城市軌道交通橋隧維修與養(yǎng)護 課件 2.1橋梁常見病害

城市軌道交通橋隧維修與養(yǎng)護橋梁常見病害CommondiseasesofbridgeCONTENTS目錄支座的病害及成因Diseasesandcausesofbearings伸縮裝置的病害及成因Diseasesandcausesofexpansiondevices水泥混凝土橋面鋪裝的病害及成因Diseasesandcausesofcementconcretebridgedeckpavement混凝土梁的病害及成因Diseasesandcausesofconcretebeams伸縮裝置的病害及成因Diseasesandcausesofexpansiondevices1水泥混凝土橋面鋪裝的病害及成因鋪裝層表面不平表面龜裂橋面裂縫…水泥混凝土橋面鋪裝的病害及成因

溫度應力和荷載應力超過混凝土的抗拉強度，水泥混凝土橋面板就會產生裂斷。此外，由于交通荷載和復雜的環(huán)境等因素作用，橋面板亦存在表面坑槽、起沙、平整度不良等缺陷。鋪裝裂斷則指在施工期間由于混凝土的初期收縮受到阻礙而產生的拉應力超過了混凝土的抗拉強度而引起的橫向裂縫，以及由于板塊尺寸過大所產生的溫度翹曲應力超過了混凝土的抗彎強度而引起的橫向裂縫。

表一水泥混凝土橋面鋪裝表面損傷水泥混凝土橋面鋪裝的病害及成因2伸縮縫病害及成因設計原因施工原因外部原因養(yǎng)護原因伸縮縫的病害及成因

設計原因：橋面板端部剛度不足；伸縮裝置本身剛度不足；伸縮縫裝置錨固構件的強度不夠；伸縮縫伸縮計算量錯誤；后澆筑材料選擇有誤；較大跨度橋梁或斜、彎橋梁的伸縮縫結構形式、固定方式與梁不吻合

施工原因：橋面板間伸縮間距的施工誤差；伸縮縫裝置安裝質量不好；后澆筑材料施工質量不良；橋面板施工質量不好；伸縮縫安裝時坑槽處理、清洗不徹底伸縮縫的病害及成因

外部原因：車輪荷載反復的沖擊作用；交通量増加、車輛荷載增大；伸縮縫本身材料的老化及后澆筑材料老化；接頭前、后橋面凹凸不平；支座、橋墩異常；火災、地震等異常事態(tài)的發(fā)生養(yǎng)護原因：沒有經常清除縫內的垃圾，養(yǎng)護不及時伸縮縫的病害及成因

鋅鐵皮伸縮縫：①軟性防水材料如瀝青砂或聚氯乙烯膠泥等老化、脫落；②伸縮縫凹槽填入其他硬物，不能自由變形；③鋅鐵皮上壓填的鋪裝層如水泥混凝土或瀝青混凝土等斷裂、剝離；④伸縮縫上后鋪壓填部分發(fā)生沉陷，高低不平；⑤由于墩臺下沉，出現異常的伸縮，車輛行駛時出現沖擊及噪聲。伸縮縫的病害及成因

鋼板伸縮縫:①角鋼與鋼筋混凝土錨固不牢，使鋼板松動，在車輛行駛時受到沖擊振動，更加速了它的破損；②縫內塞進石塊或鐵夾物，使伸縮縫接頭活動異常，不能自由變形；③排水管發(fā)生破壞損壞或被土砂堵塞；④表面鋼板焊接部位破壞損傷；⑤梳形鋼板伸縮縫在梳齒與承托板的焊接處出現裂縫，更嚴重者出現剪斷現象。伸縮縫的病害及成因

橡膠伸縮縫:①橡膠條破壞損傷；②橡膠條剝離；③在橡膠嵌條連接部位漏水；④錨固構件破損、錨固螺栓松脫；⑤伸縮縫構造部位下陷或凸出；⑥車輛行駛時不適，發(fā)生噪聲。伸縮縫的病害及成因3支座的病害及成因橋梁支座本身的病害橋梁支座墊塊板的病害橋梁支座本身的病害

