2 上部结构的典型病害分析与养护对策
2.1 空心板简支梁桥
装配式空心板桥，是中小跨径的常用桥梁，空心单板预制安装，板与板之间通过铰缝构造进行连接，再浇筑整体式钢筋混凝土现浇层或再加铺一层沥青混凝土铺装层而成。装配式空心板采用横向铰接连接，即视铰缝只能传递剪切力，不传递弯矩。铰缝是保证空心板在汽车荷载作用下各块板共同参与受力的一个重要构造。铰缝的构造又分为小铰缝和大铰缝，小铰缝构造偏小，在重载交通的作用下，极易损坏，在运营一段时间后，易出现单板受力现象。空心板简支梁桥结构如图2-1所示。
图2-1 空心板简支梁桥结构图解
空心板简支梁桥常见病害有空心板跨中弯曲裂缝、空心板板底纵向裂缝、空心板腹板斜向裂缝和竖向裂缝、空心板单板受力以及耐久性病害等，其中单板受力是最典型也是最危险的状态。
2.1.1 空心板跨中弯曲裂缝
病害特征
如图2-2、图2-3所示的裂缝称为弯曲裂缝。这类裂缝一般在梁（板）跨中，即
附近产生。在梁（板）的侧面，这类裂缝往往从梁板的受拉区边缘，沿与主筋垂直的方向竖直延伸，通常在两条延伸较长的裂缝间有数条较短的裂缝。这种裂缝宽度一般为0.03～0.2mm，板的裂缝宽度一般略小于T梁的，裂缝的间距一般为0.05～0.3m。
图2-2 板底受拉区的弯曲裂缝
图2-3 梁（板）受拉区的弯曲裂缝示意
在梁板的底面，这类裂缝也会沿着与主筋垂直的方向发生，特别是对于空心板，裂缝宽度一般为0.03～0.25mm。总体来说，这种裂缝主要出现在板的底面。
产生原因
这类裂缝主要是由弯曲拉应力超出混凝土极限抗拉强度引起的。
（1）重车超载造成梁板荷载效应增大，超出梁板的设计承载力，造成开裂。
（2）普通钢筋混凝土正常受力引起开裂。一般这类构件容许开裂，只要裂缝宽不超限值即可。
养护对策
一般认为，只要这类裂缝在梁（板）侧面延伸不到截面中性轴位置，这类裂缝的宽度在荷载作用下的变化就不大，也就比较稳定。所以，只要最大裂缝宽度不超过限值，即认为此种裂缝对结构当前的承载能力影响不大，但对结构耐久性有影响。
（1）对于缝宽大于0.15mm的梁（板）均先进行裂缝灌注处理，然后在板底粘贴纵向钢板或者碳纤维布加固补强，提高承载力。
（2）对于缝宽小于等于0.15mm的裂缝只需进行裂缝封闭处理即可。
2.1.2 空心板板底纵向裂缝
病害特征
如图2-4所示，沿着板底顺桥向出现纵向开裂的裂缝为纵向裂缝。
图2-4 空心板板底纵向裂缝
产生原因
（1）预应力构造引起的裂缝：预应力管道保护层太薄，张拉预应力钢绞线后，在该薄弱位置出现较大的横向拉应力，使混凝土开裂，从而形成纵向裂缝。
（2）主筋锈胀引起的裂缝：纵向主筋由于保护层不足，出现锈胀，导致混凝土开裂。
养护对策
（1）预应力构造引起的裂缝。
①对于缝宽大于0.15mm的梁板均先进行裂缝灌注处理，然后在板底粘贴横向钢板或者碳纤维布加固补强，提高承载力。
②对于缝宽小于等于0.15mm的裂缝只需进行裂缝封闭处理即可。
（2）主筋锈胀引起的裂缝。
①对于主筋锈蚀严重的主梁应进行更换。
②对于主筋锈蚀不严重的主梁应凿除松散的混凝土，进行钢筋除锈、防锈，然后采用高强混凝土恢复保护层，视情况粘贴钢板或者碳纤维布加固补强。
2.1.3 空心板腹板斜向裂缝
病害特征
普通钢筋混凝土空心板梁端时常出现斜向裂缝（见图2-5）。这类裂缝通常表现为两种形态：一种为中间宽两端细，呈枣核状，与梁体顺桥向成45°夹角，为腹剪斜裂缝；另外一种为上细下宽，由竖向裂缝引伸而成的斜向裂缝，裂缝从主应力轨迹图上看，在剪弯区段截面的下边缘，主拉应力还是在水平方向，为弯剪斜裂缝。
图2-5 空心板腹板斜向裂缝
产生原因
梁端斜裂缝是由空心板梁梁端抗剪能力不足所致的。
养护对策
裂缝宽度不超过规范规定的限值时，进行封闭裂缝处理即可；若裂缝宽度超过规范规定的限值，应对梁端腹板进行加固，以提高其抗剪承载能力，通常采用粘贴钢板或梁端增大截面法加固。
2.1.4 空心板腹板竖向裂缝
病害特征
普通钢筋混凝土空心板梁跨中腹板经常会出现竖向裂缝（见图2-6），裂缝呈枣核形状，即两端细、中间粗，是典型的收缩裂缝。裂缝下端细是由于空心板梁底部配筋量大，上端细是由于裂缝逐渐延伸至受压区而消失，中间粗是由于腹板侧面中部纵向配筋较少，混凝土收缩而使缝宽加大。
图2-6 空心板腹板竖向裂缝
