混凝土桥梁病害诊断及加固技术

 

【导读】 对混凝土结构而言，其病害的最终形式是裂缝。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。  

 

混凝土收缩裂缝： 当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时砼的极限拉应变就会 产生与拉应力方向相垂直的裂缝。

构件表面收缩龟裂： 这类收缩裂缝多数是混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成。这类裂缝一般不深，多数深度不超过钢筋保护层厚度。

墩台混凝土的竖向收缩裂缝： 在岩石基础上浇筑的墩台混凝土，混凝土墩身要收缩，岩石基础不收缩，由此产生收缩差，岩石基础阻止墩身砼收缩而在横向产生拉应力，当该拉应力大于该时段的混凝土极限拉应变就会产生竖向裂缝，这类墩身、台身的竖向裂缝为下宽上细，当台身较厚，由于表层收缩大、内部收缩小，因此显示表层裂缝宽些、内部裂缝细些，一般不贯通。

在先浇筑好的砼承台上再浇筑薄壁砼墙身（C30，水灰比达0.63，泵送砼）。由于第一次浇筑的砼龄期长些，其收缩已完成一部分，后期收缩要小一些，但后浇的薄壁墙身收缩显然要大于先浇部分砼的后期收缩量，导致产生收缩差而裂缝。由于墙体薄，故裂缝贯通。

在先浇注的砼承台上浇注桥台墙身的砼收缩裂缝

预制T梁由于钢模拆除不及时，造成腹板竖向裂缝，图为苏嘉杭高速公路T 梁收缩裂缝。

钢模板拆模引起T梁收缩裂缝 

老桥混凝土腹板的碳化收缩现象

如苏式T梁腹板经常发现枣核形裂缝，即二端细，中间粗。裂缝下端细是由于下缘配筋量大，裂缝上端由于逐渐上伸到受压区而消失。裂缝中间粗有二个原因：一是腹板水平钢筋少；二是在原有裂缝基础上，由于碳化收缩而使裂缝宽度增宽，图为苏式T梁裂缝状况。

苏式T梁裂缝

预制构件拼装湿接头收缩裂缝的危害：

（1）拱片之间的横系梁、横隔板的湿接头产生收缩裂缝后，大大减弱桥梁横向整体性。

造成拱片顶部桥面顺桥向裂缝。荷载横向分布集中，降低承载能力。产生横向摇摆。

（2）空心板梁铰缝砼收缩产生缝隙后，当桥面铺装钢筋配筋率低时，易造成桥面沿梁长产生顺桥向裂缝，降低横桥向整体性，使荷载横向分布集中，并由此降低桥梁承载能力。

3）空心板梁封头板砂浆收缩裂缝引起渗水，使空腔内聚积大量水，曾经在一块空心板梁的空腔底部钻一孔， 出水量达0.6m3，对普通钢筋砼空心板梁的受力裂缝在受荷时张开内部水渗出，导致钢筋锈蚀严重。

空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水

4）中层式拱吊杆上端封锚砼因收缩裂缝渗水，通过锚头孔隙流水钢束而锈蚀。

解决方法：

由于混凝土刚浇筑、振捣，抹面压光后，混凝土在自重作用下仍有继续沉缩趋势，此时受到钢筋阻碍，或模板约束，就会产生裂缝。

混凝土沉落裂缝

a—钢筋阻碍的沉落裂缝

b—模板阻碍的沉落裂缝

?原因：① 振捣不充分  ②  漏浆③  跑模 ④  模板刚度不够 ⑤  砼保护层太薄⑥  砼坍落度过大  ⑦  空心板梁空腔气囊漏气

空心板浇筑砼初凝后因气 囊漏气而产生裂缝

这类裂缝一般为表层裂缝。

处理方法：

沿裂缝凿U型槽、采用专用修补、砂浆修补；这类裂缝较密时可整片凿除混凝土保护层，采用免振自流平砂浆修补。

钢筋锈蚀引起的裂缝

砼中钢筋产生锈蚀后，由于锈皮会吸湿产生化学反应而膨胀，其体积将增大2～4倍，从而胀裂砼保护层。

对于钢筋锈蚀，首先要分析是先锈后裂，还是先裂后锈。

钢筋锈蚀引起裂缝形态一般是顺筋向的。对先锈后裂的混凝土构件，实际上在钢筋锈蚀早期，构件内部已有层离裂缝存在，但外部还尚未裂缝，此时可用小锤轻敲听声，有空壳声表示内部已有裂缝起壳，然后凿开检查。