各種形式的支座，其本身狀況不同，病害也不相同①鋼支座的滑動面磨耗大、不平整，鋼軸承有裂紋或切口，滾軸有偏移和下降。②支座螺母松動或螺栓脫落，支座地腳螺栓剪斷。③固定支座的固定錨栓剪斷。④活動支座不靈活或實際位移不正確。⑤鋼輥軸式支座輥軸的實際縱向位移偏大或發(fā)生橫向位移。⑥橡膠支座出現橡膠老化、變質現象，梁喪失自由伸縮能力。⑦橡膠支座縱向剪切變形或轉角位移過大，超出最大規(guī)定值，支座損壞。⑧支座脫空，尤其是板梁或異性板的橡膠支座脫空，造成脫空支座的偏移和梁體受力不均。⑨聚四氟乙烯支座或盆式橡膠支座的聚四氟乙烯板滑出支座，支座滑動干澀。

①橋梁支座的底板翹起、扭曲或者斷裂。②支座砂漿墊塊裂縫。③橋梁支座座板混凝土壓壞、剝離、掉角等。橋梁支座本身的病害

設計時缺乏足夠的考慮：形式的選定與布置錯誤；材料選定錯誤，或者施工沒有按要求執(zhí)行；支座邊緣距離不夠；支座支承墊塊加強鋼筋不足；對螺栓、螺母等的脫離估計不夠施工制作時不完備:鑄件等材料質量較差；金屬支座的油漆、防腐防銹處理不可靠；砂漿填充不可靠，或者水泥砂漿強度不足橋梁支座本身的病害

維修、養(yǎng)護、管理不善：滑動面、滾動面夾雜塵埃、異物；因防水、排水裝置的缺陷，向支座漏、溢水，使支座銹蝕；螺母、螺栓松動、脫落，又沒有及時修理其他因素:

橋臺、橋墩產生的不均勻沉陷、傾斜與水平變位以及上部結構位移，影響支座的正常使用。橋梁支座本身的病害4混凝土梁的病害及成因混凝土梁體裂縫鋼筋銹蝕混凝土梁的病害及成因

混凝土梁式橋的主要病害表現為混凝土梁體裂縫和鋼筋銹蝕?；炷恋娜毕葑钪饕氖橇芽p，同時還包括蜂窩、麻面、孔洞、露筋、剝落、白化、層析、保護層厚度不夠等表層缺陷。鋼筋銹蝕則主要是普通鋼筋銹蝕、預應力鋼筋銹蝕和預應力錨具銹蝕等。

混凝土梁式橋長期暴露在自然環(huán)境中，受各種因素的影響，病害逐步產生和發(fā)展。人為因素主要是超高車輛或船只撞擊主梁、超載造成主梁產生裂縫；自然環(huán)境中的酸性廢氣、二氧化碳、較大的濕度和的雨水等造成混凝土的退化和鋼筋的銹蝕?；炷亮旱牟『俺梢?/p>

導致混凝土梁式橋產生缺陷的原因不是單一的，而是由一個因素誘發(fā)，多個因素促進發(fā)展的過程。同時，各種病害相互影響、相互促進、共同伴生。在發(fā)現混凝土橋出現缺陷后，必須及時對缺陷進行調查研究，分析缺陷產生的原因、現狀、發(fā)展趨勢，以及橋梁遭受破壞的程度，對運營使用的影響等，以便及時采取相應措施。混凝土梁的病害及成因

鋼筋混凝土及預應力混凝土橋的各種病害表現有：①

裂縫。②

鋼筋及預應力筋銹蝕。③

混凝土剝落、剝離。④

混凝土層析。⑤

混凝土蜂窩。⑥

混凝土白化（鈣化）。⑦

保護層厚度不足。⑧

混凝土碳化。⑨

膨脹性集料反應。⑩

構件撞損。? 梁體變位與變形?；炷亮旱牟『俺梢?/p>

在上述病害現象中，裂縫及鋼筋銹蝕以目視檢測為主，其中，裂縫是導致構件失效的主要特征。檢測時，可依據裂縫類型及尺寸（結合歷史記錄的對比結果），大略了解構件退化的原因及程度。當難以用目視判斷原因時，可利用非破壞性檢測或其他方法進一步診斷。鋼筋銹蝕將造成鋼筋斷面減少、強度降低并伴隨混凝土體積膨脹，最終導致混凝土產生裂縫并將減少鋼筋與混凝土間的握裹力?；炷亮旱牟『俺梢蚧炷帘韺硬『?/p>

