城市桥梁病害分析及加固对策
——以桥梁支座失效为例

刘 洋，胡星宇

（1.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230000；2.广州工商学院 基础教学部，广东 广州 510850）

我国的城市高架起步比较晚，但是发展速度却非常快.尤其是从十一五发展规划开始，伴随着社会主义市场经济的改革深入，以商贸流通业为首的基础产业得到了迅猛发展.同时期，城镇化及市政工程改造也在加快，旨在完善社会发展、经济建设、人们衣食住行等基建配套服务.总的来讲，21世纪的近二十年间，与上世纪八九十年代相比，城市立交桥、高架桥成为大中城市必备的基础道路交通［1］.正是由于城市道路桥梁的空前重要性，特别是直接关乎着人们群众的出行安全.所以，一直以来，关于城市桥梁维护、病害分析等研究也从未停止过.但是，由于多方面的管理疏忽以及技术缺陷，在全国很多地区也时常发生一些桥梁病害引发的安全事故.其中，城市桥梁由于自身的特殊性，所以也使得桥梁支座失效频发，也因此成为了主要常见病害之一.

1 城市桥梁常见病害分析

目前，随着城市汽车拥有量逐渐攀升，再加上道路桥梁结构不同于一般的地面道路，所以也属于事故高发地.最常见的几类城市道路桥梁病害［2］，可简单归纳为以下几种类型.

1.1 桥面裂缝

一般来说，多呈现为桥面铺装层发生开裂，表层出现裂缝.技术人员病害排查分析后发现，城市道路桥梁表层经常出现裂缝，原因有二.

其一，客观因素所致.高架桥、立交桥在大中城市比较普遍，桥梁道路及周边区域人流密集，所以道路桥梁工程最优先考虑的自然是“安全”，即保障人们群众的出行安全.所以，目前国内绝大部分的大中城市，道路桥梁表面铺装基本都是采用半刚性的结构.半刚性结构最大的优势在于使桥面表层更加结实、坚固.但是，负面影响也较为严重，即受到天气因素的影响偏高［3］.例如，昼夜温差大，特别是我国北方城市，桥面对问题非常敏感.

其二，人为因素.如上述所言，再加上很多过往车辆超载超速等行为现象，最终使得铺装层变得很脆弱，长期处于超负荷磨损、挤压环境下，混凝土性能下降，裂痕明显.

1.2 桥墩出现沉降

严格讲，主要集中在人为因素.关于城市桥梁沉降的现象，近几年在国内很多城市频繁发生，尤其是在我国中西部地区，很多城市早期缺乏统筹规划，再加上无目的的市政改造，导致系列问题频发.仔细分析不难发现，主要原因是因地基不均匀所造成.进一步分析，即工程早期的规划、地质勘察、施工质量控制等出现了问题.此外，道路桥梁周边环境变化也会起到一定的影响.

1.3 梁端头破损

梁端头破坏，实际上等同于梁端头混凝土发生破裂.此情形下，意味着局部需要补强.理论上讲，梁端头混凝土破裂并不一朝一夕，而是常年累月造成.换言之，一旦病害发生，也意味着后期的运营维护与病害检查等工作并不到位.

进一步看，关于梁端头局部破损的情况，很大程度上在于伸缩缝没有被重视，且缺少日常的公路养护与巡查，使得局部装置损坏后无法尽早发现，最终发生冻融剥蚀的现象.周而往复，最终很容易导致材质发生松动.

1.4 桥梁支座失效

桥梁支座病害，即支座开裂、脱空等情况.如前文所述，实际上也包含了人为、技术标准、自然气候等多因素的共同影响.

部分橡胶支座，由于桥面道路本身长时间处于受压不均匀的状态下，所以支座也受压不均匀.此情形下，有的支座局部脱空甚至完全脱空，使其无法再继续参与桥梁结构受力，最终造成其他支座压力逐渐增大，整个支座结构、桥梁墩台均出现变形.再者，由于桥梁支座材质多为板式橡胶，所以其长时间暴露在空气中很容易受到光、热、氧等影响.最后，墩台垫石有杂物或者支座垫石高度偏低等，同样会不同程度导致支座无法承担上部荷载，造成部分支座上部脱空.

2 城市桥梁病害应对及破损加固

该部分以某省会城市高架桥梁支座失效事故隐患及排除、加固应对为例［4］.结合该工程的后期加固与运维效果，从技术、安全层面简要总结一些经验.

