公路桥梁病害及预防方法docWord格式.docx
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2001年和2004年，交通部西部科技项目又分别立项了“公路旧桥检测评定和加固技术研究及推广应用”和“大跨径桥梁监测加固养护成套技术研究”。
同时，我国也开始引进桥梁全寿命设计理念，研究全寿命设计的理论和方法。
各省、市、自治区交通部门都在桥梁维修、养护、加固改造的实践中取得了成功的经验，并在实践中获得了显著的社会、经济效益，推动了交通事业的发展。
随着交通运输的发展需要，旧桥的维修、养护、加固与改造已经成为桥梁工程学科中的一个重要分支，并且将在以后发挥愈加显著的社会经济效益。
1.3公路桥梁加固的意义
我国公路桥梁大部分为建国后所修建，桥龄相对较短，但是病害问题已经开始逐步暴露，目前已有不少桥梁发生老化、破损、裂缝等现象，危桥逐年增多，承载能力明显下降。
随着道路交通的发展，汽车保有量与国民经济的同步上升，公路客货运输量不断增长，对公路提供安全、快速、重载行驶的要求也越来越高。
桥梁是确保道路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力又是贯通全线的关键，为避免重蹈发达国家的覆辙，有计划、有步骤地突出重点，及时加强对现有桥梁进行调查研究，区别情况，分析病害原因，采取相应的维修加固措施，检验评定旧桥承载能力和提出提高桥梁荷载等级的有效方法，从实践中取得成效，以充分发挥经济效益和社会效益，确保道路交通正常运行，这应是我国道路建设发展中具有战略意义和深远影响的迫切任务。
1.4本论文研究的内容
本文通过对贵遵高速公路沿线的100座桥梁进行病害检查，总结其存在的主要病害问题，以采取经济、合理、有效的措施对其进行维修加固，确保贵遵高速公路的正常运营，并为桥梁养护和管理部门的决策提供了事实依据。
根据不同的病害情况，文中归纳了一般桥梁的常用加固方法，以更好的为旧桥加固方案设计提供理论参考。
然后对贵遵路上病害桥梁进行了加固设计分析，其中主要分析了病害情况比较严重的拱桥的加固设计方案和施工工艺，以为将来贵遵地区其他公路桥梁的病害分析及维修加固提供参考资料。
第二章桥梁常见病害及其成因分析
随着经济的不断发展，交通运输任务日益繁重，交通量剧增、车辆荷载逐步加大。
由于过去的设计受到时代限制，施工受到材料局限，随着桥梁负荷日益加重，桥梁结构逐渐暴露出了各种各样的缺陷，发生了这样那样的病害。
随着时间的推移，桥梁病害不断加重，桥梁维修、加固和改造工作，已成为一项重要而长期的任务。
所以我们必须先了解和掌握桥梁常见的缺陷和病害及其成因，以便更有效的对桥梁进行维修、养护、加固和改造分析和研究。
本文主要归纳总结了桥面系、梁桥上部结构、拱桥上部结构和墩台基础等的常见病害形式。
2.1桥面系常见病害分析
桥面铺装破坏、桥面板渗水、桥头跳车和伸缩缝损坏等桥面系病害虽然不会马上破坏桥梁的安全运营，但是这些病害会极大的影响行车的舒适性、缩短桥梁结构的使用年限，所以有必要对此类病害及其成因进行分析。
2.1.1桥面铺装的常见缺陷
桥面铺装材料主要有水泥混凝土和沥青类材料两种，由于使用材料不同，缺陷的形式也不—样，现分述如下：
1、沥青类铺装层的缺陷
（1）泛油：
桥面出现泛油后，车辆过桥时粘轮，下雨时易打滑，使行驶安全度降低；
（2）松散、露骨：
桥面出现锯齿状的粗糙状态；
（3）裂缝：
有纵缝、横缝或网裂；
（4）高低不平、产生跳车：
一般出现在桥跨结构物的连接部位。
如简支梁桥的接头处和有挂梁的悬臂梁桥挂梁支点处，使过桥车辆产生跳车。
2、普通水泥混凝土铺装层的缺陷
（1）磨光：
铺装层被行驶的车辆磨耗，形成平滑状态；
（2）裂缝：
有网裂、纵横缝等；
（3）脱皮、露骨：
表层脱皮或局部破损露骨；
（4）高低不平：
在接头部位与沥青铺装层相同。
2.1.2桥面板渗水
有些桥梁的桥面板渗水现象比较严重，渗入的雨水会造成桥梁的钢筋产生锈蚀，从而影响结构的安全。
这主要因为桥面铺装层防水设施不好，使雨雪水渗入桥面造成的。