蜂窩：混凝土局部疏松，砂漿少，石子多，石子之間出現空隙，形成蜂窩狀孔

洞。麻面：混凝土表面局部缺漿、粗糙，或有許多小凹坑，但無鋼筋外露現象?？锥矗夯炷羶炔坑锌障?，局部沒有混凝土，蜂窩特別大的現象常發(fā)生在鋼筋密集處或預留孔洞和預埋件處。

露筋：主梁受到意外撞擊造成混凝土崩落，使得鋼筋外露。剝落：混凝土表面水泥砂漿流失，造成粗集料外露的現象，嚴重者造成粗集料松脫，一般發(fā)生在混凝土表層品質較差的部位，一般不會很深。白化:又稱為游離石灰，是由內部滲出、附在混凝土構件表面的附著物，通常為呈白色的石灰類附著物。層析:構件受氯氣或鹽水侵襲，構件內的鋼筋銹蝕體積膨脹，導致鋼筋與外層鋼筋附近的混凝土分離?；炷帘韺硬『?/p>

對于混凝土橋梁，某一缺陷在各種因素的影響下會日益惡化。例如蜂窩、麻面，由于水的滲入，出現混凝土材料惡化，引起鋼筋銹蝕。在產生鋼筋銹蝕物過程中伴隨體積膨脹，又導致混凝土表面產生銹蝕裂縫，形成惡性循環(huán)。混凝土表層病害混凝土梁式橋典型裂縫

混凝土梁式橋損傷開裂的原因復雜多樣。一是，混凝土材料退化損傷引起的裂縫，如混凝土碳化，有害物質的侵蝕，堿集料反應，鋼筋銹蝕等原因引起混凝土開裂；二是，施工過程中引起的裂縫，如混凝土水化熱產生的溫度應力，混凝土結硬過程中的收縮、干縮，支架不均勻沉降，模板變形，原材料質量及施工質量問題；三是，設計方法及構造上的不合理引起的裂縫，如結構計算內力與實際內力不符，構造設計不合理，計算荷載考慮不全面，設計與施工方法綜合考慮不周等原因；四是，使用階段引起的裂縫：由于超載運營，車輛撞擊、橋梁維護不當等原因引起混凝土的開裂。

混凝土開裂原因總結歸納如下：車輛超載而產生梁體底部彎曲開裂和剪切開裂。墩臺的不均勻沉陷所引起的裂縫。支座失效，引起梁的附加應力，由此產生裂縫?；炷潦┕ゐB(yǎng)護不善而引起的干縮開裂或層裂。水灰比和振搗不實而產生的梁體收縮裂縫。溫度變化或者凍融效應產生的裂縫。大體積混凝土澆筑時，水泥水化反應導致的自體收縮裂縫。施工接縫處混凝土齡期不同產生的裂縫。強風或地震等外在環(huán)境沖擊力導致裂縫。鋼筋銹蝕膨脹導致裂縫。預應力錨固區(qū)或牛腿部位

的局部高應力產生的裂縫。在徐變等材料本質特性的共同作用下，混凝土的拉力與剪力和鋼筋握裹力抵消

后的凈拉力或剪切作用力大于混凝土材料的抗拉力或抗剪強度所致。梁剛度不足，產生過大撓度，引起裂縫。混凝土梁式橋典型裂縫

裂縫類型可以分為結構裂縫與非結構裂縫兩種

(1)結構裂縫結構裂縫由靜荷載及活荷載所造成。結構裂縫的類型包括彎曲裂縫及剪力裂縫。剪力裂縫一般發(fā)生于主梁支點附近的梁腹底部；彎曲裂縫發(fā)生于構件最大拉應力區(qū)，呈垂直狀，往壓力區(qū)發(fā)展。一般在構件跨中底部，如梁底或橋面板底，或連續(xù)梁在橋墩處的梁體上部，最易發(fā)現彎曲裂縫。混凝土梁式橋典型裂縫