钢筋锈蚀引起顺筋向裂缝 

箍筋锈蚀裂缝，手摸裂缝边缘有突出高差感觉。

箍筋锈蚀崩裂混凝土保护层

钢筋锈蚀后，内部混凝土产生层离状态。

桥梁箱体腹板和顶板钢筋大面积锈蚀而崩裂混凝土保护层。

腹板钢筋锈蚀崩裂混凝土表面

箱内顶板钢筋锈蚀成片顶裂混凝土保护层

钢筋锈蚀的危害：

维修加固方法：

骨料膨胀引起的裂缝

由于空心板梁顶部处于受压区，如受压区碎裂到一定程度，则易导致空心板梁突然断裂，为此必须予以重视。 

承台顶面混凝土有放射状裂缝，和龟纹状裂缝。

根据承台裂缝二侧有高差，多处呈放射形及龟纹裂缝的特征，可以判断为粗骨料膨胀所引起，根据承台裂缝分布形态确诊含有这类膨胀性骨料是弥漫性的，通过局部打开层离裂缝部位，可见骨料表面附着一层白色粉汗水沫或白色浆状物质，这是一种反应物，正是这种反应特的膨胀，是造成承台严重裂缝的根本原因。

骨料膨胀裂缝的辨别方法： 

膨胀骨料在构件浅层，一般呈网状及放射形裂缝，裂缝交点处为膨胀骨料所在位置。

骨料膨胀剪锥体

当膨胀骨料在钢筋背后，则骨料膨胀后，会把钢筋顶弯，此时有可能产生顺钢筋裂缝，但其长度不长，同时可能出现砼被冲剪破裂，其裂缝为周边一圈。

砼冲剪锥体边缘裂缝的二侧有高差。若内部膨胀骨料为弥漫性分布，其内部有可能产生层理状千层饼似的裂缝。

多颗膨胀源引起层离裂缝

与网状收缩裂缝的区别有二点：一是收缩裂缝一般发生时间较早，多在施工后即发生，而骨料膨胀裂缝均在几年之后发生；二是收缩裂缝二侧无高差，而骨料膨胀裂缝二侧有高差。

处理方法 

1、在施工前，应该对骨料进行检验，对水泥及添加剂的碱含量加以控制，做好防水隔离，这是最好的预防措施。 

2、对于已建结构，必须发现一处应及时进行有效修补一处，同时作好混凝土毛细孔封闭工作，隔绝水分或潮气浸入，以减缓病害发展速度。若发现病害已较严重维修加固已不经济时，则应拆除重建。

大体积混凝土水化热引起的裂缝

?大体积混凝土浇筑过程中，由于水泥水化过程中会产生大量热量，导致内外温差而裂缝，一般在浇筑过程中，应采取措施控制内外温差而裂缝，一般在浇筑过程中，应采取措施控制内外差不超过25℃;但往往由于管理不善，保温措施不力而裂缝。

?承台混凝土西侧面中部竖向裂缝

?正截面裂缝是指垂直于构件轴线的截面在正弯矩或负弯矩作用下产生的裂缝，这类裂缝一般垂直于构件轴线方向。

?在梁端的剪力作用下，当主拉应力超过混凝土抗拉强度，即为产生斜截面裂缝（图34），对于箱梁，在扭矩作用下，也会产生斜截面裂缝。

在装配组合式结构中，往往由于结合面强度不足，并在结合面未予配筋而在结合面受剪较大处及结合面受拉较大处产生裂缝。这类裂缝必须引起重视，由于结合面裂缝后，会造成截面承载能力极度降低，在作荷载试验时，一般应该检测截面整体性检验 。

预加应力不足引起裂缝

预加应力不足，会导致混凝土结构提前出现裂缝，图为由于对箱梁剪滞效应估计不足，而导致预加应力不足而产生正截面裂缝。

预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝

锚下混凝土应力分布示意图

看图可知在锚具处作用局部的集中力后，在锚具下一定范围内是处于横向受压状态，但过后即产生横向受拉状态，当其拉应力大于当时混凝土抗拉强度，即会沿预应方向裂缝。

桥面纵向裂缝：

?桥面纵向裂缝主桥梁上部结构横向整体性差所致。

拼装式T 梁，由于横隔板拼缝处下缘焊接钢板脱焊，导致横向整体性差而使桥面产生错动裂缝。

?空心板梁由于铰缝构造较小，施工时又不注意混凝土强度，在活载作用下极易剪裂，而造成桥面产生纵向裂缝。

槽形梁由于两梁之间简支板在活载下，产生挠曲变形而导致纵裂。

支座变位引起的裂缝

连续梁因桥墩不均匀沉降引起的裂缝。

拱圈因拱脚变位引起的裂缝 。

裂缝调查方法：

?在裂缝边约3～5mm处用粉笔或记号笔或毛笔勾画线，以示醒目和照相记录。

?沿裂缝划三个小圈，第一个圈是裂缝宽度最宽处（如①）；第二个圈是主钢筋重心处裂缝宽度（②如）；第三个圈是裂缝未处裂缝宽度（如③）。并予以注明分子――裂缝宽度以mm计；分母――时间（年、月、日）