土板的挂蹭现象 梁板的病害形态 图a为铰缝混凝土严重脱落现象图b为铰缝混凝土脱落并有严重漏水现象 图a 图b 单板受力现象 严重的单板受力现象 梁板的病害形态 空心板漏水 冻融现象严重 空心板漏水原因 空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水示意图处治方法 打孔防水 梁板的病害形态 由于钢筋锈胀致使混凝土剥离 钢筋外露并锈蚀 梁板的病害形态 T梁外侧钢筋锈胀致使保护层混凝土脱落 钢筋外露 锈蚀严重 梁板的病害形态 图a为空心板边板外侧竖向裂缝 图a 梁板的病害形态 现浇板板底部纵向裂缝形态 梁板的病害形态 现浇板板底部纵向贯通裂缝 1 混凝土露筋及钢筋锈蚀的处治处治方法 板体露筋或保护层剥落 应先将松动的保护层凿去 并清除钢筋锈迹 然后修复保护层 如损坏面积不大可用环氧砂浆修补 如损坏面积过大可用喷射高强度等级水泥砂浆的方法修补 并在喷射后初凝前进行表面抹平 2 钢筋混凝土梁体的裂缝的处治当裂缝的宽度大于限值 钢筋混凝土板的裂缝最大限值见附表 及裂缝分布超出正常范围时 应作处理 处理方法见下 1 当裂缝宽度在限值范围以内 但环境条件恶劣 可进行表面封闭处理 一般涂刷环氧树脂胶 2 当裂缝宽度大于限值规定时 应进行灌缝处理 一般采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶或甲凝类灌缝材料 3 当裂缝发展严重时 应加强观测 查明原因 按照有关规定进行加固处理 加固方法如下 1 粘贴碳纤维 特种玻璃纤维加固法如图 用环氧树脂配制的或专用的粘结材料将碳纤维 特种玻璃纤维等片材粘贴于被加固体的表面 修复原结构 主要用于提高抗弯承载力和耐久性 也能用于控制裂缝发展 使用此法加固几乎不增加原结构自重 粘贴不宜超过两层 粘贴碳纤维布加固梁底 粘贴碳纤维布加固梁底 碳纤维材料具有强度高 耐腐蚀 耐久性好及自重很小的优点 粘帖工艺简单 粘贴后几乎不增加结构自重和改变外形 近年来在桥梁加固中得到普遍运用且发展较快 2 粘贴钢板加固法如图 采用环氧树脂浆液将钢板粘贴在梁的下部或薄弱部位 使之与梁板形成整体 提高梁的承载能力 应注意钢板与原结构必须可靠连接 并作防锈处理 3 在板底下加八字支撑加固法如图所示 在桥下净空和墩台基础受力许可的条件下采用此法加固 板底加八字支撑加固 板底加八字支撑加固 梁板的病害形态 T梁铰缝漏水现象 梁板的病害形态 T梁横隔板混凝土缺失 钢筋外露 梁板的病害形态 现浇箱梁底渗水严重钢筋锈蚀 拱桥的病害形态 拱圈内裂缝形态 拱桥的病害形态 拱圈内漏水现象 拱桥漏水的处治办法 若空腹拱的主拱圈 肋 若发现渗水 应对拱背进行清理 清除可能积水的残渣 堆积物等 并用砂浆等材料抹平或堵塞裂缝 若实腹拱若发现主拱圈渗水 应检查拱腔排水系统 必要时可挖开拱上填料 修补防水层 修理排水管道 整修拱腔防排水后 修复桥面铺装时 还应作好桥面的防排水 拱桥的病害形态 拱圈内石块风化形态 拱桥的病害形态 拱上侧墙勾缝开裂 1 若侧墙与拱圈之间脱开 或侧墙上有斜向 若是砌体通常沿砌缝成锯齿状 开裂 主要原因是侧墙变形与主拱变形不协调 这时应检查墩台与主拱的变形 开裂轻微且不再发展的 可作一般修补裂缝处理 开裂严重的或正在发展中 应考虑墩台与主拱的加固 改造 2 实腹拱的拱上侧墙鼓凸变形 开裂的修补若侧墙鼓凸 主要原因是填料不实 或拱腔积水 应挖开拱上填料 修补防排水系统 拆除鼓凸部分侧墙后重新砌筑 重新回填拱上填料并重做路面 3 构件表面缺陷及局部损坏的修补 圬工砌体损坏 砌缝张口等的修补若砌体的边角压碎 砌块断裂 干砌石拱桥砌缝张口等 可用水泥砂浆修补 若个别块体压碎或脱落 应用新块体填塞更换 更换时应保证嵌挤或填塞紧密 新块体应与原材料相同或为混凝土预制块 也可直接现场浇注混凝土 新材料的强度应等同或高于原材料 