(2)非結構裂縫非結構裂縫雖不影響構件的安全，但如果裂縫深入構件內部，也可能損及構件。非結構裂縫類型有：溫度裂縫。溫度高低變化引起的熱脹冷縮裂縫。干縮裂縫?；炷琉B(yǎng)護期間造成的收縮，一般發(fā)生于預應力梁的梁腹。大體積裂縫。澆筑大體積混凝土后，混凝土內外部溫差造成的裂縫。施工縫裂縫。施工縫是混凝土施工無法避免的情形，施工縫處裂縫將隨時間增加而使鋼筋銹蝕，并擴大裂縫。施工縫附近，因混凝土齡期不同或不等量收縮，使此處密實性較差，腐蝕因子較易侵入，擴大縫隙。施工縫裂縫一般為應力裂縫，造成鋼筋銹蝕范圍也較廣，也可能造成構件退化。常見施工縫裂縫之處，有預應力梁與現澆橋面板間，橋梁護欄與橋面板間，箱型梁底板與腹板間，預制預應力梁與現澆橫隔梁間。鋼筋銹蝕裂縫。鋼筋生銹后體積膨脹，推擠混凝土，產生裂縫或擴大裂縫?；炷亮菏綐虻湫土芽p

圖1

混凝土橋梁的各種裂縫形態(tài)混凝土梁式橋典型裂縫

混凝土板橋

常在跨中出現橫向裂縫，支點附近出現斜向裂縫，板底出現縱向裂縫。產生裂縫的原因是正應力、剪應力和橫向應力過大。整體式板橋橫向配筋少是導致板底出現縱向裂縫的主要原因。裝配式空心板橋由于橫向鉸縫構造薄弱，在車輛荷載反復作用下造成鉸縫破壞，形成單板受力狀態(tài)。由于板的跨中正應力和支點附近的剪應力過大，導致混凝土開裂。混凝土梁式橋典型裂縫

裝配式混凝土肋梁橋常出現跨中梁底橫向裂縫和支點附近斜向裂縫。而梁片間橫向連接薄弱導致單梁受力是岀現受力裂縫的主要原因。

混凝土箱梁橋常在橋跨跨中附近的腹板出現豎向裂縫并沿底板橫向擴展；在橋跨支點附近，腹板出現45°方向的斜裂縫并沿頂板橫向擴展。在跨中梁段范圍內，頂板底面出現相互平行的縱向裂縫；底板內側靠近腹板處出現縱向裂縫并向腹板斜向擴展。引起箱梁各部位開裂的主要原因就是箱梁空間應力狀態(tài)分析不準確、設計存在缺點，箱梁受載過程中局部應力過大引起混凝土開裂?；炷亮菏綐虻湫土芽p

裂縫對鋼筋混凝土梁橋的影響表現為，在潮濕的環(huán)境中，有害介質的侵蝕會加速混凝土的碳化。當碳化至鋼筋位置時，鋼筋開始銹蝕，鋼筋銹蝕加劇了微裂縫的擴展，長期作用下，降低了梁的強度、剛度及耐久性。銹蝕膨脹的惡性循環(huán)造成梁體保護層剝落，最終導致梁體的徹底破壞?；炷亮菏綐虻湫土芽p

裂縫對預應力混凝土橋梁危害更大，我國相關規(guī)范規(guī)定，全預應力混凝土橋梁不允許帶裂縫工作。預應力混凝土梁橋中的預應力鋼筋處于高應力工作狀態(tài)。當長期暴露于大氣環(huán)境中，在一定的溫度、濕度及有害介質的作用下，極易在鋼筋的表面發(fā)生電化學反應，在一定環(huán)境條件下可能發(fā)生應力腐蝕，在有氫離子的參與下發(fā)生氫脆現象，從而導致預應力鋼筋在低應力狀態(tài)下發(fā)生脆斷，造成混凝土橋梁結構突然破壞，且破壞前無任何征兆，危害性極大?；炷亮菏綐虻湫土芽p

因此，裂縫對混凝土梁式橋的影響體現在兩個方面：一是，對橋梁使用性能的影響。開裂使橋梁剛度降低，變形增大，跨中撓度超標，繼而影響橋梁的正常使用，嚴重的開裂問題導致橋梁承載力下降，直至影響橋梁的安全使用；二是，對橋梁的耐久性及使用壽命的影響。裂縫會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕又加速了裂縫的進一步擴展，造成橋梁使用性能趨于惡化，耐久性下降，使用壽命縮短?；炷亮菏綐虻湫土芽p鋼筋及預應力筋的銹蝕病害