值得注意的是，部分空心板梁腹板竖向收缩裂缝下端经常与梁底横向裂缝重合，容易造成将收缩裂缝的长度误判为横向裂缝开裂高度。遇到这种情况时，应根据裂缝梁底横缝的宽度和跨中挠度变化加以区分。
产生原因
在施工中，由于模板限制腹板混凝土收缩，导致混凝土受拉，加之腹板水平配筋量少，导致混凝土开裂。其形成机理如图2-7所示。
图2-7 收缩引起的梁腹板竖向裂缝形成机理
养护对策
空心板梁竖向收缩裂缝不影响结构承载能力，仅影响耐久性，只需进行裂缝封闭处理即可。
2.1.5 空心板单板受力
病害特征
空心板单板受力指在公路桥梁的梁板式桥中，由于板间铰缝被剪断，造成车辆通过时的荷载不能通过铰缝进行传递，桥所受荷载只能由单个梁板承受，而形成的一种桥梁病害。主要表现形式为：
（1）重车通过时，梁板挠度过大，影响桥梁安全（见图2-8）。
图2-8 空心板相对下挠
（2）铰缝破损、渗水（见图2-9）。
图2-9 空心板铰缝全长渗水
（3）桥面铺装层产生纵向裂缝（见图2-10、图2-11）。
图2-10 桥面纵向裂缝（一）
图2-11 桥面纵向裂缝（二）
产生原因
梁板产生单板受力的原因主要从以下三方面分析。
（1）设计方面的原因：车辆超载是产生单板受力的主要原因。但从设计角度来看，为什么在已出现单板受力的桥梁中，预制空心板顶板被压碎的情况却极少发生？这至少说明铰缝部位在设计方面的安全储备远低于顶板的。目前常用的预制板设计，一般都存在以下缺憾：
①铰缝的形式不够合理。例如梁端一定范围内的铰缝宽度只有1cm，再加上梁板预制和安装就位时的误差，使得铰缝的浇注质量难以保障。另外，在跨中部位的铰缝形式也不尽合理，其抗剪效率不够理想。
②设计中没有考虑铰缝混凝土自身的收缩作用，没有足够重视新旧混凝土间黏结力的弱化作用。
③铰缝钢筋布置太少，顶板连接钢板抗力不足。
④铰缝设计理论不够完善，难以真实体现梁板间的实际受力状况。从荷载的横向分配理论可知，设计理论是按铰接形式对单个荷载按影响线分配的，但实际受力却介于铰接与刚接之间，制约因素与铰缝的断面形式和施工质量有关。
（2）施工方面的原因：预制梁板的单板受力与施工质量有着密切的关系，因为在同一条路线上、同一种结构形式的桥梁，有的发生单板受力，有的却没有发生，便足以说明这一问题。在施工时一般应注意如下几个问题：
①预制板侧面应认真凿毛，并仔细清除由于凿毛而产生的松动混凝土块，以增强新旧混凝土间的黏结和抗剪能力。
②浇注铰缝混凝土前，应对梁体侧面进行洒水湿润，以保证新旧混凝土间的良好结合。
③务必灌满振实铰缝混凝土，并进行必要的养护。
④最好能够使用防收缩或微膨胀水泥浇注铰缝混凝土。
⑤梁板吊装时，要密切关注支座受力的均衡性，切忌支座悬空。
⑥铰缝混凝土未达到设计强度前，严禁在桥上行驶车辆等重型荷载，以免使铰缝产生内伤。
（3）其他方面的原因：如重车超载、桥面日常养护不到位以及支座脱空等。
养护对策
空心板形成单板受力后，单板所承受的荷载大大增加，在重车作用下，出现各种病害，严重的可导致梁板端部剪切断裂或跨中弯曲破坏。所以一旦梁板有单板受力现象，必须及时处治，主要养护对策有：
（1）更换桥面铺装层，凿除松散的铰缝混凝土，在铰缝两侧横向植筋或者粘贴横向钢板，加强横向连接。
（2）增大桥面铺装层厚度及加强钢筋布置，建议设置双层D10钢筋网片，混凝土浇筑厚度不小于12cm。
（3）梁板底部增加横向连接，改善荷载横向分布，提高梁板的整体承载力。
2.1.6 空心板耐久性病害
病害特征
空心板耐久性病害主要有梁板钢筋锈胀、混凝土剥落（见图2-12）和混凝土破损、缺角（见图2-13）。
图2-12 板底钢筋锈胀、混凝土剥落
图2-13 梁板边角混凝土破损、缺角
产生原因
（1）梁板钢筋锈胀、混凝土剥落主要原因为：混凝土保护层不足，在周围环境作用下产生钢筋锈蚀，钢筋锈胀导致表面混凝土剥落。
（2）梁板边角混凝土破损、缺角主要原因为：桥下通行车辆超高，车辆顶部长时间刮擦梁板导致混凝土破损、缺角。
养护对策
（1）当主筋锈蚀严重，混凝土大面积剥落时，梁板承载力降低，应考虑及时更换梁板。
（2）当钢筋锈蚀不严重时，建议先凿除周边疏松混凝土，对外露锈蚀的钢筋进行除锈、防锈处理，再采用高强混凝土恢复保护层（见图2-14）。
图2-14 混凝土破损修复示意
（3）混凝土破损、缺角可以采用高强混凝土修补（见图2-15）。
图2-15 混凝土破损、缺角修补