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1、 公路桥梁病害诊断 与养护技术报告人：相宏伟单位：河北省交通规划设计院-试验检测室联系方式：134003138352015年12月主要内容第一部分公路桥梁概述第三部分桥梁加固养护技术第二部分桥梁典型病害与成因分析第一部分 公路桥梁概述我国公路桥梁概况截止到2014年底，中国公路桥梁达75.71万座 、4257.89万米，比上年末增加2.18万座、280万延 米。其中，特大桥梁3404座、610.54万米，大桥 72979座、1863.01万米。河北省高速公路桥梁概况 公路桥梁分类桥梁组成构件 上部结构桥面铺装、排水、护栏、照明 伸缩缝、桥头搭板、标志标线下部结构桥面系承重结构支座桥墩台基础锥坡
2、翼墙主梁、横隔板、拱圈、索塔、吊杆、 主缆、拉索等主梁、横隔板、拱圈、索塔、吊杆、 主缆、拉索等板式橡胶支座、盆式橡胶支座、 钢支座等板式橡胶支座、盆式橡胶支座、 钢支座等重力式墩台、轻型墩台、肋板台、 柱式墩台、Y型墩等扩大基础、桩基础、沉井基础等桥梁理论与工程经验工程经验科学统计分析 假设条件工程理论指导工程 并检验理论可靠度安全系数耐久性与安全耐久性结构在正常使用和维护条件下，随时间 的延续仍能满足预定功能要求的能力。 安全性结构在正常施工和正常使用条件下, 承受可能出现的各种作用的能力, 以及在偶然事件发生时和发生后, 仍保持必要的整体稳定性的能力. 04规范设计原则技术先进、安全可靠
3、、适用耐久、经济合理。 新版规范设计原则安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理、 环保节能。耐久性与安全桥梁耐久性表观混凝土破损、退化、裂缝、钢筋锈蚀等 桥梁安全性表观桥梁受力结构塑性变形、承载能力严重 不足，结构不稳定，结构存在其它安全隐患 耐久性与安全不耐久的结构不是安全结构。 桥梁在保证安全的前提下重视耐久性问题。 公路桥梁养护安全行车安全结构安全养护人员安全交通组织方案设计方案安全防护措施公路桥梁养护方便快捷功能齐全高效的养护设备成型快、质量好的养护材料经验丰富操作熟练的工人合理的设计方案公路桥梁养护精细化标准化、系统化的操作手段科学、精细的养护管理制度公路桥梁养护创新新设备、新工艺、
4、新材料新的管理制度环保、和谐、可持续发展公路桥梁养护发展方向3、预防性养护时机决策制度4、桥梁全寿命周期分析与决策2、桥梁整体快速置换技术1、快速修复养护设备和材料5、工程材料再生技术第二部分 桥梁典型病害与成因分析混凝土桥梁病害主要表现形式裂缝塑性变形材料缺损虽然裂缝在规范里是作为正常使用状态中耐久性来评价，但结构损坏乃致倒塌往往是从裂缝的扩展开始的，由安全状态随着时间的延伸而逐渐转化为不安全状态，因此结构耐久性问题实质也是安全问题，必须引起重视。裂缝病害分类荷载裂缝、结构裂缝、受力裂缝非荷载、非结构、非受力裂缝材料缺损（1）目测：裂缝界面、走向、部位、裂缝宽度。 为了清楚判断裂缝形态，一般
5、要求眼睛到裂缝的最佳距离为30cm左右。 裂缝的检查方法（2）裂缝的标示：在裂缝边约35mm处用粉笔或记号笔或毛笔勾画线， 以示醒目和照相记录。裂缝的检查方法（4）用手触摸裂缝裂缝的检查方法裂缝两侧无高差裂缝两侧有高差（5）、观察裂缝处颜色1） 裂缝处有白浆渗出2） 裂缝处有其它颜色粘液渗出（如铁锈色姜黄色等）3） 钟乳液 （6）、用手指或布擦拭，观察和指感1） 用手指或布容易擦掉不留痕迹2） 用手指或布容易擦不掉仍留痕迹3） 指感： 粘感 不粘感 （7）、 裂缝真伪判别观察裂缝：远望，但不够，只有靠近观察才能确定关键：界面分析和部位分析裂缝的检查方法界面分析裂缝的检查方法界面清晰界面模糊，主
