1、混凝土桥梁病害诊断混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术及维修加固技术同济大学同济大学刘仲训刘仲训混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)第一章第一章 混凝土桥梁病害诊断技术混凝土桥梁病害诊断技术 混凝土桥梁病害的主要表现形式：1、裂缝 2、变形（变位）3、腐蚀 对混凝土结构而言，其病害的最终形式是裂缝。裂缝可分为两类：1、非荷载裂缝材料自损、劣化（由于材料自身内力引起裂缝）2、荷载裂缝外力裂缝（由于外力、轴线变形或支承变位引起的裂缝）虽然裂缝在规范里是作为正常使用状态中耐久混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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
2、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。第一节第一节 非荷载裂缝非荷载裂缝 一、一、混凝土收缩裂缝混凝土收缩裂缝 1、混凝土收缩原因 混凝土组成：粗骨料 细骨料 胶结料：水泥水水化水泥凝胶体水泥石 混凝土收缩实为水泥石收缩，有三种原因：混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)1）化学收缩水化过程中体积缩小 2）物理收缩自由水蒸发、干燥引起体积缩小 3）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折出水分蒸发，促使体积缩小。2、混凝土收缩裂缝的原因自由收缩受到约束 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
3、。1)砼构件表面收缩龟裂（图1）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图1 混凝土表面龟裂 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。2）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，由此产生收缩混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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（图2）。图2 岩石基础
4、上砼桥台竖直裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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（图3）。由于墙体薄，故裂缝贯通。图3 在先浇注的砼承台上浇注桥台墙身的 砼收缩裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3)预制T梁由于钢模拆除不及时，造成腹板竖向裂缝，图4为苏嘉杭高速公路T 梁收缩裂缝。图4 钢模板拆模引起T梁收缩裂缝 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)4）老桥混凝土腹板的碳化收缩现象 如苏式T梁腹板经常
5、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5为苏式T梁裂缝状况。图5 苏式T梁裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)5）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（图6）。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图6 刚架拱（苏州金鸡桥）横隔板湿接头收缩裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)造成拱片顶部桥面顺桥向裂缝（图7）。图7 刚架拱桥面纵向裂缝 荷载横向分布集中，降
6、低承载能力。产生横向摇摆。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)（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。6）空心板梁封头板砂浆收缩裂缝引起渗水（图8），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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图8 空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水 7）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。图9图10为合肥寿春桥吊杆上端封锚砼四
7、周的收缩裂缝和积水。图11为寿春桥吊杆钢丝索严重锈蚀（采用黄油保护）。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图9 寿春路桥中承式拱吊杆顶端封锚砼周边收缩裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图10 寿春路桥中承式拱吊杆顶端封锚处有5cm厚积水混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图11寿春路桥吊杆钢管内部黄油由于钢丝锈蚀物混合成咖啡渣状并含水份混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3、解决方法 1）采用补偿收缩砼 补偿收缩砼是在普通砼中按规定比例掺加有效膨胀剂，如UEA用量为水泥用量的1214，可防止产生收缩裂缝。2）收缩裂缝，一般采用裂缝封闭方法解决 注入稀环氧树脂胶 凿槽后采用无收缩水
8、泥基专用修补砂浆修补 裂缝较深者凿槽后采用高强度免振无收缩砂浆修补 涂抹渗透结晶型水泥基浆料，封闭裂缝。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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（图12-a），或模板约束（图12-b），就会产生裂缝。图12 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混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)1、原因：振捣不充分 漏浆 跑模 模板刚度不够 砼保护层太薄 砼坍落度过大 空心板梁空腔气囊漏气（图13）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图13 空心板浇筑砼初凝后因气囊漏气而产生裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修