2.1 桥梁工程

该高架桥位于城区的二环路、三环路高速干道上.目前，二环路全线在主要道路口已经建成了多座立交桥，因此也正式成为了整个城区最繁忙的交通线路.本高架桥梁并不复杂，属于某十字路口桥梁.相比较于三环线高架桥梁，二环线高架桥梁格外受到市政部门的关注.所以一些大小事故也很少发生，但桥面、支座等病害现象却比较频繁.

首先，桥面均采用10cm 沥青混凝土铺装，接线桥全长951m，两个匝道桥分别全长204m、298m.

其次，桥面防水措施.专门采用了FYT-I型聚合物桥面专用防水涂料.

第三，伸缩缝的设计，设计施工阶段，采用了浅埋式的伸缩缝结构，伸缩量控制在了8cm±2mm.

下述图1为梁端截面和跨中截面示意.

图1 梁端截面和跨中截面

再者，桥梁上部结构设计.由于本道路桥梁属于X路口高架立交桥，所以桥梁上部箱梁的选择，从安全、经济等角度考虑，采用了曲线梁，并以桥面道路中心作为跨径划分线.其中，箱梁支点梁高4.8m，跨中及边跨高2m.箱梁顶板总宽度为13m，悬臂长度均为3.5m，底板宽度为6m .腹板为直腹板结构，厚度为0.6m±1cm.

最后，支座与下部结构.本路段道路桥梁，如前文所述，接线桥、匝道桥采用SY-I 结构，为盆式橡胶支座.与传统板式支座相比，最大的优点恰恰是建立在常见病害防范控制之上的设计理念.在前期的设计施工中，结合实际运营效果来看，重点考虑支座偏位等常见病害.所以，匝道桥使用盆式支座更为可行.此外，下部结构的设计，依照地面地基及周边环境，分路段分别采用了单柱式墩、双柱式墩以及悬挑式墩.

2.2 支座失效问题

该区段工程建成于2006年，2006～2013年间先后进行了两次局部维修、加固.总体来看，与频繁发生事故的三环线相比，城区二环线更显得科学合理有序.但是，2016 年7 月，该道路桥梁西段桥面出现问题.两个匝道桥中，有一个匝道桥表层出现明确开裂、坑槽等病害.此外，伸缩缝沙土堵塞，锚固混凝土也发生局部开裂、破损.匝道桥护栏也出现多处漏筋情况.当地市政部门第一时间抢修维护.其中，支座病害相对严重.

其一，匝道与接线桥一样，梁体滑移也超出了容错范围.由于匝道桥梁体一侧直接与盖梁防撞挡块紧挨在一起，所以支座限位装置受到外力冲击之后，造成支座局部脱空.下述图2 为支座与梁体脱空，图3 为支座限位钢板被剪断，图4为支座、垫石遭到破坏.

图2 支座与梁体发生脱空

图3 支座限位钢板被剪断

图4 支座及垫石损坏

其二，接线桥支座失效.由于支座摩擦阻力不足，造成了整个梁体出现滑移现象，且超出了界内规范的正常允许滑动范围.此情形下，造成了桥梁上部结构衔接不够顺畅，久而久之形成了南北错台.再加上固定的限位装置，由于荷载超出预期上限，最终造成支座限位装置遭到破坏.最终的破坏结果：其中一孔梁向北偏移超过了4cm.两个支座上部发生不同幅度的移位现象，造成防尘罩破损.

3 城市公路桥梁支座失效应对与测试

3.1 城市公路桥梁支座失效的应对方略

纵观以往的工程实际来看，不难发现，桥梁支座的结构并不算复杂，尤其是城市道路桥梁，支座结构一般都比较简单.因为在整个设计施工中，更侧重于安全性和耐久性［5］.所以，对于支座材料的选择更多综合考虑各方因素的影响，旨在增强桥梁支座的抗压能力.换言之，早期的规划设计、施工控制阶段，严密依照行业规章标准与技术规范来强化控制，一般不会出现太多的问题.所以，关于城市道路桥梁支座病害的防范控制及其事后处治应对，依然在于日常道路巡查与病害排查，尤其是在雨天、雪天或者大风等恶劣天气过后，更需要加大排查与巡逻力度.

继续结合前文中图2 和图3 来看，可以清晰观察到，支座、桥梁上部结构等建筑材质，生锈、脏污现象很普遍.尽管并不需要频繁进行清洁、润滑等处理，但依然需要定期巡查.因为支座结构比较简单，且为钢铁结构.一旦等到起受力性能受到影响之后，为时已晚.所以，定期巡查的目的性很明确，就是尽量确保支座受力性能不会遭到大程度的破坏，最大限度保证支座材质不变质.反之，对于已经遭到破坏、失效的支座，需要及时更换.对此，界内普遍采用钢蝴蝶梁法［6］.

