桥梁上部结构常见病害成因及加固方法大全（上）-陕西省交通运输厅

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桥梁上部结构常见病害成因及加固方法大全（上）

时间：2016-01-06

来源：加固技术

    以钢筋混凝土或预应力混凝土材料修建的各类桥梁占我国现役桥梁的绝大多数，由于各种原因，使用多年后，或多或少都出现一些病害，特别是近些年来许多地区交通流量增大及重车增多，桥梁出现的病害较多，相当一部分桥梁已到了不得不加固或者是不加固不让人放心的地步，前者得限制交通或者中断交通，拨专项资金抢修。
    后者虽不必限制交通，但数量甚多，管养单位也在设法筹集资金，以尽快动工加固。以下所述的桥梁常见病害，主要指直接影响到结构承载能力，属结构受力性并需要加固的各种病害，而对于只需要作正常养护维修的非结构受力性缺陷或病害较少涉及。
    对于裂缝宽度的限制值，采用《公路桥涵养护规范》JTG H11-2004的表3.5.2－4及《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003的表5.4.2所规定的恒载裂缝宽度限制值，缝宽小于规范要求的，采用涂刷环氧胶封闭。缝宽大于规范要求的，若是非结构受力裂缝，则采用压力灌缝处理，若是结构受力裂缝，则不仅要治标，还要治本，采用各种加固方法来消除或部分消除裂缝产生的原因。

    简支板桥是小跨径桥梁常用的结构型式，钢筋混凝土板桥的跨径常为5～13米，有空心板和实心板，施工方法有预制装配和整体现浇。预应力板桥的跨径常为10～20米，一般为空心板，预制装配的较多。
    钢筋混凝土整体现浇简支板桥
    常见的病害有：
    （1）跨中附近板底由下而上的竖向裂缝，一般有多条，静态裂缝宽度有可能超过规范限制值，图2－1，有时还伴随着跨中下挠，表明抗弯能力已不足；

图2－1 整体式板桥跨中竖向裂缝

（2）跨中附近板底纵向裂缝，一般也可能有多条，有的静态裂缝宽度也会超过规范要求，图2－2。这很可能是设计图采用了预制装配的标准图配筋，施工时却改用现浇，将单向板变成整体式双向板，改变了板的受力方式，导致板底横向配筋严重不足，在横向弯矩作用下，引起板底产生纵向裂缝。

图2－2 整体式板桥跨中段板底纵向裂缝

    钢筋混凝土及预应力混凝土预制装配简支板桥

    常见的病害有：
    （1）装配式简支板可有桥面铰接缝处出现纵向裂缝，这主要是铰接缝施工质量差，造成各板块的整体性连接差；

    （2）也可有支座脱空现象产生，由于每块板的两端各有2个支座，每跨桥都有较多支座，如果施工时支座垫石标高有误差，或预制安装时板有翘曲，或墩台有不均匀沉降都会导致部分支座脱空；
    （3）钢筋混凝土的简支板跨中附近板底有由下而上的竖向裂缝，缝宽有可能超过规定要求，或有跨中下挠，抗弯能力不足，图2－1；
    （4）板底出现纵向裂缝，预应力混凝土装配式简支板桥大多采用先张法施工，如果由于施工原因造成底板太薄，使得预应力筋周围混凝土局部应力过大，或者由于混凝土中的氯盐添加剂或者混凝土碳化造成钢筋生锈，均可能产生沿着钢筋的板底纵向裂缝；

    （5）一般的空心板在支承端附近不会出现剪切斜裂缝，但近几年来有的桥梁采用了单块宽度达1.5米甚至更大的大空心板，其实相当于小箱梁，腹板厚度不大时，边板的腹板上有可能发现斜裂缝。
    对上述各种病害可选的加固方法有：
    （1）对板底产生的纵、横向裂缝，当缝宽超过规范的限制时，均可采用粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法加固。但对解决跨中下挠的效果不好；

（2）预应力加固法，在板底锚固多根平行的预应力细钢丝，张拉后覆盖特制混凝土，图2－3，或者设转向托架后折线形布钢束张拉，预应力钢索穿过两端板中斜孔锚固于铺装层下，图2－4，

图2－3 板底锚固多根预应力钢丝

图2－4 折线形布置体外预应力索

图2－5 跨中增加支撑变简支为连续

（3）改变结构体系法，如简支板变连续板，小跨径板桥可在跨中或跨中附近增设桥墩或斜撑，图2－5，但应注意在中支点负弯矩区，应结合桥面改造，增设足够的受拉钢筋。以上两种方法对解决跨中下挠效果较好；