9、加固技术(1)图1 3 空心板浇筑砼初凝后2、后果：这类裂缝一般为表层裂缝。3、处理：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。三、钢筋锈蚀引起的裂缝三、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24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。1)先锈后裂 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)砼保护层碳化 钢筋外表砼保护层起保护钢筋作用的机理是因为砼保护层具有弱碱性，与钢筋表面产生一层钝化膜，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性保护。但砼与空气中的二氧化碳CO2由水通
10、过毛细孔与砼中气氢氧化钙起作用（化学反应）Ca(OH)2 CO2CaCO3 H2O转化为中性的碳酸钙和水使这部分砼由碱性变成中性，也即PH值由原来的13降低到810，这就是砼碳化，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，当外界有腐蚀物质时，通过毛孔渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀裂砼保护层先锈后裂。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)氯离子锓蚀引起锈蚀 氯离子（Cl1）存在于盐中，如Nacl（氯化纳）Cacl（氯化钙），当砼中含有氯离子（Cl1）时，砼碱度虽然较高，钢筋周围的砼尚未碳化，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
11、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。氯离子来源：（1）内渗型 50年代冬季施工常用氯盐（氯化钙）掺加，防冻，造成钢筋锈蚀。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)（2）外掺型 化工厂 海边地区结构物 北方桥面化冰盐等 由氯离子引起钢筋锈蚀而胀裂砼保护层，也是先锈后裂类型。2、先裂后锈 受力裂缝的裂缝宽度过大，外界腐蚀物质有直接通道而锈蚀筋。酸雨腐蚀先腐蚀砼保护层继而锈蚀钢筋。骨料膨胀引起砼裂缝后再锈蚀钢筋。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3、钢筋引起砼崩裂的形态 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
12、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。1）纵筋锈蚀裂缝（图14）图14 钢筋锈蚀引起顺筋向裂缝 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)2）箍筋锈蚀裂缝（图15），手摸裂缝边缘有突出高差感觉。图15 箍筋锈蚀崩裂混凝土保护层混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3）钢筋锈蚀后，内部混凝土产生层离状态（图16）图16 钢筋锈蚀后，内部砼发生层离现象混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图17 四川路桥箱体腹板和顶板钢筋大面积锈蚀而崩裂混凝土保护层a 腹板钢筋锈蚀崩裂混凝土表面混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)b 箱内顶
13、板钢筋锈蚀成片顶裂混凝土保护层图17 四川路桥箱内腹板和顶板钢筋锈蚀裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图18 汉阳路桥桥面板钢筋锈损混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图18 汉阳路桥边桥面板钢筋严重锈蚀混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)4）钢筋锈蚀的危害 1、粘结力减弱，降低承载能力 2、钢筋截面减小，降低承载能力 3、钢筋锈蚀后易产生应力集中，增加脆性 4、预加应力钢筋锈蚀后，在高应力作用下会加快锈蚀，即所谓应力腐蚀现象。5）维修加固方法1、锈蚀钢筋彻底除锈，补焊钢筋，弥补钢筋锈损，然后用砼包裹保护。2、锈蚀钢筋，彻底除锈，砼补强，外粘贴钢板或碳纤维布，补充钢筋截面损失。3、
14、保护层混凝土已全面碳化，不防锈，采取封闭砼毛细孔，隔离水及腐蚀性物质，防止钢筋 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)继续锈蚀。4、渗入阻锈剂，防止钢筋锈蚀。四、骨料膨胀引起的裂缝四、骨料膨胀引起的裂缝（一）概况 这是近年来遇到的机率逐渐增多的一种病害，就我个人而言，自1984年首先在房屋建筑中发现，继而在桥梁领域中发现。在桥梁方面首先于1995年在杭州清泰门立交桥上发现，接着于1999年在上海内环线高架道路黄兴路段空心板梁上发现，继而于 2001年在上海宝山区龙珍港桥和上海嘉定区新泾桥和苏州唯定大桥发现，最近在上海内环线高架道路上又发现桥墩立柱产生该病害。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1
15、)1、杭州清泰门立门桥骨料膨胀病害 图19af为杭州清泰门立交桥端横隔板由于碱活性骨料膨胀引起的裂缝形态图19a 杭州清泰门立交桥西部第七孔和第八孔实景混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图19b 清泰门立交桥西部第七孔和第八孔之间伸缩缝西侧第七孔端横梁底裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图19c 清泰门立交桥第七孔端横梁裂缝形态混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图19d 清泰门立交桥第八孔端横梁底裂缝形态混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图19e 清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部发现碱骨料反映特征变质辉绿岩外圈产生白色反应环混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)19f 清泰
