混凝土桥梁病害成因和养护

　　1、前言

　　随着现代工业的日益发达，“ 工业三废” 造成的污染严重，使得混凝土腐蚀现象更加突出， 使许多桥梁结构因腐蚀等达不到设计使用年限就提前报废给社会带来巨大的经济损失和负担。例如广东某斜拉桥1 9 9 5年的拉索坠落事故虽未造成大的灾难，但却给桥梁的防腐与安全运行敲响了警钟；北京的西直门旧桥使用了仅仅1 9年被迫拆除改建。因此，桥梁腐蚀 的治理与防护已成为当今矿山的重点工作 。

　　2、矿区桥梁运行现状

　　金堆城矿区位于东秦岭山系南缘，隶属华县金堆镇，矿区道路北在水岔与华金公路相接， 南至石可村，约 1 8 k m范围内建有 2 6座混凝土桥梁，主要有拱桥和简支梁( 板) 桥两种， 其中混凝土拱桥 1座钢筋混凝土简支梁( 板) 桥2 3 座，2座单跨T型梁简支梁桥，桥梁横向坡度约为 1.5 ％，纵向坡度1％～2％。大部分桥梁建于上世纪6 0年代,少数为8年代修建,个别为新建。

　　2 、1 外观检查

　　桥梁外观病害主要出现在桥面、桥头部位。

　　( 1 ) 桥面结构：人行道及护栏有不同程度破损桥面排水系统不完善，大部分桥梁汇水孔堵塞，排水不畅，桥下简支梁(板) 间普遍存在渗水现象(白色渗水痕迹)。

　　( 2 ) 桥梁上部结构：大部分完好，未发现主要承重构件损坏。部分简支梁(板) 桥梁上部结构构件表层混凝土老化脱落。较严重的是由于桥台下沉导致上部结构产生变形，简支梁( 板) 下沉出现明显的倾斜，桥梁中间部位凸起， 桥面开裂，如1 5、1 6桥。1 4混凝土拱桥上部部分构件出现严重破损。

　　( 3 ) 桥梁下部结构(墩、台)：下部结构总体较好，未有重大破损变形。部分跨河桥的桥墩表层混凝土老化脱落严重，部分桥墩基础有冲刷侵蚀现象如 l 7、2 6、2 7桥；部分桥台破损严重，影响到上部结构的稳定性，如6 # 桥；有的桥台出现较严重的沉降导致上部结构变形，如1 5、1 6桥。

　　( 4 ) 伸缩缝：大部分简支梁(板) 桥的伸缩缝均存在不同程度的变形，张开裂缝较大 ( 最 大约4 c m)，周边混凝土老化脱落。

　　( 5 ) 支座：大部分简支梁桥的支座已破损。

　　2、2 混凝土抗压强度

　　采用回弹仪分别测定桥梁的桥面、上部结构、下部结构的表面混凝土抗压强度，桥面系均值2 68 M P a，上部结构3 2．4 3 MP a，下部结构2 9． 9 8 MP a，满足规范要求：2 6桥梁的混凝土抗压强度< 2 0MP a达不到规范要求，需进行加固处理，主要问题集中在桥面混凝土脱落及跨河简支梁(板)桥梁的桥墩表面混凝土脱落。

　　3、桥梁病害成因分析

　　3、1 水质分析

　　矿区桥梁主要是跨越西川河、东川河及其下游文峪河，水质化学分析(见表1、表2 ) 表明： p H值偏弱酸性，含有大量SO一 ， 对混凝土有结晶腐蚀。矿区地下水属上层滞水类型，主要受大气降水补给，地下水呈弱酸性(见表3 )，p H= 6.18— 7．0，对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋有微腐蚀性。

　　3、2 大气质量分析

　　大气质量监测数据见表4

　　空气中含有大量的C O 、S O，使混凝土产生碳化腐蚀。s 0在空气中氧化生成硫酸，产生酸化腐蚀，随着析出量的增大和空气中C O、S O不断反应，脱水后形成洁白的晶体， 导致混凝土强度降低裂隙扩大、结构疏松。

　　3、3 桥台变形

　　桥台下沉，主要由于河水及地下水的潜蚀作用地基持力层出现空洞所致。而砌石桥台除基础下沉外，由于自身散粒结构的特殊性，在长期动荷影响下，砂浆体逐渐疏松而导致台身出现开裂等病害。

　　3、4 桥梁裂缝

　　桥面混凝土路面运营多年，车辆载荷的不断增加，引起混凝土内部产生应力腐蚀裂缝， 地表水和地下水渗人反复冻融影响，及其携带的氯离子、硫酸根离子等腐蚀介质对混凝土腐蚀进一步加速，使裂缝进一步扩大、开裂，造成混凝土损坏和功能的失效。

