山區公路橋梁常見危橋病害及其防治對策研究

李均進 李波 袁博 余成群

摘 要：山區公路橋梁的總體特點一定程度上決定了其比較容易出現危橋，通過對近年來山區公路橋梁常見危橋病害的統計分析，歸納出了橋梁上部、下部及拱橋中常見的10類危橋病害，逐一分析各自的病害特征和產生原因，同時對如何預防危橋病害產生、合理處治危橋病害、著重關注危險橋型和關鍵部位以避免突發安全事故等方面進行了重點分析闡述，最后對本文未論述的其它危橋病害及其它特殊橋型的病害分析評定方法進行了概述。

關鍵詞：山區;橋梁;危橋;病害;防治;樁基;裂縫

0 前言

云南作為地處云貴高原的一個省份，山高坡陡，其公路系統一個很大的特點就是橋隧比特別大。而作為山區，其橋梁又有其獨特特點，首先是這些橋梁多是跨溝跨河或傍山而建，其次是橋梁運營環境相對復雜惡劣，泥石流、季節性暴雨、日溫差特別大、干線少導致車流量大且高速分流重車多等?；谏鲜鎏攸c，其橋梁相對容易產生各種病害，在近些年對云南省各等級公路橋梁的檢測中，發現了不少存在安全隱患的危橋，這些危橋對于人民的生命財產和行車通暢構成了巨大威脅。因此很有必要對這些山區公路危橋病害進行歸納總結，分析其病害特征和形成原因，從而提出針對性的防治、管養對策，盡可能將危橋病害消除在萌芽階段，或及時發現危橋并采取相應措施將其安全隱患消除，確保橋梁結構的安全。

1 常見危橋病害歸納總結及應對措施分析

通過對近些年檢測的危橋進行歸納統計，山區橋梁危橋病害主要出現在以下幾個方面：在下部結構中主要出現在：①墩臺基礎沖刷淘空;②樁基鋼筋銹蝕腐化;③樁基滑移、④橋臺坍塌。在上部結構中主要出現在：①上部梁板超限開裂;②落石撞擊或堆積擠壓梁板破壞;③空心板底板厚度不足及相關病害;④空心板單板受力斷裂。在拱橋中常見危橋病害主要有：①石拱橋主拱圈縱向開裂;②小跨徑雙曲拱橋拱肋損傷。

1.1 墩臺基礎嚴重沖刷淘空

墩臺基礎嚴重沖刷淘空是橋梁下部結構最常見危橋病害，一般有兩種表現形式：一是樁基嚴重外露，如圖1所示;二是重力式墩臺基礎基底被嚴重淘空。對于涉河橋梁，病害形成原因主要為河水持續沖刷或橋位下游長時間挖沙導致墩臺基礎周圍土體流失;對于跨溝跨谷橋梁，病害形成原因主要為季節性強降水或橋面排水對墩臺周圍土體的沖切，其發展往往非常迅速。

樁基嚴重外露的危害首先是極大地降低了樁基的豎向承載力，其次在地震及其他橫向力作用下可能會導致橋梁整體橫向失穩。重力式墩臺基礎的嚴重淘空會使墩臺坍塌傾覆的風險急劇增大。

根據上述特點，其防治主要有以下幾點：一是對橋墩周圍土體進行片石鋪砌或其他抗沖刷防護措施;二是完善橋梁防排水設施;三是雨季加強對橋梁下部結構的巡檢，特別是高邊坡、地質條件差的區域，發現苗頭及時處治。

1.2 樁基鋼筋銹蝕腐化

該病害一般存在于涉水橋梁的樁基上，且一般伴有樁基外露，如圖2所示。其產生原因主要有兩點：一是由于樁基混凝土施工質量難以保證，混凝土不密實及鋼筋保護層厚度不足等病害非常常見，混凝土無法起到對鋼筋的保護作用;二是樁基被沖刷外露后，持續受流水的反復沖刷和侵蝕，當混凝土質量不合格時，侵蝕就會更迅速地發展，一旦鋼筋發生銹蝕就會產生銹脹作用，銹蝕鋼筋體積膨脹增大，進而自內向外破壞混凝土，進一步加劇內部鋼筋的銹蝕，形成惡性循環。