16、门立交桥第七孔端横梁内部层离状裂缝形态混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图19a显示清泰门立交桥为双箱并联连续箱梁桥 图19-b为清泰门立交桥西部第七孔与第八孔之间伸缝西侧第七孔端横梁底面裂缝状况 由该图显示该横梁北端底面龟裂，在底面和侧面用手指触摸，可明显感觉裂缝两侧有高差，表明一侧“凸出”必然有膨胀源膨胀所致，经凿除松散碎块后可发现横梁底粗钢筋被向外顶弯弯曲，在横梁顶部有一横向裂缝，仔细用手触摸，该缝可明显感觉到裂缝下侧相对于上侧凸出10mm，这些均表明混凝土内部有多个膨胀源顶出所致。图19e为清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)发现变质岩碎石外圈产
17、生白色反应环，这是明显的弥漫性碱活性骨料所起化学反应的结果，白色反应环为碱活性骨料在碱和水的作用下产生的反应物，为吸潮膨胀物，由于碱活性骨料多（弥漫型），故其内部裂缝呈层离状裂缝（图19f）。骨料膨胀先引起端横隔板与板底结合面裂缝后，由于伸缩缝处漏水不断，导致端横隔板箍筋在该裂缝处全锈断，这也是先裂后锈的主要表现。2、上海内环线高架道路空心板梁骨料膨胀病害 上海内环线高架道路黄兴路11211123墩之间二孔跨径为22m的先张法预应力空心板梁于2000年发现梁底多处产生混凝土保护层崩裂和崩落，混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)幸好未伤人。图20ad为空心板底崩裂裂缝和崩落后可见白色及姜黄色石
18、子图20a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图20b混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图20c混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图20d混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图21a为空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源（膨胀骨料）图21a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图21b为空心板梁底因骨料膨胀的冲剪裂缝一侧凸，有高差，表明被胀出 图21b混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图21c为空心板梁底因骨料膨胀的被冲剪部分的锥状体凿除后，可见潮湿姜黄色石子膨胀骨料膨胀源（直径约11cm）图21c混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图21d
19、上述膨胀骨料膨胀，不仅把混凝土胀裂，还把钢筋胀弯 图21d混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图21e空心板梁底骨料膨胀崩落混凝土锥体 图21e黄兴路内环线高架空心板梁底骨料膨胀崩落混凝土锥体混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)对于空心板梁桥其只有一个临空面，可以直接观察，而侧面由于梁与梁之间并列靠紧无法检查裂缝，顶面由于沥青混凝土覆盖着，也无法检查裂缝，因此其内部裂缝目前还无直接观测方法，最近正在联系雷达检测。如果腹板崩裂和顶板崩裂，其破坏的危害性更大，更突然，因此必须引起重视。3、上海宝山龙珍港桥骨料膨胀病害 龙珍港桥建于1992年，为一座三孔钢筋混凝土空心板梁，跨径组成为8m10m8
20、m（图22a），桥宽29.5m，在2001年2月发现该桥北半桥中孔（图22b）和边孔车行道桥面铺装碎裂（图22c），进而发现空心板顶部碎裂（图22d），对碎裂部分检查可发现白色、姜黄色骨 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)料，表面呈粉状（图22e和22f），不仅如此，还发现常有白色反应环的碎石（图22g），这些均为膨胀骨料。图22-a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图22-b混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图22-c混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图22-d混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图22-e混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图22-f混凝土桥梁病害诊断及
21、维修加固技术(1)图22-g混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)该空心板梁底也已全面被膨胀骨料所胀裂，由于与黄兴路高架相似，恕不复述。本节要说明的是空心板梁梁顶碎裂的危害性，以补充前述不足，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。4、嘉定唐华路新泾桥桥墩骨料膨胀病害 该桥为一座三孔空心板简支梁桥（图23a），二端桥台为桩基重力式，中间二桥墩为双排桩桩基，桥墩承台高为0.8m，宽为1.7m，其上为三根圆形立柱和盖梁组成墩身，该桥主要病害是桥墩有严重裂缝，具体如下：混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)1）该桥唐行方向桥墩承台有严重裂缝（图
22、23b），最大裂缝宽度达30mm以上，其裂缝特征为：（1）裂缝两侧有明显高差，最大高差可达几厘米，图23c为承台园端环向裂缝，裂缝右侧顶面混凝土高出裂缝左侧混凝土30mm以上。图23d为承台靠唐行方向一侧的边缘裂缝顶面部分混凝土高出侧面40mm以上。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图23-a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图23-b混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图23-c混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图23-d混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)（2）承台顶面混凝土有放射状裂缝（图23e）和龟纹状裂缝（图23f）。图23-e混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图