（4）锚喷混凝土加固法，在板底锚固钢筋网后，喷射混凝土覆盖。其实质是增加板底配筋，类似于图2－3，只不过板底增加的是普通钢筋网；

（5）对桥面铰缝处的纵向裂缝，只有通过桥面改造来解决，如增加桥面横向钢筋布置，加厚铺装层等；
（6）对板桥支座脱空现象，可采用更换，加钢垫板，楔紧等方法解决。

钢筋混凝土及预应力混凝土连续板桥一般采用实心板截面或空心板截面，大多采用现浇施工，跨径在20米以下，预应力混凝土连续板跨径偏大些，一般采用后张法，有等高度的，也有变高度的。城市桥梁中的跨线桥、人行桥应用多一些。钢筋混凝土连续板的应用更多。

    常见病害有：
    （1）筋混凝土连续板桥各跨中附近板底由下而上的多条竖向裂缝，横向有可能贯通，属弯曲裂缝，表明抗弯能力不够；
    （2）筋混凝土连续板桥各墩顶处桥面开裂，桥下渗水，一般都横向贯通，裂缝可有一条到多条，可由活荷载引起，也可由墩台不均匀沉降引起，图3－1，说明负弯矩较大，支点截面抗弯能力不足；

图3－1  连续板支点顶面和跨中底面竖向裂缝

    （3）各跨中附近板底出现纵向裂缝，类似于图2－2，要么是钢筋混凝土板底横向钢筋配置不足，要么是混凝土保护层太薄，预应力筋周围混凝土局部应力过大，或是混凝土中的添加剂等原因使钢筋生锈，导致沿钢筋产生裂缝；
    （4）跨中下挠，要么是施加的预应力不足，要么是跨中钢筋混凝土板底竖向裂缝过多过宽导致刚度降低，挠度增大。
    上述病害可选的加固方法有：
    （1）对板底裂缝，当缝宽超过规范要求时，可采用粘贴钢板或粘贴纤维复合材料法加固；

    （2）对墩顶处桥面开裂，可采用在负弯矩区的混凝土铺装层内增设受拉普通钢筋或预应力钢筋，提高支点截面抗弯能力；
    （3）预应力加固法，在板底设转向托架，按折线形布束张拉，此法对各种因受力产生的病害均有利，图3－2
    （4）改变结构体系法，如在跨中或跨中附近增设斜支撑，解决跨中下挠过大，或预应力不足，类似于图2－5，但应增强支撑截面负弯矩区的受拉钢筋。

图3－2 折线形体外预应力索加固连续板桥

    钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁是所有运营中桥梁数量最多的梁桥，其断面形式常有T形、Ⅰ字形、箱形和各种形式的组合。钢筋混凝土简支梁的跨径一般在10～20米，预应力混凝土简支梁跨径一般在16～50米，少量有更大的。施工方式大多采用预制装配，少量采用现浇施工。由于呈肋板形截面，自重轻抗弯能力及跨径比板桥大，病害种类也要多些。
     钢筋混凝土简支梁桥
    常见病害有：
    （1）跨中附近梁底由下而上的竖向弯曲裂缝，数量随跨径增大而增多，恒载裂缝宽度有可能超过规范限制值，有的还伴有跨中下挠过大；

（2）两支承端附近腹板上的斜向裂缝系主拉应力过大或腹板抗剪不足等引起的剪切病害，图4－1；

图4－1 简支梁跨中梁底竖向裂缝及支承端附近腹板斜裂缝
    （3）梁腹板上的竖向裂缝，多位于薄腹板的中部，中间宽两头细，未向上、向下延伸，多系混凝土养护差、或温度、或腹板上的水平筋太少等原因所致的收缩裂缝，主要影响结构的耐久性；
    （4）桥面上沿翼缘板接缝处的纵向裂缝，较多发生在预制装配T梁桥翼缘采用铰接或横向联系受损较大的装配式简支梁桥。此种病害会造成恶性循环，加重单片梁的其他病害程度；
    （5）其他施工原因产生的裂缝，这些裂缝在工程竣工前就能发现。
    钢筋混凝土简支梁桥
    如果是按部分预应力混凝土B类构件设计的简支梁，钢筋混凝土简支梁有的病害它都可能有，只是程度不同而已，不再复述。但也与全预应力混凝土简支梁有一些共同的病害。对于全预应力及部分预应力混凝土A类构件正常使用条件下不允许出现裂缝，如果出现，不论缝宽大小都应找出原因进行处理或加固。
    预应力混凝土简支梁不同于钢筋混凝土简支梁的其他常见病害：
    （1）张拉锚具的锚下纵向裂缝，长度一般不超过梁高，主要为锚下局部应力集中产生的劈裂拉力所致；