为了防止这种现象，应采取以下措施：
1、在桥面铺装时，严格控制施工程序，尽可能的将桥面铺装层防水设施铺筑好，从根本上杜绝渗水现象；
2、由于冬季降雪会造成行车安全性降低，一般在降雪时都会将高速公路关闭，并进行除雪作业，为了能快速地清除路面积雪，尽可能早地开放交通，一般管理部门都采用除雪机上路除雪，人工辅助，并撒盐，以助其尽快融化，这样一旦桥面铺装层防水不好，融化后的雪水将会对桥梁的钢筋结构产生锈蚀，影响其使用寿命。
在北方寒冷地区尤其要注意这类问题。
2.1.3伸缩缝损坏
过去，大桥伸缩缝经常使用梳齿形钢板伸缩缝，其梳齿在反复行车荷载及自身的伸缩过程中易产生翘曲，而杂物的填堵更加剧其变形，造成与路面的连接不顺；
在中小桥中使用的橡胶板式伸缩缝，其橡胶体直接承受车轮碾压冲击，其本身及锚固件易损坏，而其施工又不易控制，造成质量不稳定，其他伸缩缝尺寸较宽，行车软硬过渡中必然产生较大震动，从而导致伸缩缝损坏或与路面连接不顺。
2.1.4桥头引道的常见缺陷
1、桥面与引道路面衔接处，路面沉陷，交接段引道纵坡与桥面纵坡不—，衔接不顺适，致使桥头产生“跳车”；
2、引道路面损坏，产生积水、渗水，出现坑塘，高低不平；
3、引道两边的挡土墙、护栏等产生严重变形、破坏或缺损；
4、护坡、锥形溜坡因受洪水冲刷而发生冲空、坍塌或产生缺口；
5、引道上如设有涵管或水渠时，其顶部受损，路面遭受破坏，并有渗水现象等。
2.1.5桥面排水设施的缺陷
桥面排水设施主要有泄水管和引水槽两种，这两种排水设施的常见缺陷有：
1、泄水管的缺陷
（1）管道破坏，损伤。
在外界作用影响下而产生局部破裂，损伤，出现洞穴而产生漏水；
（2）管体脱落。
主要由于接头连接不牢而产生掉落，失去排水作用；
（3）管内有泥石杂物堵塞，从而排水不畅，水流不通；
（4）管口有泥石杂物堆积。
2、引水槽的缺陷
有堆泥、堵塞，水流不畅，槽口破裂损坏而出现漏水、积水等。
2.2梁桥上部结构常见病害分析
为了对旧桥采取合理、安全、可靠的维修加固措施，需首先了解其产生的各种常见缺陷及发生原因。
梁式桥上部结构的各种常见缺陷及产生原因叙述如下。
2.2.1混凝土梁式桥的裂缝及其产生原因
在混凝土梁式桥上部结构中产生的主要缺陷，根据其结构类型、构造型式、使用构件、建桥处地理气候条件以及使用情况等的不同，其产生的部位、种类和程度也不同。
但混凝土梁式桥中的主要缺陷往往从其表层发生的各种异常现象中反映出来，如表面裂缝、磨损、剥落、掉角、露筋、锈蚀、蜂窝麻面等。
即使一般认为对结构受力没有什么影响的细小裂缝，也会由于雨水慢慢地渗入，空气中二氧化碳或其他气体的作用，使钢筋产生锈蚀膨胀，裂缝增大，混凝土材料性质不断变坏。
裂缝是混凝土桥梁最常见的缺陷之一，根据裂缝的发生部位和产生原因不同，主要有以下几类：
图2-1梁（板）受拉区的弯曲裂缝图
1、梁（板）受拉区出现弯曲裂缝
位置和方向：
①弯曲裂缝出现在梁的侧面，从梁底向上开裂，并与主钢筋垂直；
在长裂缝之间，往往夹着数根短裂缝。
一般裂缝宽度：
梁结构δ=0.03～0.2mm、板结构δ=0.03～0.15mm；
裂缝之间的间距：
l=0.05～0.2m，如图2-1所示：
②梁底面出现的弯曲裂缝，时常垂直于主钢筋，裂缝宽度：
δ=0.03～0.2mm。
裂缝的性质：
当梁（板）受荷时，已有裂缝的长度会缓慢地延长，缝宽也会变宽，同时，又会出现一些新的短裂缝；
卸载时，裂缝一般恢复原状。
这样的裂缝是属于弹性范围的裂缝，其性质比较稳定。
但是，有个别裂缝为深层裂缝，也有部分贯穿裂缝。
2、沿梁腹板梁高度上的表面裂缝
常见于T形梁的腹板侧面上，在半梁高度处常出现枣核形裂缝，间距无规律；
裂缝宽度δ=0.2～0.6mm，有的达到0.8mm。
腹板裂缝，常出现在梁的跨中，并垂直于主钢筋；
在支座到1/4跨径之间，裂缝与主钢筋形成60°
斜角。
原因：
混凝土质量不均匀，在受到较大荷载，易沿腹板产生表面裂缝大。
这种裂缝，最大宽度一般变化不大，但是，容易与受拉区裂缝相连接，如图2-2所示：
图2-2沿梁腹板高度上的表面裂缝图
3、梁腹板的斜裂缝