對于預應力混凝土構件，一般要求正常運營狀態(tài)下不出現裂縫，鋼筋和預應力鋼筋一般不易銹蝕，但是由于施工和嚴重超載，銹蝕也會發(fā)生但不易發(fā)現，一旦發(fā)現銹蝕時，則該構件已呈嚴重損壞狀態(tài)。所以在橋梁檢測時，鋼筋銹蝕為檢測重點之一，需要進行較為詳細的記錄。

鋼筋銹蝕使混凝土因承受拉力而裂開，鋼筋暴露于大氣中，又加速了生銹，進而造成外層混凝土剝落。受力主筋銹蝕后，鋼筋橫斷面積減少，主梁的承載能力急劇下降，嚴重影響結構物的安全。

綜上所述，造成鋼筋銹蝕的主要內在原因有：一是，鋼筋受濕氣及氧氣的作用；二是，混凝土中性化；三是，鋼筋表面氯離子含量高。造成鋼筋銹蝕的主要外在原因有：一是，混凝土構件開裂；二是，主梁受損，混凝土剝落；三是，施工時預留保護層太薄，混凝土碳化深度較大；四是，后張預應力的灌漿和封錨不合格，導致錨下積水或空洞。鋼筋及預應力筋的銹蝕病害

鋼筋銹蝕可分為兩種情況。一種是混凝土開裂后導致的鋼筋銹蝕，即先裂后銹；一種是因為保護層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹導致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落，即先銹后裂。主梁一般先裂后銹，混凝土保護層保護作用失去后，銹蝕很容易發(fā)展。而先銹后裂的情況較少，常出現在附屬結構上，如防撞墻等。鋼筋及預應力筋的銹蝕病害

梁體混凝土在二氧化碳、氧氣、濕度、溫度，有害氣體，化學侵蝕，物理作用等因素的影響下，首先使混凝土發(fā)生碳化，導致保護層破壞，水汽侵入，進而造成鋼筋的銹蝕，而鋼筋銹蝕又會造成混凝土的劣化與開裂，使梁體結構產生病害，影響橋梁結構的耐久性和使用壽命。隨著橋梁結構損傷程度的不斷發(fā)展，最終導致橋梁結構的整體破壞。鋼筋及預應力筋的銹蝕病害5鋼結構銹蝕銹蝕的原因銹蝕的危害性容易銹蝕的部位防止銹蝕的方法鋼結構銹蝕

鋼梁、鋼塔架、鋼拱肋、人行道支架、限高防護架等都應進行保護涂裝，防止鋼結構銹蝕。鋼結構涂裝失效后，應對鋼結構表面進行重新涂裝或維護性涂裝，延長使用壽命。鋼結構保護涂裝在鋼橋維修中占有重要地位，特大橋鋼梁的保護涂裝工作，一般要占全部維修工作量的50%左右。鋼結構銹蝕的原因

鋼結構銹蝕主要是鋼鐵受到大氣中所含的氧氣、水分、鹽類、二氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物等酸性物質及具有化學活潑性物質的作用，發(fā)生化學的或電化學作用的結果。這種現象，我們稱為鋼鐵的腐蝕。這些變化在鋼鐵表面產生的松散堆積物（Fe2O3、Fe(OH)3），通常叫做鐵銹。鋼鐵腐蝕分為兩種：化學性腐蝕和電化學腐蝕。

鋼結構銹蝕的危害性主要表現在以下幾方面：①鋼梁桿件斷面削弱；②鋼結構聯(lián)結松弛；③降低鋼結構的承載能力；④縮短鋼結構的使用年限；⑤鋼結構銹蝕嚴重者，將危及行車安全。鋼結構銹蝕的危害鋼梁容易銹蝕的部位

①有氧化皮處②鋼梁上蓋板③縫隙及角落隱藏處所④有害氣體及電解溶液反復侵蝕處⑤易積水和污物處⑥已有銹蝕處⑦施工不良處防止