23、23-f混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)(3)裂缝呈层离状，用锤敲击混凝土顶面及侧面，有明显起壳声，这种剥离层厚度达150mm以上（图23g）。图23-g混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)（4）承台底部和四周在水下，无法观察，只能用手支摸，发现其裂缝形态与顶部相同，由此可知，该承台上、下和四周已全面层离起壳。3、唐行方向桥墩立柱上端也有局部放射状及龟裂状裂缝，下端有多条竖向裂缝，长度约为4050cm。4、病害原因(1)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
24、料表面附着一层白色粉汗水沫（图23h）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，混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)这类反应统称“碱骨料反应”（又称碱集料反应）。根据有关资料报道，在北京、天津等地桥梁已发生多起这类病害，如北京西直门立交桥（已拆除），三元立交桥等，这类病害俗称“混凝土的癌症”说明对已建混凝土结构来说是难治的病害。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图23-h混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)（二）骨料膨胀病害种类及产生条件 1、骨料膨胀病害有二类：第一类：“碱骨料反应”引起骨料膨胀，破坏砼。第二类：含有氧化镁骨料、硫酸盐骨料或生
25、石灰缓慢水化膨胀而破坏混凝土。这类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。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二氧化硅，例白云石、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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)2）混凝土中碱含量超过一定量（一般控制在3kg/m3之内）。3）水 前二点是发生“碱骨料反应”的必要条件，后一点水是充分条件。对于第二类骨料膨胀的充分条件也是水，它们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）后发生，
26、例杭州清泰门立交桥横梁病害是建成后7年左右被发现，内环线高架发现该类病害为竣工后6年被发现。（三）危害性 这类材料自损现象危害很大，当在一处首先发现混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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（杭州清泰门立交桥横梁顶部箍筋全部锈断）3、受压区因骨料膨胀而损坏，达到一定程度后，可能会出现突然破坏。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，应该在施工前，对骨料进行检验，混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)对水泥及添
27、加剂的碱含量加以控制，做好防水隔离。对于已建结构，必须发现一处及时进行有效修补一处，同时作好砼毛细孔封闭工作，隔绝水分或潮气浸入，若发现已较严重，则应拆除重建。（四）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（图24）。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)a 立面图混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)b 平面图图24 骨料膨胀剪锥体混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)2、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。3、砼冲剪锥体边缘裂缝的二侧有高
28、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（图25）。图25 多颗膨胀源引起层离裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)5、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。（五）骨料膨胀类型判别 由于骨料膨胀类型较多，这里从表面大致判别 1、石子周围有白色反应环者，多为碱活性骨料所产生。2、裂缝中渗出乳白色，黄褐色，咖啡色，甚致黑色的碱硅凝胶，用湿布不易擦掉，多为碱骨料反应。3、膨胀源呈白色粉团、姜黄色石子和多为含氧化镁石子及生石灰吸潮膨胀所致。混凝土桥梁病
29、害诊断及维修加固技术(1)（六）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。六、钢管拱桥裂缝 1、钢管混凝土拱拱脚构造裂缝 钢管混凝土拱的拱脚与系梁连接处若采用钢筋混凝土连接构下图为义乌宾王桥拱脚裂缝；图26-a,26-b为宾王桥实景；混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图26-a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图26-b混凝土桥梁病害诊断及维修加
30、固技术(1)图27-a,27-b为宾王桥拱脚连接构造混凝土顺拱向裂缝 图27-a混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图27-b混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)产生这类裂缝的根本原因是由于钢复拱的钢管导热系数高，而混凝土的导热系数低，当在日照作用下，钢管温度比混凝土高，以致钢管膨胀量比混凝土大，从而胀裂外包混凝土，虽然混凝土内部已布置了非常多的钢筋，但效果甚少。2、钢管与核心混凝土粘结脱壳 其主要原因是日照后，钢笔钢管温度高于核心混凝土所产生。七、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