（2）沿预应力钢束的纵向裂缝，主要为预应力钢束保护层过薄，钢束处局部应力过大产生劈裂或是混凝土保护层碳化后预应力筋生锈所致；

（3）跨中下挠过大超过规范容许值，跨中截面不一定开裂。主要为施加预应力不足或预应力损失过大所致。
上述各种病害可选的加固方法有：

（1）对梁底弯曲裂缝和沿预应力筋的纵向裂缝可采用粘贴钢板、粘贴纤维复合材料的方法加固，也可采用增大截面法加固，增加铺装层厚度，加大截面受压区面积对提高抗弯强度和刚度有利，但增加高度有限，同时也增加自重，如果增加梁底截面高度，实际上是增加配筋；

（2）对于腹板上的斜裂缝，可在与裂缝反向并近似与水平线成45°，即大致正交于斜裂缝的方向粘贴钢板或纤维复合材料，对梁高度矮，钢板或纤维锚固长度不足时，可粘贴成U形箍和加压条的形式，图4－2；

4－2 粘贴钢板或纤维复合材料进行抗弯及抗剪加固

    （3）对于腹板上的收缩裂缝和锚固区的裂缝，视缝宽大小采用环氧胶封闭或灌缝处理；

    （4）对桥面纵向裂缝，可结合铺装层改造增加厚度和横向配筋，或者增加或者加大横隔板；

    （5）上述各种因受力引起的病害，均可采用体外预应力加固法，具体的做法有多种，如图4－3示意。此法的设计、施工复杂，但效果较好；

图4－3 体外预应力索加固简支梁

（6）对病害较多，较重的某一单片梁，条件许可时，可割开横向联系更换增大刚度后的新梁，同时减少其它梁的荷载分布。多数情况下边梁病害较重，图4－4。

图4－4 更换新梁并改善荷载横向分布

连续梁桥及悬臂梁桥的截面形式常有T形、I形和箱形，跨径30米以上的大多采用箱形，并采用变高度的不等跨梁，等高度的钢筋混凝土连续梁一般跨径在30米以下，变高度的钢筋混凝土连续梁或悬臂梁一般跨径在50米以下，跨经偏大仍采用钢筋混凝土材料的此类桥梁比较费材料，而且桥面负弯矩区易出现横向裂缝。
等高度的预应力混凝土连续梁一般跨径在60米以下，而变高度的预应力混凝土悬臂梁跨径大多100米以下，但100米以上也是常有的，连续梁跨径大多在200米以下，但200米以上也是常有的。这类桥梁在跨越障碍物或城市立交桥中较多采用，不论跨径大小均容易出现各种病害。

    常见病害有：
    钢筋混凝土及预应力混凝土悬臂梁
    （1）悬臂梁牛腿端下挠过大，常有墩顶桥面开裂。主要是悬臂部分刚度不够，尺寸偏小，超重车影响，或者是纵向预应力损失较大，施工质量差等造成；

（2）悬臂梁牛腿处局部裂缝，图5－1，原因主要是配筋不足，高度偏小，温度影响或者是挂梁与牛腿连接不顺，形成跳车，局部冲击过大等所致。

图5－1 牛腿处局部裂缝

（3）如果悬臂梁的锚固孔跨径过大，在尺寸偏小或配筋不足时，很有可能出现跨中下挠或跨中梁底竖向裂缝；
（4）预应力筋锚固齿板后的斜向裂缝，这是所有预应力箱梁可能出现的病害，图5－2，主要是齿板附近应力集中过大，普通钢筋配置偏少、预应力束锚固过于集中等引起；

图5－2 锚固齿板后开裂

（5）箱梁顶、底板纵向裂缝，图5－3，主要是顶、底板横向弯矩过大，无横向预应力、箱梁横向弯曲空间效应、板厚偏小，横向配筋不足，箱梁内外温差过大产生温度应力等原因所致；

图5－3 箱梁顶、底板纵向裂缝

    （6）箱梁顶、底板梗腋处的纵向裂缝，顶板梗腋处主要是该处有大量预应力纵向钢束通过，局部应力过大，或者是箱梁的正剪力滞效应考虑不足，或者是偏心荷载下箱梁畸变扭转引起腹板上下端局部应力过大等所致；
    （7）箱梁腹板中部的竖向裂缝，常发生在脱模2～3天内，上下没有延伸，施加预应力后大多会闭合，这主要与混凝土收缩或箱梁内外温差或腹板水平筋不足，或混凝土混合料质量有关；
    （8）箱梁腹板上的斜裂缝，如图5－4，一般发生在墩台支承点至反弯点间的梁段上，属剪切裂缝，产生原因比较复杂，主要有纵向或竖向预应力不足，或损失过大，箱梁内外温差过大，箱梁的抗弯或抗扭刚度不足，偏心荷载下箱梁畸变应力过大，腹板厚度偏小，剪力滞效应影响，非预应力钢筋配置不足，混凝土混合料及添加剂影响，施工不当，纵向预应力束直线形布置，跨径布置不合理等原因引起；

