重庆交通大学 土木工程学院 防灾减灾工程及防护工程专业 重庆 400074
摘要：空心板桥梁在中、小跨径的公路桥梁中得到了大量应用，然而，由于施工质量难以得到严格控制、运营期养护措施不到位、车流量大和车辆超载严重等问题的发生，随着时间的推移和病害的累积将危及桥梁和行车安全。本文针对空心板梁桥的典型病害进行了分析，探讨了各分部病害产生的原因，对空心板桥梁病害的防治措施的提供相关参考。
关键词：空心板桥梁；典型病害；成因分析
引言
常见的梁桥形式有：箱梁桥、T形梁桥和板梁桥，其中板梁桥由于具有构造简单、材料用量节省、便于施工操作、工业化程度高的优点，因此，该类桥梁普遍应用于中、小跨径的公路桥梁。然而，由于施工质量难以得到严格控制、运营期养护措施不到位、车流量大和车辆超载严重等问题的发生，伴随着时间的推移和病害的堆积会危及桥梁和行车安全[1]。本文就空心板梁桥的典型病害进行了分部总结，并分析了各分部病害产生的原因，对确保桥梁安全和延长桥梁的使用寿命具有重要的现实意义。
一、桥面系常见病害及成因分析
桥面系是车辆和行人能直接接触到的部分，包括桥面铺装、护栏、伸缩缝、排水系统等部分，这些部位一旦发生病害将有强烈的直观感受。
（一）桥面铺装
桥面铺装的病害不仅会极大影响行车舒适性，而且病害（坑洼、裂缝等）的存在会使空气中二氧化碳、雨雪水进入结构层，从而使混凝土碳化、钢筋腐蚀，最终影响桥梁结构的安全。
常见的桥梁铺装层主要有水泥混凝土和沥青混凝土这两类。对于水泥混凝土铺装层，其裂缝产生原因主要是施工质量不合格、温度差异大、桥面板产生较大的挠曲应力；而对于沥青混凝土路面，则是沥青老化、沥青材料性能差，另外，还与桥面的破损和开裂有关[2]。除了开裂，铺装层破损、坑洼、凸鼓是出现频率较高的病害形式，施工不善、运营期管养不良亦是不可忽略的因素。
（二）栏杆
各式各样造型独特的护栏除了美化桥梁，带来视觉上的享受，最重要的功能是防止失控车辆翻出桥外，在危急情况下可以有效保证生命安全。常用的桥梁护栏根据材料可大致划分为四种：石料护栏、金属护栏、钢筋砼护栏和组合护栏。护栏存在的病害一般有：金属护栏破损、锈蚀、缺失、撞坏；钢筋砼护栏的混凝土破损、露筋。
导致护栏病害的产生，有以下几种可能：交通事故、养护不到位、栏杆长期外露受到外界腐蚀以及自然灾害的影响。
（三）伸缩缝
橡胶伸缩缝是空心板桥梁中常用的伸缩缝类型。伸缩缝的状态会在很大程度上影响桥梁的结构安全和行车舒适性。一旦病害发生，将引起一系列不良后果，如行车条件恶化、产生噪音、对桥梁的动荷作用加剧、出现漏水现象等，严重的还会导致交通事故频发和桥梁主体结构的损坏。伸缩缝病害一般表现为：橡胶条破坏损伤、胶条老化甚至开裂剥离、缝内填充杂物较多、缝与桥面连接处混凝土碎裂破损等。
致使伸缩缝病害的原因可能有：交通量和重型车辆较多、施工工艺或质量不满足相关要求、伸缩缝处出现低温裂缝等。
（四）排水系统
排水系统不通畅极易导致桥面积水，进而引发交通事故，同时，积水可能顺着裂缝向混凝土内部渗透，使钢筋锈蚀，进而对结构造成不可逆转的损害。所以为避免积水现象出现，就要确保排水系统通畅，如保证桥面排水设计中纵横坡的设计合理性、定期铲除纵坡方向和泄水口处多年堆积的泥土和杂物、确保泄水管道完好且没有堵塞。
二、上部结构常见病害及成因分析
空心板桥梁上部结构发生的病害类型一般有：板产生纵、横向或网状裂缝，板间铰缝未填充砂浆。
（一）板纵向裂缝
据调查，纵向开裂是板梁桥常见的一种病害，所以在进行桥检时要重点关注空心板桥梁的上部承重构件中的裂缝情况。空心板的纵向裂纹，其形态多呈一段一段状或一整条连续状，有的甚至整跨通长。
