中国地质大学远程与继续教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：桥梁工程病害分析
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程（道桥方向）
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学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期：
内容摘要
本人作为一名桥梁检测工程师，长期在检测工作一线与桥梁工程病害接触，
发现桥梁工程病害具有一定的相似性，如果加以归纳总结，对一线桥梁养护工作
人员以及桥梁维修加固人员具有一定的参考与借鉴，并大大提高桥梁检测工程的
野外实际，提高检测工作的效率，如是本人做了桥梁工程病害分析的课题研究。
本文首先阐述了混凝土桥梁的共有病害，对桥梁结构承载能力、桥梁结构安
全使用与桥梁结构使用寿命的影响，并表明混凝土桥梁病害如果任其发展，会直
接危害到桥梁结构正常运营。
然后，本文在收集了以往桥梁病害检测成果报告基础上，整理了桥梁结构最
常见的混凝土梁式桥病害资料，对桥梁病害按桥梁结构部件进行规类和原因分析
系统的分析总结了混凝土梁式桥发生病害的原因多方面的，与桥梁结构所处环境
设计、施工、材料、管理养护等方面存在一定影响。
最后本文通过对金华市武义县明招大桥进行桥梁工程病害调查、结构检测、静
载实验、动实验载，得出了桥梁上部承重结构、桥墩台及基础、桥面铺装等部件桥
梁工程病害的成果，从而为接下来该桥梁工程病害的桥梁养护管理、维修加固决
策提供一定的理论依据。为桥梁结构的维修加固处理提供了技术依据。
关键词： 桥梁工程病害；混凝土桥梁；维修加固
目 录
1 引言..............................................................1
1.1 桥梁工程病害概述..............................................1
1.2 我国现有桥梁工程病害现状......................................1
1.3 桥梁的分类与组成..............................................2
1.4 本文研究思路和主要内容........................................2
2 混凝土桥梁常见病害及原因分析概述..................................4
2.1 混凝土病害现象................................................4
2.1.1 表层缺陷.................................................4
2.1.2 裂缝.....................................................6
2.2 混凝土桥梁病害原因分析.......................................16
2.2.1 环境因素...............................................16
2.2.2 设计因素................................................17
2.2.3 施工因素................................................17
2.2.4 运营因素...............................................17
2.2.5 维修措施因素...........................................17
2.2.6 材料因素...............................................17
2.3 本章小结.....................................................18
3 混凝土梁式桥病害分析.............................................19
3.1 上部结构.....................................................19
3.1.1 主梁....................................................19
3.1.2 横隔梁..................................................25
3.1.3 支座....................................................25
3.2 下部结构.....................................................27
3.2.1 盖梁....................................................27
3.2.3 墩台身..................................................28
3.2.4 墩台基础................................................31