6、要为 漏浆所致界面分析裂缝的检查方法无界面，表面凹凸不平，主要为模板制作不平整（8）裂缝宽度的检测裂缝的检查方法裂缝宽度真伪辨别裂缝宽度应指主筋重心部 位的裂缝宽度。（9）在裂缝部位用小锤敲击在裂缝部位用小锤敲击若声响轻脆，则内部未起壳，估计内部没有胀裂现象产生。若声响沉闷和明显起壳声，则 内部有胀裂现象产生。（10） 裂缝宽度检测仪器1) 2040倍刻度放大镜 2) 裂缝宽度对比卡3) 游标卡尺（测量裂缝宽度变化值）裂缝的检查方法裂缝的检查方法裂缝调查口诀一：看看裂缝走向、部位、测量裂缝宽。二：摸摸裂缝两侧高差。三：敲敲裂缝两侧混凝土，听声响。四：分析分析裂缝性质和产生原因。1）混凝土组成：
7、粗骨料（石子）细骨料（砂砾）胶结料：水泥水水化水泥凝胶体水泥石2）混凝土收缩实为水泥石收缩，有三种原因： 化学收缩水化过程中体积缩小 物理收缩自由水蒸发、干燥引起体积缩小 碳化收缩空气中CO2与混凝土中Ca(OH)2发生化学反应 ，产生CaCO3析出水分蒸发，促使体积缩小。混凝土收缩原理混凝土中钢筋产生锈蚀后，由于锈皮会吸湿产生化学反 应而膨胀，其体积将增大24倍，从而胀裂混凝土保护层。钢筋在大气中锈蚀的电化学性质。大气中有氧和湿气存在时，在钢筋表面形成许许多的微电 池，即出现许多阳极区和阴极区。在阳极区铁被锈蚀，其反 应式为：FeFe2+2e (1)在阴极区是氧和水吸取电子的过程：1/2O2
8、+H2O+2e2(OH) (2)阴阳极共同反应的结果是：Fe+1/2O2+H20Fe(OH)2 (3)钢筋锈蚀原理（1）混凝土保护层碳化钢筋混凝土保护层起保护钢筋作用的机理是因为混凝土保 护层具有弱碱性，与钢筋表面产生一层钝化膜（Fe3O4或 Fe3O3） ，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性保护。但混凝土与空气中的二氧化碳CO2由水通过毛细孔与混凝土中 氢氧化钙起作用（化学反应）Ca(OH)2 CO2=CaCO3 H2O转 化为中性的碳酸钙和水使这部分混凝土由碱性变成中性，也即PH 值由原来的13降低到810，这就是混凝土碳化，当保护层全被碳 化，也就是失去碱性保护，在钢筋表面不能继续生成钝化膜
9、，当 外界有腐蚀物质时，通过毛细孔渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀 裂混凝土保护层。钢筋锈蚀主要原因（2）氯离子锓蚀引起锈蚀氯离子（Cl-1）存在于盐中，如Nacl（ 氯化纳）、Cacl2（氯化钙），当中含有 氯离子（Cl-1）时，混凝土碱度虽然较高 ，钢筋周围的混凝土尚未碳化，此时钢 筋也会出现锈蚀，这是因为氯离子半径 小，活性大，具有很强穿透钝化膜的能 力，氯离子首先吸附在钝化膜有缺陷处 ，使氢氧化铁反应成易溶的氯化铁，使 钝化膜局部破坏，产生坑蚀。（3）混凝土破损引起钢筋锈蚀混凝土破损，钢筋外露，与水分及氧气直接接触引起钢筋锈蚀 。1、骨料膨胀病害有三类：第一类：碱-硅反应骨料中微晶氧化硅与
10、混凝土中的碱溶液反 应，生成硅酸盐，遇水膨胀。第二类：碱-硅酸盐反应骨料中的活性硅酸盐与混凝土中的碱 性物质反应，引起缓慢的碱性膨胀。第三类：碱-碳酸盐反应主要是碳酸镁与混凝土中的碱性物质 反应生成氢氧化镁，体积膨胀。 骨料膨胀病害的进展是由表及里的，这是与外界潮气由表面通过 毛细孔逐渐渗入有关。混凝土碱骨料反应原理2、其中发生所谓“碱骨料反应”产生的条件有三点： 1）混凝土骨料中含有一定量的碱活性物质，例如白 云石、蛋白石、玻璃质二氧化硅，结晶不完整的二氧化硅 矿物等，当含量大于5时，对混凝土构件可能会产生损 害； 2）混凝土中碱含量超过一定量（一般控制在3kg/m3之内）； 3）水。前两点
11、是发生“碱骨料反应”的必要条件，后一点水是充分 条件。上述两类骨料膨胀后体积可达原体积的24倍，相当可观。 一般产生这类病害是在结构竣工数年（一般在五年后）后发现。3、危害性这类材料自损现象危害很大，当在一处首先发现这类病害 时，应把它当作一个信号，很可能在其它部位也会相继出现 。 骨料膨胀病害的危害性：1）骨料膨胀裂缝后使截面削弱。2）裂缝处易渗水，锈蚀钢筋。3）受压区因骨料膨胀而损坏，达到一定程度后，可能会出 现受压突然破坏。4）梁端因骨料膨胀而损坏，有可能产生斜压破坏形态。综上所述，对骨料膨胀病害必须予以重视。桥面铺装病害桥面铺装要抵抗车辆的冲击而产生磨耗和剪切变形，防止雨水、 日照等气