31、外温差而裂缝，一般在浇筑过程中，混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)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。图28为某斜拉桥塔基混凝土承台，养护状况混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图29为承台混凝土西侧面北部竖向裂缝 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图30为承台混凝土西侧面中部竖向裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图31为承台混凝土西侧面南部竖向裂缝混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图32为承台混凝土测温混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图33为用超声波探测裂缝深度混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)第一节第一节 荷载裂缝荷载裂缝
32、 一、正截面裂缝（图一、正截面裂缝（图34）所谓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。图34混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)二、斜截面裂缝二、斜截面裂缝 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。一、一、组合结构裂缝组合结构裂缝 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（图35）。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
33、整体性检验。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)a 肋板组合截面的结合面裂缝b 结合面裂缝部位图35 结合面裂缝 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)四、四、预加应力不足引起裂缝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36为上海中山西路三号桥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。图36 上海中山西路三号桥由于预加应力不足引起箱梁底板下缘裂缝 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)五、五、预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝 由于预应梁在张拉时，若混凝土强度未达到一定要求，或锚下配置抗应力集中钢筋不足时，就会出
34、现距锚具一定距离产生顺应力钢筋方向的纵向裂缝。图37a为某桥预应力横梁端部产生明显的锚下应力集中裂缝。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图37b为锚下混凝土应力分布示意图。由图37b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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)六、六、混凝土受压裂缝混凝土受压裂缝钢筋混凝土拱桥由于拱脚过大水平位移或船撞，往往引起拱脚下缘处于较高压应力状态，当压应力超过其抗压强度，就会产生沿受压方向的裂缝而破坏。图38为某刚架拱桥拱脚截面下缘混凝土产生受压纵向裂缝形态
35、，这种破坏形态类似于混凝土立方块受压破坏时的形态。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图38 如果受压继续加大，则下缘将全部压碎，内部下缘钢筋会产生压屈现象，这在软土地基上早期拱桥中是常见现象，如图39示意图。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图39 七、七、桥面板冲剪裂缝桥面板冲剪裂缝 在六十七十年代修建的桥梁中，特别是双曲拱农桥，大量采用少筋混凝土微弯板，往往未经计算和试验就应用于桥梁上，混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)在当时趟小型拖拉机还能使用，但随着国民经济发展，车载重越来越大，导致经常发生桥面板冲剪坡坏，如图40。图40混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)也有一些老桥，
36、由于桥面板板底钢筋锈蚀导致桥面板混凝土被胀裂崩落，使截面严重减弱而发生冲剪破坏，如上海四川路桥就发生这样的事故。八、八、桥面伸缩缝构造的损坏桥面伸缩缝构造的损坏 1、板式橡胶伸缩缝往往由于螺母松掉而损坏。2、型钢伸缩缝构造，由于桥面板端部无端横隔板，使桥面板的抗弯刚度不足，而导致型钢伸缩缝两侧锚固混凝土碎裂，图41。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图41混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)九、九、桥面纵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。1、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，图42。a 混凝土桥梁病害诊断及
37、维修加固技术(1)b图42 T梁横隔板焊接钢板脱焊及桥面纵裂混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)2、上海式的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。3、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，图43。图43混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)十、支座变位引起的裂缝 1、连续梁因桥墩不均匀沉降引起的裂缝（图44）图44 连续梁支座不均匀沉降引起的裂缝 2、拱圈因拱脚水平变位引起的裂缝（图45）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图 45 拱圈因拱脚变位引起的裂缝 跨中下缘正弯矩裂缝拱脚区段上缘负弯矩裂缝3、刚架拱因