3.3 桥面系.......................................................33
3.3.1 桥面铺装................................................33
3.3.2 桥面板..................................................37
3.3.3 伸缩缝..................................................39
3.3.4 人行道..................................................42
3.3.5 栏杆....................................................42
3.3.6 排水系统................................................42
3.4 其他部分病害.................................................43
3.5 本章小结.....................................................44
4 工程实例分析......................................................45
4.1 工程概况.....................................................45
4.2 桥梁病害调查构件编号方法.....................................45
4.3 桥梁工程病害检查.............................................46
4.3.1 桥梁工程病害检查方法....................................46
4.3.2 桥梁工程病害成果........................................47
4.4 专项无损检测 .....................................................82
4.4.1 全桥混凝土回弹强度检测结果..............................82
4.4.2 全桥混凝土碳化状况检测结果.............................82
4.4.3 全桥混凝土保护层厚度检测结果...........................83
4.4.4 混凝土电阻率检测结果...................................84
4.4.5 桥梁线形检测............................................85
4.5 桥梁现有承载能力检算 .............................................87
4.5.1 计算中基本参 数 的 取值 .......................................87
4.5.2 承载能力 极限 状 态 检算.......................................87
4.5.2.1 承载能力 评 定内容......................................87
4.5.2.2 承载能力检算系 数 .....................................88
4.5.2.3 承载能力 恶 化系 数 .....................................88
4.5.2.4 截 面 折减 系 数 .........................................89
4.5.3 基 于 检测结果的承载能力 评 定.................................89
4.6 静荷载试验 ......................................................91
4.6.1 静 荷 载 试 验的 模型 ...........................................91
4.6.1.1 试 验 项目 .............................................91
4.6.1.2 静载 试 验加载效率......................................92
4.6.1.3 静载 试 验 荷 载等 级 的 确 定................................92
4.6.1.4 控制截 面和加载工况....................................94
4.6.2 加载 车辆 及 试 验效率.........................................95
4.6.3 加载 车辆试 验 布 载...........................................96
4.6.3.1 空心 板梁 各 工况下影响线 布 载...........................96
4.6.3.2 各 工况加载 位置图 .....................................96