其危害主要是當樁基承受較大橫向彎矩作用時（如地震作用、樁基滑移等），鋼筋銹蝕腐化部位有可能直接發生脆斷，造成突然失穩破壞;其次是隨著病害的發展，必然導致混凝土進一步腐蝕及樁徑縮小，極大削弱樁基承載力。

對該病害的防治，第一是要確保樁基施工質量，同時在管養中防止樁基外露病害的出現;第二是對已經出現的病害及時采取加固和防護措施，確保其豎向承載力及與墩柱的整體性和延性。

1.3 樁基滑移

該病害在山區公路橋梁中常有發生，發生樁基滑移時，一般會在橋梁上下部結構及橋面系上發生次生病害反映出來。下部結構的次生病害一般為墩柱、系梁蓋梁開裂破損，擋塊開裂破損，墩柱移動傾斜變形等，如圖3、圖4所示;上部結構的次生病害主要為上部結構整體異常變形移位、梁板開裂及支座剪切變形、移動等;橋面系表現的病害特征為伸縮縫處標線錯位、伸縮縫縫寬異常及防撞護欄橫向錯位，甚至橋面異常沉降變形。

造成樁基滑移常見的原因主要有：

（1）橋體附近大量棄土或建筑垃圾等雜物堆積側壓：這類原因造成的樁基移位是比較常見的，在施工和養護過程中要格外重視。

（2）樁基一側開挖或樁底隧道下穿施工：樁基一側開挖會在樁基一側形成巨大側壓力，容易造成樁基及附近土體的移動;樁底隧道下穿施工則有可能大幅降低樁基的豎向承載力，從而引起樁基沉降移動，如圖4所示。

（3）滑坡或樁基周圍土體局部滑動：在山區陡坡地段，滑坡或局部土體塌方滑動引起的樁基滑移非常常見，圖3中所示的病害皆是由于滑坡引起的，日常養護巡視要重點關注。

（4）樁基承載力不足;這里主要是指勘察設計階段地勘不準確，導致樁基承載力不能滿足設計要求。

（5）地震作用等。

1.4 橋臺坍塌

常見的橋臺坍塌病害一般出現在圬工重力式橋臺，且前期一般由橋臺排水不暢，致使橋臺前墻或側墻出現開裂、外鼓等現象，最后造成坍塌，如圖5所示?；炷林亓κ綐蚺_出現坍塌病害一般是由于橋臺處于陡坡處且基礎出現沖刷、淘空，進而造成橋臺整體坍塌。泥石流或滑坡沖擊也會造成橋臺甚至橋梁坍塌損毀。

其防治措施重點仍然是在日常的巡檢上，當發現橋臺前墻或側墻出現開裂、外鼓或基礎淘空病害時及時采取針對性專業處治，防患于未然。

1.5 上部梁板超限開裂

對于上部梁板裂縫，我們只需要重點關注規范不允許出現的結構受力裂縫，其出現即表明梁板的承載能力不能滿足設計要求，需根據病害發展程度及時對開裂梁板進行專業處治，以免病害的進一步發展及橋梁安全事故的發生。

不同結構型式的梁板開裂的特點各不相同，需對各種結構型式梁板的超限裂縫逐一說明：

（1）空心板：底板出現大量橫向裂縫，裂縫延伸至兩側腹板形成“U”型裂縫，縫寬超限;在梁端附近，左、右側腹板（邊板可見）出現斜向剪切裂縫，裂縫延伸至底板，有的裂縫甚至貫通底板形成斜向“U”型裂縫，縫寬超限。

（2）T梁、工梁：腹板左、右側有大量對稱豎向裂縫，隨著病害的發展裂縫一般會向下延伸至馬蹄側面甚至底面（鋼筋混凝土結構的裂縫由馬蹄底面向上發展），縫寬超限;對于鋼筋混凝土結構，在梁端附近，腹板左、右側有大量斜向剪切裂縫，裂縫縫寬超限，部分裂縫甚至貫通整個腹板高度，越過中性軸。