图5－4 箱梁腹板上斜向开裂

（9）箱梁腹板上的水平裂缝，图5－5，主要由箱梁横向弯曲空间效应与内外温差应力使腹板内侧或外侧产生较大的竖向应力、箱梁横向刚度不足，畸变应力影响，竖向预应力不足等原因引起；

图5－5 箱梁腹板上水平裂缝

（10）悬臂施工时各分段接缝或合拢段接缝出现裂缝，多由于施工接头处理不好，成为薄弱截面，在纵向弯矩、混凝土收缩或较大温差应力等作用下开裂，或者由于预制拼装接缝不密实，桥面开裂后，接缝渗水、钢筋锈蚀等。
（11）在箱梁较宽时，也容易出现横隔板或横梁跨中产生竖向裂缝，图5－6，这主要是横隔板或横梁中施加的横向预应力不足或损失过大，或箱梁抗扭能力差等引起。

图5－6 横隔板局部裂缝
    钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁
    （1）跨中下挠过大，往往伴随着跨中梁底横向开裂，墩顶处桥面开裂或腹板斜裂缝，主要原因是抗弯刚度不够，如梁高偏矮，腹板偏薄，纵向预应力不足或损失过大等原因造成。
    其他病害与钢筋混凝土及预应力混凝土悬臂梁的（4）～（11）相同。

上述各种病害可选的加固方法有：

（1）对于悬臂梁牛腿端下挠过大，最有效的方法是补加预应力，利用变高度梁的特点，在铺装层中布置通长无粘结预应力索，锚固在牛腿上，铺装层与箱梁顶板间应通过植入大量锚筋传递桥面预应力，图5－7，单箱多室截面并有足够箱高时，可在中腹板顶部两侧布置通长体外束，锚固在腹板上，图5－8，但均要注意对锚固孔的影响。

图5－7 悬臂梁负弯矩区铺装层中布置预应力索

图5－8 悬臂梁负弯矩区中腹板两侧布置体外预应力索

（2）对于牛腿处裂缝，常在两侧粘贴块形钢板或钢板条，图1.5－9。如果箱内牛腿处能进人操作，可考虑从外面钻斜孔后穿预应力筋张拉锚固，图5－10；

图5－9 牛腿两侧贴块形钢板

图5－10 牛腿处钻孔设预应力锚筋

（3）对连续梁跨中和悬臂梁锚固孔跨中下挠过大，最有效的方法是体外预应力加固，利用变高度梁的特点，在箱内腹板两侧布置直线形或折线形体外预应力束加固，图5－11和图5－12，对等高度连续梁宜采用折线形布束加固，图5－13

图5－11 变高度连续梁箱内布置直线形体外预应力索

（4）对预应力锚固齿板附近的裂缝一般采用灌缝后粘贴薄钢板或碳纤维等复合材料加固；

图5－12 变高度连续箱梁内布置折线形体外预应力索

5－13 等高度连续箱梁内布置折线形体外预应力索

    （5）墩顶处桥面横向裂缝，可采用凿除铺装层混凝土，在顶板面增设纵向普通受拉钢筋或无粘结预应力筋，预应力钢束锚固在现浇层中，类似于图5－7。或在箱内腹板两侧的截面重心轴以上设体外预应力索加固，类似于图5－8；
    （6）对连续梁跨中梁底横向裂缝，或分段接头横向裂缝，常采用纵向粘贴钢板或碳纤维等复合材料加固；或采用体外预应力索加固。对于分段拼装接头裂缝，若属于非受力引起，只需灌胶封闭即可；
    （7）对箱梁顶、底板纵向裂缝，常采用横向粘贴钢板或其它纤维复合材料或增设横向联系等方法加固。如果顶板底面纵向开裂，主要是因顶板横向跨度过大，又未设横向预应力所致，可考虑在顶板上面的铺装层中增设横向预应力筋，如图5－14，并在铺装层与顶板间植入大量锚筋来传递桥面预应力；
    （8）对箱梁顶、底板梗腋处的纵向裂缝及腹板竖向裂缝，可采用封闭、灌缝或粘贴纤维复合材料加固；

图5－14 箱梁顶面铺装层中增设横向预应力筋

    （9）对腹板上的斜裂缝，可采用在腹板上粘贴钢板或纤维复合材料，类似于图4－2所示。或适当增加腹板厚度，或在纵向或竖向施加预应力等方法加固；
    （10）对腹板上的水平裂缝，可采用在腹板上粘贴竖向钢板或纤维复合材料，
或增加横向联系，如增设横隔板等，或施加竖向预应力加固；
    （11）对箱梁内的横隔板或横梁跨中竖向开裂，可在横隔板两侧补加横向体外预应力，并穿出箱壁锚固，图5－15。或增设横隔板，增强抗横向弯曲及扭转的能力。

图5－15 横隔板两侧布置体外预应力索平面示意图

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