若砌缝砂浆发生脱离 应凿除后重新用干硬性砂浆或微膨胀砂浆填筑 表面重新勾缝 拱桥的病害形态 腹拱拱脚压碎 拱桥的病害形态 图a为腹拱立柱混凝土脱落 露筋 图b为用木墩进行附属支撑 图a 图b 拱桥的病害形态 拱波普遍有裂缝 漏水严重 拱桥的病害形态 图a为拱肋多处钢筋外露 锈胀 混凝土脱落 并存在漏水现象 图b为拱肋底部边缘混凝土脱落 钢筋外露并锈蚀 图a 图b 板梁桥的日常养护 1 清除表面污垢 采用清水刷洗钢筋混凝土梁 板 体所结污垢 若使用化学清洗剂 应先确定其对混凝土无害方可使用 防止清洗对混凝土造成损害 2 修补混凝土空洞 破损 剥落 风化以及裂缝 3 清除暴露钢筋的锈渍 恢复保护层 4 处理各种横 纵向构件的开裂 开焊和锈蚀 5 保持箱梁的箱内通风 未设通风孔的应补设 拱桥的日常养护 1 表面养护经常清除表面污垢及圬工砌体因渗水而在表面附着的游离物 2 防排水系统的养护经常疏通泄水管 保持桥面及实腹拱拱腔排水畅通 若发现拱桥桥面漏水应及时修补 3 伸缩缝 变形缝的养护 伸缩缝及变形缝应保持正常工作状态 清除缝内嵌入的杂物 保持能自由变形 填缝材料如油毛毡 浸渍沥青的木条等 如有损坏应及时更换 造成混凝土桥梁裂缝原因 一 荷载引起的裂缝二 温度变化引起的裂缝三 地基础变形引起的裂缝四 钢筋锈蚀引起的裂缝五 冻胀引起的裂缝六 施工材料质量引起的裂缝 钢筋锈蚀对结构的影响 混凝土中的钢筋腐蚀是造成混凝土结构损伤 影响结构承载能力的最主要因素 其主要表现是 钢筋腐蚀后 使钢筋的有效截面面积减少 钢筋腐蚀后 力学性能劣化 强度降低 钢筋腐蚀后 混凝土保护层开裂甚至脱落 使混凝土的有效断面减少 钢筋腐蚀后 钢筋与混凝土之间的粘结性能退化 影响钢筋与混凝土的共同工作 桥梁上部结构的检查 支座的病害 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 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 支座的日常养护 1 支座各部分应保持完整 清洁 每半年至少清扫一次 2 滚动支座的滚动面应定期涂润滑油 一般每年一次 在涂油之前 应把滚动面揩擦干净 3 对钢支座要进行除锈防腐 除铰轴和滚动面外 其余部分均应涂刷防锈油漆 4 及时拧紧钢支座各部接合螺栓 使支承垫板平整 牢固 5 应防止橡胶支座接触油污引起老化 变质 6 滑动支座 盆式橡胶支座的防尘罩 应维护完好 防止尘埃落入或雨 雪渗入支座内 因此对桥梁支座的病害检查应进行以下几个方面的的内容 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差生的漏水 溢水等 支座的病害形态 图a为支座严重锈蚀 橡胶板位移 图b为由于伸缩缝漏水 引起支座严重锈蚀 图a 图b 桥梁上部结构的检查 支座的病害 支座的病害大体有 支座本身 支座构件裂痕 螺母松动 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 支座底板 填充砂浆裂缝 支座底板混凝土碎裂 支座垫石压坏 剥离 桥梁上部结构 支座病害的处治 1 支座如有缺陷或产生故障不能正常工作时 应及时予以修整或更换 2 调整 更换板式橡胶支座 钢板支座 油毛毡垫层支座时采用如下方法 在支座旁边的梁底或端横隔处设置千斤顶 将梁 板 适当顶起 使支座脱空不受力 然后进行调整或更换 调整或更换完毕 落梁 板 到使用位置 桥梁下部结构 墩台及墩台帽病害 下部结构是 支承上部结构传来的荷载 并将荷载及自重传至地基的结构物 下部结构包括桥墩 桥台 基础 桥梁墩台的病害 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 检查墩台帽及盖梁有无裂缝 锈胀 钢筋锈蚀以及外露等现象 桥梁下部结构 