4.6.3.3 各 工况下 试 验 截 面理论 控制值 ...........................99
4.6.3.4 测 点 设 置 .............................................1 00
4.6.3.5 试 验加载.............................................1 0 1
4.6.3.6 试 验资料整理........................................1 0 2
4.6.3.6.1 试 验资料的修正....................................1 0 2
4.6.3.6.2 各 测 点变位（挠 度、 位移 、 沉降） 与 应变 的计算.......1 0 3
4.6.3.6.3 主要测 点 的效验系 数 及相对 残余变 形的计算............1 0 3
4.6.3.6.4 主要测 点 弹性 变位（或应变） 与相 应 的理论计算 值 的 关 系 1 0 4
4.6.3.6.5 裂缝发展状况......................................1 0 4
4.6.3.7 桥梁承载能力 评 定....................................1 0 4
4.6.3.7.1 结构工作状况......................................1 0 4
4.6.3.7.2 结构 刚 度..........................................1 0 5
4.7 动载试验 ........................................................1 0 5
4.7.1 动载测 试 内容及方法....................................1 0 5
4.7.2 动载工况..............................................1 0 6
4.7.3 测 点布置 ..............................................1 0 6
4.8 静载试验结果 ....................................................1 0 7
4.8.1 试 验加载效率...........................................1 0 7
4.8.2 裂缝 观 测...............................................1 0 7
4.8.3 挠 度测 试 成果...........................................1 0 7
4.8.4 应 力测 试 成果...........................................111
4.8.5 静载 试 验 数 据分析.......................................114
4.9 动载试验测试成果 ................................................115
4.9.1 桥梁结构 脉 动 模型 分析...................................115
4.9.2 桥梁结构 脉 动 试 验.......................................116
4.9.3 桥梁结构 跑车 ...........................................118
4.9.4 动载 试 验 数 据分析.......................................119
4.10 桥梁工程病害原因分析.......................................119
4.1 0 .1 病害原因分析..........................................119
4.1 0 .2 下部结构及基础........................................12 0
4.1 0 .3 桥面系及 附属 设施......................................12 0
4.11 本章小结...................................................12 0
5 结论与展 望 ......................................................121
5.1 结论........................................................121
5.2 展 望 ........................................................121
1 引言
1.1 桥梁工程病害概述
随着 我国国 民经济 的 快速 发展， 交 通运 输事业 发展成为 经济增速 的重中 之 重，
随之 我国的路、桥 建 设得到了 飞速 的发展， 取 得了 巨 大成 就 。如 今 ，在 祖 国的 江 、
河 、 湖 、 海 和高 速公 路上， 不同 类 型 、 不同跨径 的桥梁， 千姿百态 ， 异彩纷呈 ，展