（3）現澆箱梁：腹板出現大量豎向貫通裂縫，且裂縫大部分延伸至底板，縫寬超限;對于鋼筋混凝土結構，在梁端附近，腹板出現斜向剪切裂縫，縫寬超限。

1.6 落石撞擊或堆積擠壓梁板破壞

對于山區傍山橋梁，當橋下凈空不足或是離山體較近時，都有可能出現落石撞擊、土體堆積擠壓，進而導致梁體結構破壞的病害出現。具體表現有兩方面：一是落石瞬間直接撞擊，這些落石一般是山體滑坡、雨水侵蝕、地震作用或施工造成的巖石松動滑落，橋上直接撞擊位置一般都會有直接破損和裂縫產生;二是梁板與山體間距離過近，山體上滑落碎石、土體堆積、擠壓形成側壓力，致使梁板擠壓開裂破損，一般在抗扭慣矩薄弱的T梁、工字梁上容易產生此類病害。

1.7 空心板底板厚度不足及相關病害

空心板底板厚度不足的明顯特征是底板會伴有縱向裂縫及滲水痕跡，通過錘擊，底板會有明顯的空響聲，稍用力錘擊底板便會穿透、空洞，如圖6所示。

空心板底板厚度不足的直接后果就是構件的整體截面剛度被大幅削弱，達不到設計要求;其次是底板鋼筋和鋼絞線失去保護，極易造成鋼筋及鋼絞線銹蝕，由于空心板大多數是簡支結構，梁端位置及其他混凝土不密實部位比較容易進水，失去混凝土包裹保護，鋼筋及鋼絞線極易銹蝕;空心板底板厚度不足的另一個直接危害是造成預應力損失，致使有效預應力達不到或遠小于設計值，威脅橋梁結構安全，如圖6所示。

針對該類病害的防治要點是對存在底板縱向裂縫的空心板及空心板老橋，重點檢查其是否存在底板厚度不足病害（通過錘擊法），若存在則應進一步檢查鋼絞線或主筋銹蝕情況，根據病害情況進行針對性除防銹、底板增厚、鋼板補強等處治措施。

1.8 空心板單板受力斷裂

空心板單板受力導致的橋梁斷板垮塌事故，在近幾年的新聞中經常出現，該病害是空心板橋甚至梁橋上部梁板危害最大的病害，在重車通過時，很有可能會毫無征兆的造成空心板突然斷裂，致使橋梁坍塌，危害極大。

空心板單板受力斷裂的病害特征為：①大多出現在采用淺鉸縫空心板的橋梁上;②橋面行車道上有可能會出現沿鉸縫走向的縱向裂縫;③斷裂位置不一定出現在跨中區域，在梁端至L/4區域也會出現。

空心板單板受力斷裂產生的原因：①空心板設計計算的理論基礎是板間通過鉸縫傳遞剪力，不傳遞彎矩，要保證這一理論前提，必須要求所有鉸縫都能有效傳遞剪力，否則所有板的橫向分布系數都會遠超設計值，而空心板及鉸縫數量一般比較大，容錯率相對更低;②鉸縫狹小的上口會造成鉸縫混凝土難以實現有效振搗，鉸縫下口必然導致澆注的鉸縫混凝土容易漏漿離析，且施工過程中和施工結束后都屬于隱蔽工程，施工質量先天難以保證;③空心板施工質量問題，特別是預應力張拉沒有達到設計要求，自身承載力無法達到設計要求;④第四大原因則是車輛超載。

針對這種病害的防控措施有：①盡量棄用空心板這種結構形式，同類型的可以選擇小箱梁，若因梁高、橋下凈空、美觀等因素確需采用空心板時，建議采用深鉸縫空心板，且應嚴格控制施工質量;②對于正在建設的空心板橋，對其預應力張拉、鉸縫混凝土施工、橋面鋼筋混凝土現澆層施工等環節嚴格把控，確保其單板承載力及橫向聯系滿足設計要求;③對于在役空心板橋，一是查清其空心板類型，對于采用淺鉸縫的一定要重點管養，二是加強日常巡檢及定期檢測，重點關注橋面縱向裂縫、梁板腹板和底板受力裂縫。