12、候作用；防止洒落的化学物质对桥面板的腐蚀，防止其它重 物直接冲击，并保护桥梁，防止老化，延长使用寿命。桥面铺装一般 要求具有一定的强度，以防开裂，并且要有一定的耐磨性、抗滑性、 防水性和稳定性。 桥面铺装病害主要形式为：坑槽、车辙、裂缝等。车辙 坑槽网状裂缝桥面排水引起的病害“单板受力”病害当重型车辆通过“单板受力”梁板时产生明显的弹性下挠，使其与两侧板上下错动后，形成台阶。当重车通过后，这种错动消除，又恢复原状。“单板受力”致使桥梁上部构造整体受力体系受到严重的削弱。 发生病害的板式桥梁一般铰缝混凝土被剪坏，并逐步松散脱落。由于车轮冲击疲劳作用，桥面行车道沥青面层普遍存在车辙和纵向贯通裂缝，
13、纵向裂缝有规律性的分布在行车道铰缝上方，严重时形成一条破碎带。具体单板受力病害见如下图片。 空心板“单板受力”病害成因分析设计中没有过多考虑铰缝混凝土自身收缩作用，没有足够重视新旧混凝土间粘结力弱化作用。 铰缝钢筋布置太少，顶板连接钢板抗力不足。铰缝设计理论不够完善，难以真实体现梁板间实际受力状况。从荷载横向分布理论可知，设计理论是按铰接形式对单个荷载进行横向分配的，实际受力介于铰接与刚接之间，制约因素与铰缝的断面形式和施工质量有关。 铰缝混凝土振捣不密实，粘结强度不够。空心板预制时两侧未认真凿毛，新旧混凝土之间粘结和抗剪能力较差。运营中超载车辆过多、吨位过大，致使空心板间铰缝受力过大产生破损
14、。桥面裂缝未及时处理，使雨水等侵蚀物进入破损的桥面板，进而进入铰缝，使铰缝混凝土受水侵蚀破坏。伸缩缝装置是桥梁结构的重要构件，理想的伸缩缝装置必须满足上部结构梁与 梁之间和梁与台之间的位移；伸缩缝装置的锚固是牢固可靠、经久耐用的，能够抵 抗机械磨损、碰撞；车辆行驶平稳、舒适；能防止雨水和垃圾渗入；安装方便、简 单，易检查且便于养路工操作。伸缩缝病害梳齿板伸缩缝该伸缩缝由两块设置成梳齿构造的 金属面层板构成，板的端部可用预 应力锚栓、普通锚栓或螺栓与梁体 相连。它是利用连接在相邻两个梁 端的梳形钢板的梳齿张和来满足桥 面伸缩的要求。这种伸缩缝行驶性 能好，适应好，但造价相对较高， 制造难度大，防
15、水效果较差等缺点 。模数式伸缩缝伸缩装置采用连杆链条式 的连动机构，伸缩均匀性 较好，由边梁、中梁、横 梁、位移控制系统、密封 橡胶带等构件组成。 伸缩量过大，橡胶条被拉裂 或拉出； 橡胶条老化、脱落； 中梁型钢断裂或焊接部位开 焊，出现晃动、噪声； 伸缩均匀性差，甚至失灵； 锚固区混凝土开裂、破碎， 出现局部或整体性破坏； 伸缩缝安装标高与两侧路面 标高有差异，引起伸缩缝处跳 车； 伸缩缝本身变形或锚固钢筋 脱落等造成早期破坏。模数式伸缩缝缩缝异型钢钢断裂 伸缩缝连缩缝连 杆断裂伸缩缝锚缩缝锚 固区混凝土破损损 伸缩缝缩缝拉伸过过 大伸缩缝主要病害1设计方面的原因： （1）设计时梁端部未能慎
16、重考虑。在反复荷载作用下，梁端破损引起伸缩装置失灵。有些桥梁结构，桥面板端部刚度不足，当桥面板受到汽车荷载作用时，因翼板较薄，横向联系较弱，导致桥面板反复变形过大； （2）伸缩量计算不准确，没有考虑到伸缩装置安装时的实际温度对伸缩装置的影响，伸缩装置本身无法或很难调整初始位移量； （3）一些设计是将伸缩装置的锚固件置于桥面铺装层中，与主梁（板）连接的部分很少，而且力的分布不容易传递，微小的变形可能演变成大的位移，最终导致砼粘结力的失效； （4）设计上未严格规定伸缩装置两侧的后浇砼和铺装层材料的选择、配合比、密实度和强度，产生不同程度的破坏，致使伸缩装置营运质量下降。 病害成因分析2施工方面的原因： （1）对桥梁伸缩装置施工工艺重视不够，未能严格掌握施工工艺和标准，未按安装