示着 我国 交 通 特别 是 公 路桥梁 建 设的 辉煌 ，我国桥梁 建 设技术总 体 上 也 进 入 国际
先进水 平 行 列 。
桥梁是道路的 咽喉 ，在我国道路 事业 上发 挥着 重要作用， 但由于 桥梁结构在
运营中 由于反复 承 受着车轮 的 磨损 、 冲击 ， 遭受暴雨 、 洪 水、 风沙 、 冰雪 、 日晒 、 冻
融 等 自 然因素的 侵蚀破坏 ， 特别 是我国国 情 在 交 通 量 和重 型汽车 的 不断增 加， 超
限监控又不 到 位 的 情 况下，部分桥梁材料的性 质衰变 ，以及 由于 设计和施工 留 下
的一 些 缺陷， 必 然 造 成道路桥梁使用 功 能和行 车服务质量 的 日趋退 化、 不适应 ，
在 已经 运营的线路上，有 些 桥梁 却未达 到其使用寿命而过 早地 发生 损坏 ，一 些建
成工程 已暴露 出了 较严 重的 耐久 性 问 题，使用寿命 远低于 设计寿命 标准 。
如我国 第 一座 城 市大 型立交 桥 —北京西 直 门立交 桥，198 0 年 12 月建 成， 由
于受 到 冰盐侵蚀 、 反复冻融 、 钢筋锈蚀 等作用 严 重 破坏 ， 于 1999 年 3 月即拆除 重
建 ，寿命 不 到 19 年 。
位于京广 线正线上的 某百孔 大桥，1976 年交付 使用，1995 年 在 预应 力梁 体 上
发现 沿预应 力 筋 的裂缝， 此 后病害 不断 发展，到 2 000 年又 发现 第 52 孔曲 线内梁
的 腹 板 箍筋 和一 束预应 力 钢丝锈断 ， 经诊断 查明其病害 根源 在 于 梁 体 本身的 碱—
硅反应 和外 界氯盐侵蚀 ，为 彻底消除隐患 ，最 终花 了 近两个月 的 时间 在 2 00 2 年底
进行 换 梁大修， 耗 资 数千万元 。
桥梁是生命线工程的重要环 节 ， 若 因 耐久 性 不足 及 早 进行大修 或更换 ， 不仅
耗 资 巨 大， 给政府 构成 沉 重的 财政负担 ， 还 会 由于交 通的 临时 中 断 而引发 更 多的
社 会、 经济问 题。
所以，研究桥梁混凝土结构的 耐久 性，以及病害发生的原因和处理，从而对
桥梁进行有 针 对性的管养和维修与加固技术措施，具有一定的理论和现实 意 义，
这也 是本论文的 缘由 。
1.2 我国现有桥梁工程病害现状
根 据 1982 年 全国 公 路 普 查资料，我国 公 路现有桥梁中危桥 约占 3.54 %： 而
国道 干 线上的危桥 约占 2 % 。在现有桥梁中， 除 按 1972 年交 通部 颁布 的 《公 路工程
技术 标准(试 行 )》 和 1982 年 以来 颁布 的 《公 路工程技术 标准》(JTJl． 1981 ) 设计 建
造 的桥梁， 尚 能基本 满足近 期 交 通要 求 外，在 此之前 ， 特别 是 2 0 世纪 5 0 年代 后
期及 6 0 年代 的一 些 桥梁大 都 发生 荷 载 吨 位不足 ， 甚至 干 线 公 路桥梁重 车 无 法通过
的 情 况 时 有发生。 目前 ，在国道 干 线桥梁中，设计 荷 载等 级 在 汽 - 1 0 级 以下 者 占
5.4 % 。加 之 好 些 桥梁的桥 龄 较 长， 质量不 高，有的桥面 净宽 不足 ；有的发生 老 化、
破损 、裂缝等 情 况；有的 则 由于 其他工程施工影响而引 起 破坏 ； 同时 ， 必 须清楚
地 看 到 新 建 的桥梁中， 由于 施工工 艺 、方法、材料等因素的影响，使 新 桥 也 很 快地
成为 被 维修的对象。例如，1999 年 3 月 被 全国人大 代 表 点 名 批 评 的 四条 高等 级 道
路 ( 沈四 线、 柳南 线、 昆绿 线、 佛开 线 ) 称 为 豆腐渣 工程，其中 佛开 线 ( 佛山 一 开 平)
是 1996 年 12 月 竣 工，1998 年 9 月 全路 封闭 维修 三 个月 ，原因是该路的所有桥面
均 出现大面 积开 裂、 松散 等， 严 重 地 影响 车 道的运行 ［ 4 ］ 。
桥梁的病害 由于 其 数量之 大， 地 域 之广 ， 项目之 多，对 交 通运 输 安全 畅 通 带
来 严 重的影响，修 复 费 用 之 浩繁 ，现 已 成为 世界各 国共 同关 注 的 问 题。因 此 我 们
必 须注 重桥梁工程的病害分析， 采 用有效措施 避免 或 修 复 桥梁工程病害， 确 保桥
梁结构的安全运营，保 障 人 民 生命 财 产 安全， 促 进 经济 的发展。
1.3 桥梁的分类与组成
桥梁按 照 结构 体 系 划 分，有梁式桥、 拱 桥、 刚 架 桥、 缆索 承重桥 (即 悬索 桥、 斜
拉 桥 ) 等 四种 基本 体 系，其他 还 有 几种 基本 体 系组 合 而成的组 合 体 系等。桥梁的基
本组成 ： 概 括 地 说 ，桥梁 由 四 个 基本部分组成， 即 上部结构、下部结构、桥面系和
其他部分。上部结构是在线路中 断时跨 越障碍 的主要承重结构，是桥梁支座以上
( 无铰拱起拱 线 或刚 架 主梁 底 线以上 )跨 越 桥 孔 的总 称 ， 当 跨 越幅 度大 时 ，上部结
构的构 造也就 越 复 杂 ，施工 难 度 也 相 应增 加。下部结构 包括 桥墩、桥台和基础，桥
墩和桥台是支承上部结构并 将 其 传 来的 恒 载 再传至 基础的结构 物 。桥墩和桥台 底
部的 奠 基部分， 称 为基础，基础承 担 了从桥墩和桥台 传 来的全部 荷 载， 这些荷 载
包括竖向 荷 载以及 地 震 力、 船舶撞 击 墩身等引 起 的水 平荷 载。桥面系 包括 桥面铺装