斜裂缝常见于跨径大于10m的钢筋混凝土梁桥。
斜裂缝常发生在支座到1/4跨径之间，出现在梁的侧面，并与梁形成45°
～60°
左右的夹角。
裂缝形式：
裂缝宽度0.1～0.3mm，裂缝间距0.5～1.0mm。
梁在弯剪作用下，在0～l/4区域产生的主拉应力，超过了该部位的材料抗拉强度。
随着荷载增加，斜裂缝也逐渐增大。
在0～l/4梁段内，外力主要以剪力形式出现，因此，裂缝形成角度大于45°
；
随着弯矩增加，梁腹板在剪－弯作用下，发生剪－弯裂缝，裂缝则与梁纵向成为30°
～45°
角，裂缝条数为1～2条，缝宽为0.2～0.3mm。
这种裂缝的发生的过程：
先出现垂直于梁轴的弯曲裂缝，再发生倾斜裂缝，如图2-3所示：
图2-3梁腹板斜裂缝图
4、梁（板）结构的主筋部分水平纵向裂缝
在主筋位置附近，沿着主筋延伸方向，出现的水平纵向裂缝；
裂缝度可达半跨。
最大裂缝的宽度达到4mm。
伴随着裂缝扩展，混凝土保护层剥离，钢筋外露而锈蚀
原因：
这种裂缝产生的原因比较复杂，可以是混凝土先出现裂缝，引起钢筋的锈蚀；
也可能是钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂。
发生这种病害原因，施工质量较差，保护层过薄；
混凝土内加了过量的添加剂，导致混凝土碳化、钢筋锈蚀胀裂混凝土，如图2-4所示：
图2-4梁在主筋部位的水平纵向裂缝图
5、混凝土梁上的网状裂缝
混凝土梁上网状裂缝没有规律，一般缝宽为0.01～0.05mm。
在车辆荷载下，长度和宽度的变化很小。
混凝土内外所受外界不均匀的非荷载作用所致，如图2-5所示：
图2-5梁腹板侧面上的网状裂缝图2-6梁体在钢板支座处的裂缝
6、梁体支座处裂缝
位置与方向：
在简支梁支座的垫扳处的梁体上，支座上的垫板与混凝土交界处，时常发生的斜向裂缝。
这种裂缝往往只有一两条大裂缝，裂缝宽度δmax=2mm。
桥墩发生不均匀沉降、歪斜；
局部混凝土承压力不够；
支座倾斜或者活动支座失灵等。
因此，发现混凝土桥出现缺陷后，必须及时对缺陷进行调查研究，分析缺陷的产生原因、现状、发展趋势，以及桥梁遭受破坏的程度，对使用的影响等，及时采取措施进行维修加固。
2.2.2桥梁承载能力不足
1、设计荷载偏低
正常使用桥梁的承载能力是由其设计荷载标准所确定的。
但是，随着时间的推移、历史的发展，公路运输对桥梁载重的要求也在发展，所以为适应这个要求，公路桥梁的设计规范在不断地进行修订（见表2-1）。
随着规范的修订，设计用的汽车荷载也在不断增大。
但依据“旧规范”设计的许多桥梁却仍在营运使用，而这些用“旧规范”设计的桥梁，其上部结构，如桥面铺装和桥面系构件（如主梁、横梁等）的承载能力，要比现行规范所要求的荷载设计标准小。
这样，在现仍使用的桥梁中，施工是设计的实现过程，设计正确性与否，是否完善，在施工中都会得到检验。
同时，施工的质量优劣，也将影响桥梁的整体性能。
在桥梁建设中，尽管设计正确，但施工方法不当，施工质量控制不严，施工过程中遇到一些非预见性灾害，如洪水、地震等，常常导致桥梁承载能力降低，不能达到设计的预期目的。
由于施工原因，致使日后桥梁承载能力不足，其具体原因主要有以下几个方面：
（1）材质不好
施工中所采用的混凝土、钢筋、预应力钢材等材料，如质量不好，不符合规范的要求，则常常是导致桥梁结构产生各种缺陷的内在因素。
（2）施工质量不好
在混凝土结构物产生破坏的原因中，最多的是由于施工质量不好引起的。
特别是修建混凝土公路桥时，工程种类多，其大部分是现场施工，每个现场施工操作工人往往要负担多方面的工作，如钢筋工、起重工、混凝土工等。
而且桥梁工程的工序较多，如果不注意或搞错，就有可能使结构出现缺陷并最后暴露出来。
4、外界因素
外界因素是指行驶于桥梁上的车辆流量的不断增加，车辆载重的加大；
发生突然事故，如受机械撞击的影响；
受到自然界特大灾害，如地震、洪水等的破坏；
周围恶劣环境，如海水、污水等化学作用；
以及桥梁基础产生破坏，出现不均匀沉陷等因素。
这些因素也都是导致桥梁结构产生缺陷的重要原因。
2.2.3桥面净宽偏小