纵向裂缝产生的原因多考虑为混凝土保护层厚度不满足、温度变化和混凝土的收缩，同时靠近板下方区域的混凝土振捣不密实，当有荷载作用时，此区域混凝土受到拉力，使空心板底板产生纵向裂缝；此外，还可能是偏载作用引起。
（二）板横向裂缝
板底横向裂纹，这类裂缝多分布在跨中附近，产生的原因可能是部分空心板预加力不够，使得板的抗裂性能达不到设计使用要求；也不排除是板受到荷载作用时，跨中混凝土截面上部受压，下部受拉，整块板呈下挠状态，并产生弯曲应力，当板底混凝土的抗拉强度不能抵消因弯曲下挠产生的拉应力时，横向裂缝由此产生。
（三）板网状裂缝
除了纵向裂缝和横向裂缝，网状裂缝也是空心板的常见病害。通常网状裂缝没有规律，出现的时期也各有不同。产生这类病害的原因是：在混凝土浇注初期，由于养护不足，或是外加剂剂量不够准确都有可能造成混凝土表面出现网状裂缝。
（四）铰缝
未填砂浆、渗水、钙化是铰缝的多发病害。钙化是由于铰缝内部混凝土随着水流向外渗出并积累成柱状形态的附着物，其产生原因主要是较缝内混凝土（砂浆）不够紧密压实或某些地方存在细水裂缝，再加上砂浆PH值一般超过12，为碱性，里的氢氧化钙与空气中大量存在的二氧化碳发生反应，生成产物碳酸钙，碳酸钙随着水流向铰缝表面渗，经多年积累形成柱状附着物。
（五）支座
支座是梁桥的重要组成部分，它作为处于桥梁中间的传力构件，向墩台传递各种类型的上部结构载荷。支座长时间使用会产生一些病害，亦会对桥梁的上、下部结构造成不利影响。桥梁支座根据制作材料的不同可划分为钢支座和橡胶支座。
锈蚀、支座螺栓断裂松动脱落、销钉剪断、垫板翘曲断裂是钢支座的多发病害，橡胶支座病害主要表现为橡胶老化、开裂、脱空、变形、偏位及垫石开裂破损。其病害机理分析为：支座边缘距离不够；支座的支承垫石强度不足；未能及时管养；此外，桥梁墩台基础的不均匀沉降、歪斜和位移，以及上部结构的位移等因素也会对支座的正常使用造成不良影响。
三、下部结构常见病害及成因分析
板梁桥下部结构一般包括盖梁、墩台和墩台基础。下部结构的病害既与上部结构的受力及形式有关，又与桥位所处地质条件有关[3]。
（一）盖梁
盖梁有支承和传力的作用，由于盖梁上是支座，故它承受的力主要是支座传递过来的集中荷载。作为受弯构件，在恒载和活载作用下盖梁各个截面会相应产生弯矩和剪力，而桥墩处的盖梁顶部、盖梁跨中上部有支座处和盖梁悬臂端一般内力较大，导致这些地方频繁出现裂缝。此外，盖梁上方常伴随着桥梁伸缩缝一起出现，只要伸缩缝出现漏水等病害，盖梁也不可避免地出现侵蚀现象。
（二）墩台
桥墩和桥台位于桥梁上部结构和基础之间，影响着桥跨上部结构在平面上和高程上的位置，起着重要的传力作用，并关系着上部结构的安全和桥梁的稳定。
1.桥台
除了具有传递荷载的功能外，桥台还可以稳定和保护桥头路基，有效抵抗台后土压力，使两侧线路得以平缓连接。桥台常见致命病害及成因：
（1）桥台变位、倾斜。长期泡水，会削弱基底土体特性，从而降低摩阻力和台后填土的稳定性，产生水平荷载，严重时就会导致桥台发生水平位移；桥台倾斜通常是由桥台背后土压力过大或基础土层处理不当，在积水侵蚀的影响下，基础产生不均匀沉降所致。
（2）桥台开裂。桥台裂缝一般有竖向裂缝、横向裂缝、和斜裂缝这三种形态。第一种裂缝通常由混凝土收缩、气温变化或基础不均匀沉降导致；第二种裂缝一般为施工时混凝土分段浇筑所形成，亦或是水平荷载（如台后土压力）引起；最后一种裂缝多由桥台基础不均匀沉降和冲击荷载（如桥头跳车）所致，同样的，也与台后土压力有关。