　　4、理论计算分析

　　各跨问均为简支梁(板)结构，跨径小(约1 0 m)，只计算一跨即可推算其它跨径的相应受力状态，采用通用程序A N S Y建立空间有限元模型，计算中以梁单元来模拟主梁结构，桥面铺装层在计算结构的动力特性时仅考虑质量的影响。分静载和4 0 k m／h 、2 0 k m／h时速下桥梁受力状态两种工况进行计算。根据实际计算出各工况桥梁的各截面的应力、应变、位移及动力特性。大( 除1 6 矽 其余均大于2 mm) 。这6座桥外观均有较大变形，3 #、1 5 #、16 #桥外观出现结构变形，7 #、9 #、12 #桥面破坏严重，与静动载检测结果吻合。

　　( 1 ) 静位移测试未发现基础变形，说明其承载力满足规范和使用要求。

　　(2) 各测点的竖向位移未发现异常变化。

　　(3) 位移分析结果显示：矿区桥梁的最大位移值未超过规范规定值，桥梁静力刚度满足规范要求，在加固局部变形较大部位后可满足当前使用。

　　(4) 从冲击系数值看：3#、7样6座桥的冲击系数较大，7 # 桥最大。表明6座桥梁结构的行车性能不佳，桥面平整度不良，与表观检查结果吻合。

　　(5) 在各种工况下，各桥梁控制截面的各测点的应力实测值未出现异常变化，但实测值大于理论计算值，与位移分析得出的结论一致，需对这6座桥进行加固。

　　(6) 混凝土结构应力测试、 静动力载测试受外界因素干扰大， 特别是混凝土结构应力测试值只能反映混凝土表面的应力情况， 因此测试结果需结合表观检查结果来综合评定桥梁。

　　5、静动载测试

　　从各类型桥梁中选定具有代表性及安全性较高的桥梁进行静、动载检测，以测试桥梁的跨中最大挠度值为主，兼测试桥梁的自震频率、冲击系数。

　　5、1 试验荷载

　　按等效荷载进行试验。采用7 #、9 #、1 2 #桥用专用矿车满载( 6 0 t ) 进行加载， 轮距 3 ． 0 m，轴距7．5 m；其它路段桥梁采用普通汽车满载( 4 0 t ) 进行加载，轮距2.4 m，前轴6．5 m，后轴距I．5 m。

　　5、2 测试截面和测点布置

　　结合 A N S Y数值分析结果确定控制截面，然后根据控制截面确定测试截面。考虑矿区桥梁结构的对称性，选择各桥的跨中截面、1／4截面进行测试。各跨测试截面布置见图1 。各点挠度采用高精度全自动挠度仪实时跟踪测量。测点布置见图2

　　6、桥梁加固及防护措施

　　6、1 桥梁加固

　　3 # 桥路面开裂、桥台变形开裂，需对桥台、桥下梁体加固；7 #、9 #、12 #桥面破损严重，梁体变形，需对桥面和梁体加固； 1 4 # 桥梁拱圈以上部分结构部分破损，需对局部拱圈加固；15#、16#桥梁上部结构变形严重，桥台下沉变形严重，需对梁体及桥台进行加固。其它桥结构基本完好只需要正常的维护，就能满足要求。

　　6、2 防护措施

　　( 1 ) 桥台加固

　　对片石混凝土桥台、混凝土桥台，采用对地基持力层进行灌浆处理。砌石桥台可采用对地基持力层压浆、对砌体小孔及台后填土注浆等相对应的加固措施。在老爷岭石拱桥台加固中，效果显著：采用自钻式中空注浆锚杆结合钢管灌浆，锚杆梅花型布置，片石墙护面采用厚度为20e m的双层钢筋网，注浆材料采用早强型普硅水泥，2次注浆，同时对地基持力层压浆。

　　( 2 ) 桥梁体加固

　　根据矿区已有桥梁病害治理经验， 采用在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层的桥面补强层加固，结合在梁体粘贴C F R P片材的方法，可有效解决桥梁结构变形问题。

　　( 3 ) 其它病害处理

　　根据矿区桥梁病害现状， 对裂缝采用专用裂缝修补剂进行封闭处理；对全桥破损、露筋的部位进行处理；对部分构件混凝土保护层偏薄及钢筋锈蚀进行阻锈处理；对破损严重的栏杆和人行道板进行加固维修。

　　7、结束语

　　为确保矿区交通运输安全，一方面应尽快对有病害的桥梁进行加固治理，另一方面着重对货运车辆进行管制，减少其对桥梁的影响。同时加强对桥梁耐久性健康监测，通过对影响桥梁耐久性的重要参数进行实时监测，为当前桥梁的劣化程度进行评估，为桥梁的维修、 养护与管理决策提供依据和指导。