由于公路交通的不断发展，显得许多旧桥的修建标准偏低，桥面窄小，致使车辆不能顺利流畅通过。
在此情况下，往往采取拓宽加固的措施，从而达到增加桥面净宽，提高桥面车辆通过能力的目的。
2.3拱桥上部结构常见病害分析
拱桥上部结构的各种常见缺陷及产生原因叙述如下。
2.3.1拱桥裂缝及其成因分析
2.3.1.1拱桥的简介，分类及改造方法
（一）、概论
1、拱桥
拱式体系的主要承重结构是拱肋（拱圈），在竖向何在作用下，拱圈主要承受压力，但也承受弯矩，可采用抗压能力强的圬工材料来修建。
墩台除受竖向压力和弯矩外，还承受水平推。
2、拱桥的主要组成
拱桥由上部结构和下部结构组成。
（1）拱桥的上部结构
拱桥的上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。
拱圈是拱桥的主要承重结构。
由于拱圈呈曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的结构或填充物，以使车辆能在平顺的桥面上行驶。
桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。
（2）拱桥的下部结构
拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传至地基并于两岸路堤相连接。
（二）、拱桥的分类
1、按拱圈横截面形式分类
（1）、板式拱桥
主拱圈采用矩形实体截面是圬工拱桥的基本形式。
由于它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。
但由于在相同截面积的条件下，实体矩行截面比其他形式截面的截面抵抗矩小，如果为了获得较大的截面抵抗矩，必须增大截面尺寸，这就相应增加了材料用量和结构自重，从而更进一步加重了下部结构的负担，这是不经济的，所以通常只在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形式。
（2）、肋拱桥
在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋与肋之间用横系梁连接。
这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，以节省较多的材料，从而大大地减小拱桥的自重，因此多用于较大跨径的拱桥。
（3）双曲拱桥
这种拱桥的主拱圈截面是由一个或数个小拱组成的,由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形,故称为双曲拱桥。
由于双曲拱桥的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大的多，因此可以节省材料。
加上具有装配式桥梁的特点，适合于工业化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点。
（4）箱形拱
箱形截面拱圈的拱桥，外形与板拱相似，由于截面挖孔，使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多，所以能够节省材料，多余大跨径桥则效果更为显著。
的别适用于无支架施工。
但由于箱形截面施工制作较复杂，一般情况下，跨径在50米以上的拱桥采用箱形截面才是适合的。
2、按建筑材料分类
可分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢拱桥。
3、按拱上建筑形式分类
（1）、实腹式拱桥，其构造比较简单，施工方便，但自重大，长用于跨径20米以下的拱桥。
（2）空腹式拱桥
其圬工体积小，桥形美观，还可以增大泄洪能力，但施工不如实腹式拱桥简单，常用于跨径25米以上的拱桥。
4、按拱圈采用拱轴线形式分类
可分为圆弧拱、悬链线拱和抛物线拱。
从施工方面看，圆弧拱比悬链线拱简单。
从力学性能方面看，悬链线拱比圆弧拱好。
大跨径桥为了改善受力，可以采用高次抛物线。