38、拱脚变位引起的裂缝（图46）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图46 刚架拱因拱脚变位引起裂缝 第三节第三节 裂缝调查及形态分析裂缝调查及形态分析 钢筋混凝土闰害的主要表现是“裂缝”。一、裂缝调查方法：一、裂缝调查方法：混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)1、目测：裂缝界面、走向、部位、裂缝宽度 2、用笔勾画 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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3、注出位置坐标 4、沿裂缝划三个小圈，第一个圈是裂缝宽度最宽处（如）；第二个圈是主钢筋重心处裂缝宽度（如）；第三个圈是裂缝未处裂缝宽度（如）。并予以注明分子裂缝宽度以mm计；
39、分母时间（年、月、日）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)5、用于触摸裂缝 1)裂缝二侧无高差 2)裂缝二侧有高差 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)并把感觉予以记录 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)6、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 7、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 8、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混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)界面分析：1）界面清淅 是 混凝土桥梁
40、病害诊断及维修加固技术(1)2）界面模糊 否 主要是局部漏浆所致混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)3）无界面，表面凹凸 否 模板制作不平整混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)9、关于裂缝宽度的检测 1）裂缝宽度应指主筋重心部位的裂缝宽度混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)2）裂缝宽度真伪判别 10、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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)11、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）12、小结 裂缝调查口诀 一、
41、看看裂缝走向、部位、测量裂缝宽度。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。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)第二章第二章 桥梁变位检查及分析桥梁变位检查及分析 一般采用水准仪、经纬仪和全站仪进行变位检测 一、墩变位检测内容一、墩变位检测内容 1、墩、台沉降检测 2、墩、台倾斜检测 3、墩、台水平变位检测 4、墩、台挠度和轴线测定 5、桥面标高检测 6、伸缩缝宽度变化检测混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)拱脚水平变位检测方法拱脚水平变位检测方法 一般中小拱桥竣工时均未保存变位测点的原始标高值，因此推示拱桥由于拱脚水平变位往往存在困难，对此，一
42、般可测量拱桥的实际矢高与竣工时矢高的变化值f来估计拱脚水平变位 f实测f收缩f徐变f温差f水平变位 混凝土收缩和徐变引起矢高降低（f收缩和f徐变）可按规范规定进行检算，实测时温度与竣工时温度差引起的矢高差f温差由计算而得，所以由拱脚水平变位引起的矢高降低 f水平变位f实测f收缩f徐变f温差 拱脚水平变位f水平变位推力影响线跨中纵标（计算值）混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)三、拱桥拱轴变形曲线分析拱脚变位性质三、拱桥拱轴变形曲线分析拱脚变位性质 1、拱脚单纯水平变位引起拱轴抛物线变形，跨径增大矢高降低（图56a）2、混凝土收缩和徐变引起拱轴抛物线变形，此时跨径不变，矢高降低。无铰拱拱脚向后
43、转动，变位引起拱轴变形为马鞍形，此时跨径不变，矢高变化，四分点纵标抬高，拱顶纵标下降（图56b）。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)图56 拱脚变位引起拱轴变 混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)补充一、成品索的钢丝锈蚀补充一、成品索的钢丝锈蚀 目前斜拉桥、系杆拱桥、无推力拱桥和中承式拱桥等均采用平行钢丝挤塑成品索，一般而言它的防锈能力较强、较为耐久，但也不可掉以轻心，如管理不当，也会产生内部钢丝锈蚀。例浙江上虞人民桥为一斜独塔斜拉桥，该桥建于20世纪九十年代中期，但在2002年检查时，发现有五根成品索内部钢丝锈蚀严重，如图所示，究其原因是施工安装时，由于在地上拖拉时不慎把塑胶皮护套划开
44、所造成，因此今后在安装，换索过程中均要密切注意保护索的外套，直到安装完成。成品索易锈部位是锚具及减震器的口子上，特别是减震器处由于经常振动摩擦而导致索的护套磨损耗。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)补充二、关于受力裂缝的最大裂缝宽度确定补充二、关于受力裂缝的最大裂缝宽度确定 1 根据国家标准GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范附录C“C.0.10.”第4条规定：“对正截面裂缝，应量测受拉主筋处的最大裂缝宽度；对斜截面裂缝，应量测腹部斜裂缝的最大裂缝宽度。确定受弯构件受拉主筋处的裂缝宽度时，应在构件侧面量测。”2 交通部“公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范”第4.2.5条列出最大裂缝宽度（mm）3 关于最大裂缝宽度的取值 我国著名裂缝专家王铁梦院士在他的工程结构裂缝控制一书中指出，应在最大裂缝宽度的15范围内取平均值作为最大裂缝宽度取值。混凝土桥梁病害诊断及维修加固技术(1)