1.9 石拱橋主拱圈縱向開裂

對石拱橋結構安全構成較大威脅且比較常見的病害是主拱圈縱向或斜縱向開裂，如圖8所示。其開裂的位置一般出現在主拱圈左、右兩側1.5 m范圍以內，大部分沿砌縫發展。由于石拱橋本身就有橫向聯系比較差的弊端，主拱圈縱向開裂進一步惡化其整體受力狀況，使其有沿裂縫向外側突然傾倒的風險。

石拱橋主拱圈縱向開裂的原因主要有兩個大的方面。第一個原因是拱上填料或活載對拱上側墻產生的橫向水平力導致的，具體譬如：①側墻設計斷面尺寸偏小，采用的石料尺寸偏小，石料間的砂漿不夠飽滿，粘結力不足;②拱上填料排水不暢，對側墻造成比較大的側壓力;③拱上填料沉陷造成橋面沉陷不平整，導致行車產生的水平推力大增;④橋梁位于彎道上，車輛通過時產生很大的離心力;⑤車輛行駛在側墻附近時對側墻產生很大的推擠力;⑥施工因素導致，比如重新鋪裝瀝青路面時采用振動壓路機，在側墻附近振動壓實作業。該類原因產生的主拱圈縱向開裂一般都是自拱頂向拱腳方向發展。第二個原因是由橋墩臺基礎產生不均勻沉降所造成的，這類病害的特征是裂縫自墩臺的前墻開始發生，向上往主拱圈拱頂方向發展。

目前對于這類主拱圈病害，主要處治措施是加鋼筋混凝土襯拱同時對拱上填料進行針對性的注漿等加固措施。在管養方面，一是要確保防排水系統的有效性，二是橋面出現異常沉陷或縱向裂縫時，加強觀測及養護，三是對橋面進行翻修時要對橋面的振動壓實作業予以關注，四是要加強巡檢，對主拱圈、拱上側墻等重點部位進行重點關注。

1.10 小跨徑雙曲拱橋拱肋損傷

對于小跨徑雙曲拱橋（單孔跨徑25 m以內），在近年的各種檢測調查中，拱肋混凝土腐蝕粉化、主筋嚴重銹蝕、拱肋被撞擊斷裂甚至局部損毀缺失的現象和病害相當普遍，對橋梁結構安全構成很大威脅，如圖9所示。出現這類病害的主要原因有兩個：一是矢跨比小導致橋下凈空低，容易被泥石流、落石及棄土棄石等直接外力沖擊損毀，同時更易受到水的潮濕環境的侵蝕;二是構件尺寸偏小，不易控制施工質量，當混凝土內鋼筋受到侵蝕發生銹蝕后就會引起銹脹作用，破壞混凝土，形成惡性循環。

對于此類病害的危橋，已無太大加固利用的空間和價值，建議直接廢棄重建。

2 結語

對于本文介紹的諸多危橋病害，管養單位第一個應重點關注且能有所作為予以消除預防的是墩臺基礎的沖刷淘空及樁基滑移等，墩臺基礎作為橋梁結構承載力形成的基礎，是確保橋梁整體安全的關鍵;第二個應重點關注的是空心板的單板受力斷板，該病害也會導致橋梁結構突然坍塌安全事故，需要重點預防;第三個應重點關注的是石拱橋的主拱圈縱向裂縫和小跨徑雙曲拱橋主拱圈質量缺陷，其發展到一定程度也會造成橋梁坍塌。對其他影響橋梁結構承載力及橋梁結構安全的危橋病害也應及時按相關規范采取交通管制措施并進行專項加固處治。

除了本文歸納的常規橋型常見危橋病害，還有很多其它病害原因造成的危橋，對于其它特殊病害及斜拉橋等特殊結構橋梁，可以參照《公路橋涵養護規范》（JTG H11-2004）和《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）中關于4類、5類橋的定義和5類橋單項控制指標等內容進行分析評定，必要時還需按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）的技術要求進行專項檢測、檢算、驗算及荷載試驗來進一步分析確定，確保能真實客觀的評定出橋梁結構的技術狀況，避免危橋的服役運營。

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