对混凝土桥梁结构损伤的原因分析

摘 要： 桥梁是公路交通的咽喉， 具有重要的地位。 本文从各个方面分析了桥梁结构损伤的原因， 为公路桥梁的养护和加固提供了科学决策依据。

关键词： 混凝土桥梁 结构 损伤

桥梁是公路交通的咽喉，在国民经济和人民生活中占有重要地位。近些年来， 由于道路交通量的不断增加、 交通荷载的日益加重以及各种自然因素、 人为因素等的共同作用， 使得我国现有许多混凝土桥梁出现了不同程度的损伤。这些损伤桥梁的使用轻则造成交通受阻、 人们生活不便， 重则可能造成严重的人员伤亡和财产损失， 给国民经济和社会发展带来不利后果。因此， 为确保运输安全， 对这些桥梁的检查、 维修、 加固己成为当前公路养护与管理部门的一项重要实践活动。由于桥梁结构本身的复杂性以及桥梁地理位置的特殊性，引起其损伤的原因是多方面的。下面针对几种常见原因进行分析。

一、 规划不当

桥梁工程建设一般是从规划开始， 在做桥梁规划作业时， 应首先进行可行性研究， 即就桥梁对区域社会经济发展、 环境和社会人文影响、 当地自然条件等因素详加调查和评估。而目前修建桥梁时， 常出现如下问题:

(1)许多桥梁缺乏长期规划。不但没有在规划前进行可行性调查研究， 而且缺乏长远考虑， 仓促决定， 以至在桥梁施工、 使用阶段问题频繁出现， 引发出一系列的结构问题， 导致桥梁未达到使用年限就出现严重病害。

(2)地质、 水文资料的调查收集不够全面。地质、 水文资料的调查收集对桥位的选择十分重要， 若先期地质钻探报告不实， 或是试验结果错误， 将会导致桥梁使用期间的基础沉陷或基础水平移动。 特别是漏报了地质不良现象， 如:滑坡、 断层、 溶洞等， 后果尤为严重， 可能导致不可估量的损失。

(3)规划的设计交通量不足。主要原因在于初期规划中交通量调查不够充分， 对交通量的增长估计不足， 致使后期交通量不能满足需求， 造成桥梁的疲劳损坏。

二、 设计不良

(1)设计方法考虑不周。以往桥梁设计都是把承载能力极限状态作为设计的控制条件， 对桥梁的正常使用问题考虑甚少， 因此导致了桥梁结构设计与构造只重强度不重使用的不良倾向， 桥梁的适用性、耐久性不能得到保证。例如:缺少对混凝土配合比的限制， 许多构件水灰比较大， 降低了混凝土的抗渗性， 尽管强度可能满足要求， 但对结构耐久性十分不利。

(2)设计规范不完善。 现有的许多桥梁建造时间己久， 设计是依据当时规范进行的。 而当时由于科学技术水平的限制， 规范中肯定会有考虑不周、 不能尽如人意的地方， 如荷载取值偏小， 荷载组合考虑不全等。因此， 结构在以后的使用过程中逐渐暴露出了一些问题。

(3)设计者自身的原因。 由于桥梁结构体系复杂， 一座桥梁往往都是多人组合分块设计。 虽然大家采用相同的规范， 但设计者水平有高有低、考虑问题不一定都很全面，因此整套设计方案难免会存在缺陷， 再加上一些人为错误， 如:对结构观念的理解错误， 理想化时假定错误， 计算过程错误， 绘图时疏忽大意等。都会给将来桥梁的使用埋下隐患。

(4)结构选型和构造缺陷。由于一般的桥梁设计规范主要是针对单个构件承载能力的，因此在设计和施工中往往对结构的造型和连接构造缺少充分的考虑， 形成了结构中的薄弱环节(部位)， 从而导致这些部位损伤严重， 如构件与构件搭接处、 伸缩缝及管沟处、 结构表面复杂多变及变化比较急剧处等。

(5)未能建立完善的设计审核制度。对设计程序及成果不严加审核， 不能最大程度地消除设计者的错误。

三、 施工不良由于施工技术水平和管理水平的限制，在施工过程中不可避免地存在某些缺陷， 如:

(l)施工过程中疏忽大意， 对混凝土振捣不均匀， 有些地方漏振。结构养护成型后， 对其表面缺少必要的处理， 结构表面存在坑槽、 麻面， 保护层没有达到设计要求， 有些地方的钢筋直接等。这些缺陷的存在一方面缩短了侵蚀介质抵达钢筋的距离，另一方面加强了桥梁结构对侵蚀介质的吸附作用， 延长了介质在结构上的滞留时间，从而导致了更严重的侵蚀损伤。

(2)施工过程中偷工减料， 如钢筋绑扎不牢， 焊缝达不到规定要求， 有的甚至采用不符合要求的原材料等。

(3)混凝土施工过程中质量控制不严导致混凝土强度不足， 既容易使桥梁结构因承载能力不足而破坏，又会对结构的耐久性产生不利影响。

(4)施工过程中， 施工技术员对设计图纸理解错误， 监理人员不尽职尽责， 以及最后的验收也不遵从实事求是的原则， 造成验收结果与实际不符， 达不到预定的要求， 致使使用过程中问题层出不穷， 桥梁的使用年限相应缩短。

(5)错误的施工， 如钢筋位置不对， 施工过程中乱踩钢筋， 使承受负弯矩的钢筋压下来错位等。

四、 荷载作用

荷载作用是导致结构损伤发展乃至破坏的最主要的原因。过大的荷载作用容易使结构失稳或承载能力不足或者引起过大的构件变形或过宽的受力裂缝， 从而影响桥梁的正常使用;同时荷载作用又能加剧结构中的钢筋腐蚀， 特别是对于混凝土受拉区的钢筋， 这是由于荷载作用使结构产生的拉应力加速了混凝土微裂缝的开展和延伸，以及各微裂缝间的连接贯通， 增大了混凝土的空隙率， 降低了混凝土

的抗渗性， 从而削弱了混凝土对侵蚀介质的抵抗能力;荷载的重复作用可导致桥梁结构的疲劳破坏等。

五、 环境侵蚀

恶劣的环境是导致桥梁结构损伤的又一重要原因。因为:

(1)环境的物理作用造成了混凝土的裂缝、 剥落和磨蚀， 如①对于潮湿环境中和水位变动区的桥梁结构构件，冻融循环作用会导致构件表层混凝土的疏松、 剥落;②对于超静定桥梁结构， 过大的温差产生的温度应力， 可导致构件表面混凝土的开裂;③对于跨河桥梁， 水力冲刷会对桥墩、 桥台和基础产生不利影响;④沿海地区的空气和土壤中盐类含量高， 盐份侵蚀混凝土， 干燥后导致盐类在棍凝土孔隙中

的结晶膨胀， 使混凝土发生开裂损伤等。

(2)环境的化学作用使混凝土分解和钢筋锈蚀。如①盐类直接侵蚀混凝土， 与材料中的某些成份发生化学反应， 生成结晶膨胀物或易溶于水的物质， 导致结构开裂或溶蚀;

②某些可溶性阴离子，特别是氯离子通过保护层渗透到钢筋周围， 当其含量达到一定程度时， 会使钢筋发生电化学腐蚀;③酸性气体或液体侵蚀混凝土结构， 破坏了混凝土的高碱性环境， 当 PH值降到9以下时， 钝化膜就遭到破坏， 一旦外界条件具备， 钢筋就很容易发生锈蚀。

六、 自然灾害

(l)地震。地震对于桥梁的破坏影响最为严重。地震来势突然， 震灾难以预料， 加之其破坏力巨大， 能完全改变地质情况， 造成桥梁墩台大量滑移， 整孔垮塌等严重破坏。

(2)台风。我国东南沿海台风和洪水发生频繁， 台风强度大、 速度快， 使桥梁受到巨大侧向力的作用， 特别是对于大跨度桥梁， 受力十分不利， 极易造成结构损伤。

(3)洪水。 洪水对桥梁的基础、 墩台及河道冲刷剧烈， 且挟带流木、流石撞击桥墩， 不但能造成下部结构倾斜， 甚至还会直接将上部结构冲垮。以上仅对桥梁结构损伤的常见原因进行了分析。 实际中， 桥梁结构的损伤往往不是单一因素造成的， 而是几种因素共同作用的结果，损伤的表现形式也多种多样。因此， 对于实际的桥梁结构， 其损伤状

况的评估必须全面考虑引起结构损伤的各种可能因素，结合工程实际， 才能得出合理的结果， 从而科学地制定桥梁养护及加固决策。