2.桥墩
跨越江河的桥梁，其桥墩多置于水中，常直接遭受洪水和泥石流的冲击，冰块和飘浮物的撞击，对其耐久性和桥梁的稳定性影响极大。桥墩常见致命病害及成因：
（1）墩柱倾斜、变位。此种病害较少见，但一经出现就严重威胁桥梁安全，病害产生原由可能是自然灾害（地震作用、洪水等）或车辆、船舶、漂浮物等外力撞击等造成。
（2）墩柱裂缝。墩身水平裂缝：施工分层、基础变位、钢筋锈胀且保护层较薄弱时混凝土崩开所致；墩柱没有及时得到养护，混凝土干缩或大体积混凝土温度力作用下就易形成网状裂缝。
3.基础
桥梁基础多见扩大基础和桩基础。桥梁基础结构的病害主要表现为沉降或不均匀沉降、滑移和倾覆、剥落露筋、冲刷或淘空，若是桩基的话还可能发生桩丧失稳定性或断裂的情况。基础一旦出现病害首先影响的就是墩台，进而影响上部承重构件。
（1）沉降和不均匀沉降。由于基础长期泡水、地基土软化或软弱地基处理措施不到位，当基础排水固结后，在自重、上部荷载及汽车荷载作用下可能下沉。扩大基础两端或相邻桩基的承载力存在较大差异或基底存在软弱层，就易引起基础不均匀沉降，甚至严重歪斜。
（2）滑移和倾覆。长期浸泡在积水中会削弱地基的土壤特性，当基底摩擦系数减小时，在水平荷载推动作用下发生变位；若基础产生不均匀沉降或墩柱基底部分土体被淘空，基础的倾覆力矩可能会超过抗倾覆力矩，在自重和上部荷载影响下，即发生基础倾覆。
（3）冲刷或淘空。由于桥台背面的不合规回填、汛期洪水冲刷等原因，导致基底部分土体被卷走。
（4）桩丧失稳定性、断裂。桩基稳定性丧失与桩断裂原因大致差不多，都主要是由于水流的冲刷带走一部分浮土，使桩裸露在外，或者是水降低了土体的力学特性参数使其横向抗力不足导致桩的计算长度增加造成的。
四、其他病害
除了上述病害外，混凝土的质量和环境对桥梁的影响也不可小觑。如混凝土蜂窝麻面、孔洞、露筋、剥落、游离石灰、夹层，混凝土碳化、钢筋锈蚀等病害。
造成上述这些病害可能是混凝土在搅拌过程中没有充分拌合，导致混凝土拌合料离析，从而降低了表层混凝士的质量，也可能是施工过程中振捣不够密实，新旧混凝土的衔接不紧密或衔接时没有采取增大结合面咬合力（胶结力）的措施，长期水蚀所致，或预制构件在制模拆模过程中操作不当且没有弥补措施，或者在运输和安装过程中受到碰撞，亦或是养护不及时不充分都会导致这一系列病害。
混凝土具有高碱度的环境，在这种环境下，钢筋表面会形成一层钝化膜以提高钢筋的耐腐性，但空气中存在的二氧化碳和水蒸气仍有可能从混凝土表面的孔隙中进去，从而渐渐减弱混凝土的碱度并大大降低该膜对钢筋的保护，最终钢筋锈蚀。
五、结语
实际情况中，桥梁结构的许多病害并非是某一单一原因导致，而是多重因素共同作用而成。在病害产生后如何补救都不如做好预防措施使病害不出现或延长出现。首先，材料一定要达到国家标准和设计要求；其次，设计、施工、养护任一环节都不可忽视，设计合理合规、施工质量达标、养护及时到位是保证桥梁安全和使用寿命的必要条件。
参考文献：
[1]刘旭政,肖宏伟,贾丽华.公路空心板桥定期检测评定结果统计及分析[J].江西理工大学学报,2019,40(05):49-54.
[2]张磊. 西藏干线公路典型桥梁病害机理及其数据库构建技术研究[D].重庆交通大学,2011.
[3]苏永刚.梁式桥梁下部结构病害分析[J].城市道桥与防洪,2018(06):114-116+371.
作者简介：崔凤（1994-），女，汉族，重庆人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁结构损伤与监测