墩台及墩台帽病害 桥梁墩台身的病害 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 掉角及船只或车辆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 立柱的病害形态 立柱上出现竖向的裂缝 立柱的病害形态 立柱底部与地表结合部位出现混凝土剥落现象 立柱的病害形态 立柱裂缝 钢筋锈胀引起 立柱的病害形态 图a为立柱上不规则裂缝图b为裂缝放大后 图a 图b 桥台的病害形态 桥台漏水现象 桥台的病害形态 桥台砌体勾缝脱落 桥台的病害形态 图a为桥台竖向裂缝图b为桥台横向裂缝 图a 图b 桥台的病害形态 桥台竖向裂缝 墩台帽及盖梁的病害形态 超高车辆通过桥下时刮蹭盖梁 致使盖梁上混凝土缺失 刮蹭位置 墩台帽及盖梁的病害形态 盖梁底部钢筋锈胀现象 墩台帽及盖梁的病害形态 盖梁顶端钢筋锈胀现象 病害位置 墩台帽及盖梁的病害形态 墩帽钢筋锈胀 钢筋外漏并锈蚀 病害处 墩台帽及盖梁的病害形态 墩帽底部钢筋外漏锈蚀 混凝土保护层脱落 桥梁下部结构的病害检查方法 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 用裂缝检测仪或其他工具读取裂缝最大宽度 来完成 桥梁下部结构 基础病害 桥梁基础的病害 对于墩台基础的病害 主要指墩台基础的冲刷情况 是否外露和缺陷情况 墩台基础的日常养护 1 应采取措施保持桥梁墩台基础附近河床的稳定 桥梁上下游200m范围内 当桥长的1 5倍超过200m时 范围应适当扩大 应做到 1 应适时地进行河床疏浚 每次洪水过后 及时清理河床上的漂浮物 使水流顺利渲泄 2 在桥下树立警告示牌 禁止任何人或单位在上述范围内挖砂 取土 采石 倾倒废弃物 禁止进行爆破作业及其他危及公路桥梁安全的活动 墩台基础的日常养护 3 不得任意修建对桥梁有害的建筑物 因抢险 防汛需要修筑堤坝 压缩或拓宽河床时 应事先报经交通主管部门或公路管理机构同意 并采取有效的防护措施 发现任何有可能破坏桥梁安全的行为 应及时制止 桥梁基础病害形态 桥梁基础被开挖 桥梁基础病害形态 基础由于水流冲刷及冻害等原因部分暴露在外面且出现破损 桥梁基础病害形态 系梁外漏 桥底冲刷严重 桥梁基础病害形态 基础裂缝 当基础局部被冲空时 可分情况采用下列方法加固1 水深3m以下 可筑围堰将水抽干 用砌石或混凝土填补冲空部分 桥台基础用此法加固时 还应修整或加筑护坡 2 水深3m以上 可在基础四周打板桩或做其他围堰 灌注水下混凝土 也可用编织袋装干硬性混凝土 每袋装量为袋容积的2 3 通过潜水作业将其分层填塞冲空部分 填塞范围比基础宽0 4m以上 3 当基础置于风化岩层上 基底外缘被冲空时 先清除岩层严重风化部分 再用混凝土填补 对基础周围风化岩层还应用水泥砂浆封闭 4 当河床不稳定 基础埋置较浅 冲刷范围较大时 可采用平面防护加固 其范围要覆盖全部冲刷坑 具体方法如下 打梅花桩 桩间用块 片石砌平卡紧 如下页图a 所示 用块 片石防护或用水泥混凝土板 水泥混凝土预制块防护 如下图b 所示 用铁丝笼 竹笼等柔性结构防护 如下图c 所示 a 打入桩间砌石卡平防护 b 混凝土板 预制块 防护 c 铁丝笼 竹笼防护 基础局部冲空的平面防护加固 5 墩台周围河床冲刷严重 危及基础安全时 除分别采用上述方法防护加固外 应在洪水期过后 采取必需的调治构造物防护措施 见调治构造物的养护 或对河床采取防冲刷处理 以防再次冲坏 见水毁部分 当桥台产生滑移 倾斜时 根据不同原因采取下列加固方法1 梁式桥或陡拱因台背土压力过大 造成桥台向桥孔方向位移 可采取下列方法加固 挖除台背填土 改用轻质材料回填 如图所示 拱桥在换填材料时应在台后设临时支撑等维持拱受力平衡 a 换填轻质材料减荷 挖去台背填土 加厚台身 如图b 所示 对单跨的小跨径梁桥