关于支座破坏等情况，具体需要结合整个桥梁病害的考察结果，综合制定方案.以本工程为例，不仅只是支座失效，还包括梁体移位、开裂、伸缩缝损坏等［7］.所以，后期无论是小修还是大规模改造，均需要严格依照荷载等级要求来确立整体思路.譬如，可将裂缝封闭，先加固主梁，然后将上部连续箱梁复位处理，最终再更换支座以及伸缩缝等.

3.2 城市公路桥梁支座的保护方案

3.2.1 失效判断

第一步，即失效判断.如前文所述，本工程地处城市的二环地段，本身就是车流量庞大的一段城区、远郊进出路段.与此同时，再次结合前文图2.2-2.4来看，不难发现，支座运营发生破坏具有随机性［8］.简言之，最大的难点恰恰凸显于此，即很多巡查人员很有可能无法及时且确切的指出支座破坏的位置及被破坏的形式.正因如此，近几年很多路段都相继安装了跟踪监测设备，旨在更加全面、及时、准确做出评估，及时了解支座失效及其影响条件.

对此，目前负责部门已经正式确立了一套失效判断标准，如表1所述.

表1 失效判定条件

3.2.2 加固施工

施工的主要内容就是顶升施工.对此，近几年界内依然普遍采用更换支座的施工策略.比较合适的一些施工技术方案有整体顶升法、吊篮式施工、枕木满布式支架法等.本工程2016 年针对跨线桥的实际情况，采用了顶升梁体的方案.

第一步，超顶升，将临时支撑拆除.此外，梁体位移的过程中使用了千斤顶，旨在防止顶升高度过大可能会造成梁破坏、桥面损伤等二次病害.故此，实际施工加固修补中，使用了液压同步顶升数控设备.

3.2.3 脱空测试

关于脱空测试的具体思路和方法，如前文所述.本工程在加固施工完毕后，对处治后的梁体及支座进行了简单的测试.如下图5所示.

图5 位移法测试支座脱空

该测试方案主要运用了理论支反力-实测位移曲线的技术原理.借助监测设备，最终的测试结果会基于数据指标以曲线的形式呈现出来，而曲线则表示“斜率”.理论上讲，随着支反力拉大，位移（以mm 单位计算）偏差越小，则表明改造效果越好，即偏差控制在1mm .反之，随着支反力加大，测试过程中曲线位移（mm）攀升过高，即表示还是处于脱空状态.

3.2.4 养护、防腐

关于城市道路桥梁支座失效的主要影响因素、常见现象，前文中已经多番阐明.故此，施工加固后，需要切实增强养护方案的有效性［9］.

此外，关于桥梁支座防腐蚀保护，需要严格依照业内最新的前沿标准规范.其一，ISO12944-色漆与清漆防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护；其二，HG/T3656-钢结构桥梁漆；其三，JT/T695-混凝土桥梁结构表层土层防腐技术条件；其四，TB/T2486-钢梁涂抹劣化评定.

4 结语

城市化加快，使得当今我国城市道路难以满足交通运输需求，尤其是城市公路桥梁，普遍出现超负荷、疲劳运作的问题.总之，为了更好的保障人们安全出行、缓解交通堵塞压力，最大限度降低潜在的交通事故，各地各级管理部门不断完善市政道路工程规划.与此同时，对于现阶段普遍存在的问题现象，即道路桥梁病害的防护、应对等，更不容忽视.对此，该研究以危害性较高、现实中较为常见的一类桥梁病害为例，即城市道路桥梁支座失效问题及其防范、应对、加固施工方案，结合工程实例总结归纳了一些可循对策.

总体来评价，桥梁支座是一种承受高应力的结构部件，尽管结构不复杂，但由于其在整个道路桥梁结构体中的重要作用、特殊角色，所以很大程度上也决定了其受到各方因素影响比较严重.一般来说，作为主承力之一的支座，很容易发生点蚀、应力腐蚀等病害现象［10］，直接影响支座及整个桥梁工程的寿命.因此，增强中期运营巡查、检修的实效性很有必要，也非常关键.包括后期的加固施工、脱空测试等，均需要严格依照行业技术规范，旨在最大限度增强城市公路桥梁的可靠性、安全性、耐久性.