桥面板、伸缩缝、人行道、栏杆以及排水系统等。桥梁其他部分 包括翼墙 、 锥坡 、调
治 构 造 物 ［ 7 ］ 。
1.4 本文研究思路和主要内容
我国桥梁大部分为 建 国后所 建 ，桥 龄 一 般 为 4 0 年 左右 ，桥梁病害 开始逐渐 暴
露 ， 不 少 桥梁 已经或 正在发生 老 化、 破损 、出现裂缝等现象，危桥 逐 年增 多，承载
能力 逐 年 下 降 。 造 成 这 样 桥梁工程病害原因是方面，桥梁结构 由于 作用 荷 载的 随
机 性、材料强度的 离散 性、 制造 与施工 质量 的分 散 性、计算 假 定的 近 似性等因素，
有的桥梁病害 由于 原设计 荷 载 标准 偏 低 ，现在重 车增 多，行 车 密 度 不断增 长；有
的桥梁病害 由于 采 用桥 型 结构 不 当 或 设计计算 假 定 不 尽合 理；有的桥梁病害 不 重
视 施工 质量未 按 操 作规程 办 事 ； 也 有的桥梁病害 由于 养护 不 当 或年久 失 养； 还由
于反复 承 受着车轮 的 磨损 、 冲击 ， 遭受暴雨 、 洪 水、 风沙 、 冰雪 、 日晒 、 冻融 等 自 然
因素的 侵蚀破坏 ， 建 筑 材料的性 质衰变 ， 或 上述 情 况 兼 而有 之 。 种种 原因 造 成 不
少 桥梁发生病害， 甚至 有的 已 成为 “ 危桥 ” ， 严 重 地 影响了桥梁的承载能力和正
常使用。
在我 们 日 常桥梁检测过程中 可 能发现 某些 多 次 出现的桥梁病害， 它们 在表现
形式和形成 机 理等方面 可 能存在 着 共 同点 - 即隐 含 着 现有设计理论和施工方法中
的 不 合 理因素。如果能 够找 出 同 一类害 产 生的共 同 原因并得到一 个 对该类病害 普
遍 适应 的 防治 及 改 造 方法， 就 可 以在 今 后的设计和施工 当 中有效 地减 少 该类桥梁
病害发生的 几 率，从而 起 到 未雨 绸缪 的作用。
本文 根 据实际工程 项目 收集桥梁工程中混凝土梁式桥 各 类病害以及发生 事 故
的桥梁的基础上，对其桥面系、上部结构和下部结构及其他部分共 四 个 部分病害
进行归纳分类分析，分 别 阐述 各 部分的常见病害及病害原因。 同时 ，结 合绍兴 市
西 大 门公 铁 立交 桥 特 殊 检测 项目 对梁式桥桥梁工程病害进行具 体 分析，并加以 评
价 ，为 今 后类似桥梁的病害分析、检测、维修及加固提供一 个 借鉴。
2 混凝土桥梁常见病害及原因分析概述
2.1 混凝土病害现象
混凝土，如果考 虑 到任 何 特 定的环境， 则它 是一 种 耐久 性材料， 耐久 性主要
是 由 混凝土 质量 以及环境因素决定的。混凝土 遭受各 类化 学 和 物 理 变 化，所以 经
常会出现 各 种 各 样 的病害。 钢筋 混凝土结构 即 使是设计、施工、 选 材 非 常 良好 的结
构， 也 会 随服 役 时间 的 延 长、 各 种 因素的影响出现 各 种 各 样 的病害， 这些 病害 轻
者 影响结构正常使用，缩 短 结构 服 役 时间 ，重 者将 危及使用安全 ［ 9 ］ 。本文主要 把
混凝土的病害归为 两 类， 第 一类是表层缺陷， 第 二 类是裂缝。
2.1.1 表层缺陷
混凝土表层缺陷主要有 蜂窝 、 露筋 、 麻 面、 空 洞 、 磨损 、 锈蚀 、 老 化、 剥落 、表层
成 块脱落 、构件 变 形、接缝 不平 等病害 ［ 4 ］ 。
1. 蜂窝
蜂窝 一 般 是 由 以下原因 造 成的 ：
（ 1 ） 施工 不 当
混凝土 灌注 中缺 乏 应 有的 振捣 ；分层 灌注 时 违 反 操 作规程，运 输时 混凝土 产
生 离 析； 模 板缝 隙 不严 ，水 泥砂浆流失 等。
（ 2 ） 结构 不 合 理
配 筋 太密 ，混凝 士粗骨 料 粒 径 太 大， 坍落 度过小等。
2.混凝土 老 化、 剥落 、 钢筋 外 露
造 成混凝土 老 化、 剥落 的原因有多 种 ，有施工因素， 也 有环境的因素。混凝土
老 化、 剥落 直接 导致 露筋 病害，如 图 2.1 所 示 。
图 2.1 混凝土 剥落 、 露筋 图 2.2 施工原因 造 成 露筋
（ 1 ） 施工因素
保护层 太薄 ；保护层处混凝土 漏振 或 振捣 不 实等，如 图 2.2 所 示 。
（ 2 ） 环境因素
有 侵蚀 性的水的化 学 作用。最常见的是 含 氯 离子 的水从桥面板 铰 缝 或 伸缩缝
中 渗漏 。梁和墩 帽 是最常见的 遭 到 破坏 的桥梁构件，而 且 破坏位置 一 般 在桥面板
铰 缝 或 伸缩缝 附近 。
特别 是我 们浙 江 温州 、台 州 等 沿海地 区 因 气候 常 年 潮湿 ， 空 气 、 河海 中 含 盐量
较 高 丽 使 锈蚀问 题 显 得 尤 为 突 出， 还 有 腐 蚀破坏 有水从外 边 梁上 流 下， 还 有桥下
的 车辆经 过 时 ， 溅起 的水 腐 蚀 桥。
而在我国 北 方 严 寒 地 区 冰冻 及 干 湿 交 替循 环作用，长期以来 严 重的 冬季 一直
威胁 着 混凝土结构的长期使用。混凝土表层水 受冻 结 冰 膨胀 ， 造 成混凝土表面 酥
松 ，使得混凝土成 片剥落 ， 也 是混凝土结构 老 化病害的主要 问 题 之 一。
图 2.3 墩 帽 混凝土 受 水 侵蚀
图 2.4 梁板混凝土 铰 缝 附近受 水 侵蚀
3. 麻 面
麻 面一 般 是 由于 旅 工 时 采 用 模 板表面 不 光滑 ， 模 板 湿润 又不 够 ， 致 使构件表
面混凝土内的水分 被吸去 。