5、按静力体系分类
（1）、三铰拱
三铰拱属于静定结构。
温度变化、混凝土收缩、支座沉陷等原因引起的变形不会在拱圈内产生附加内力。
所以地基条件很差或寒冷地区修建拱桥时可以采用三铰拱。
但是由于铰的存在，使其构造复杂，施工困难，而且降低了整体刚度，尤其是减小了抗震的能力，因此主拱圈不采用三铰拱。
三铰拱长用于空腹式拱上建筑的腹拱圈。
（2）、无铰拱
无铰拱属于三次超静定结构。
在自重及外荷载作用下，由于拱的内力分布比三铰拱均匀，所以它的材料用量较三铰拱省。
又由于没有设铰，使结构的整体结构刚度大，而且构造简单，施工方便，因此在实际中使用广泛。
由于无铰拱的超静定次数高，温度变化、材料收缩、特别是墩台位移会在拱内产生较大的附加内力，所以无铰拱一般适宜修建在地基良好的条件下。
但随着跨径的增大，附加力的影响也相对的减小，因此钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要类型之一。
（3）两铰拱
两铰拱为一次超静定结构。
它的特点介于三铰拱和无铰拱之间。
由于取消了跨中铰，使结构整体刚度较三铰拱较大。
在因地基条件较差，不宜修建无铰拱时，可考虑采用两铰拱。
（三）、目前桥梁加固改造的技术途径
桥梁加固一般是指：
通过对构件的补强和结构性能改善，以恢复或提高现有桥梁的承载能力，延长使用寿命，适应现代交通运输的要求。
目前，国内外对桥梁进行加固改造的技术途径主要有以下五种。
1、加强薄弱构件
在桥梁上，对于有严重缺陷的部位，或者因要通行重型车辆而不能满足承载要求的部位，如桥梁的跨中部位、支座部位、承受负弯矩的部位；
以及变截面处等，采取加强措施，进行补强。
在桥梁结构中，特别要注意的是：
桥梁的薄弱处一般在受拉区范围内，受压区的情况则比较少。
所以对于薄弱处补强方法往往采用粘贴钢板、碳纤维，增大主梁截面积的方法。
2、增加辅助构件
在桥梁承载力不足或因为某种原因导致桥梁遭受破损时，可以在原有的结构上增加新的受力构件，如：
增设横隔板、更换支座等。
3、改变结构体系
根据桥梁的实际情况，简支梁改为连续梁桥;
单跨改为多跨结构;
增加支点等,通过这些手段达到改善结构薄弱处的受力状态,提高整体桥梁的承载能力。
4、减轻恒载
减轻桥梁上部结构的恒载，改善原桥梁的受力状态，提高桥梁的承载能力，特别是在桥梁基础承载力受到限制，不能满足加固上部结构和提高活载承载力时，通过减轻桥梁恒载的办法来承受活载的能力，乃一种经济有效的措施，如：
将较厚的素混凝土桥面凿除，然后浇筑较薄的钢筋混凝土桥面。
5、加固桥墩、台及桩基础
在桥梁结构中，有相当一些缺陷是由桥梁墩、台及基础引起的，因此，需要从其着手进行加固处理。
通常采用的办法是：
用钢筋混凝土套箍并施加外部预应力加固墩身。
对于基础加固措施，常采用加桩法和扩大基础法进行处理。
（四）、拱桥加固的基本要求
从某种意义来讲，旧桥加固的难度甚至超过了新建桥，因此，对现有桥梁加固改造需要提出以下基本要求。
加固改造技术可靠，耐久性使用要求。
加固费用省，经济效益高（与新建造一座桥梁相比）。
设备简单，施工方便。
尽量不中断交通或少中断交通。
加固改造的材料性能好，养护工作量少。
尽量减少对原桥梁结构的损伤。
2.3.1.2拱桥下部结构的病害处理及加固
一、桥梁下部结构存在的主要缺陷和病害
桥梁下部结构包括：
墩台和基础，他们直接承受桥梁上部结构的荷载，并将荷载传递给地基的受力结构。
（一）、桥梁基础存在的问题
桥梁基础分为浅基础和深基础两类：
浅基础可分为刚性扩大基础、单独和联合基础、条形基础；
深基础可分为桩基础、沉井基础、混合基础。
拱桥基础大多为浅基础。
1、基础沉降和不均匀沉降
浅基础由于埋设浅、结构简单、施工方便、造价低，是建筑物最常见的基础形式。
在地基压密或软土地基上的桥梁，往往出现沉降，的别是不均匀沉降，对桥梁结构产生及大的危害。
2、基础划移和倾斜
（1）、基础由于经常受到洪水冲刷而发生滑移，一般与洪水冲刷深度有
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