既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因
2014-08-21
目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時(shí)期，作為公路重要組成部分的橋梁，必須隨著公路技術(shù)等級(jí)的提高，而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國(guó)既有橋梁中鋼筋混凝土橋梁占較大比重，其技術(shù)狀況較差，一方面由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外，在此之前特別是50年代后期和60時(shí)年代建造的橋梁，大多數(shù)長(zhǎng)期承受超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的車輛荷載；另一方面由于橋梁設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理、周圍環(huán)境等方面的問(wèn)題，以及橋梁在使用過(guò)程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因，導(dǎo)致既有鋼筋混凝土橋梁承載能力不夠，技術(shù)狀況急劇下降，或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象，這造成危橋增加，對(duì)行車的影響越來(lái)越大，使橋梁成為公路交通運(yùn)輸?shù)?ldquo;頸口”，嚴(yán)重影響整條線路的暢通，也成為交通事故多發(fā)地點(diǎn)。本文根據(jù)我校二十余座橋梁檢測(cè)情況以及相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了既有鋼筋混凝土橋梁常見病害，并分析了病害的發(fā)生原因，這對(duì)于確定既有鋼筋混凝土橋梁的技術(shù)狀況，以便采用相應(yīng)的加固、改善措施，確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。
關(guān)鍵詞：既有鋼筋混凝土橋梁 病害
1 前言
我國(guó)橋梁大部分是建國(guó)以后興建的，橋齡一般在40年左右。橋梁的結(jié)構(gòu)類型：在一般的中小橋中，主要為鋼筋混凝土梁、板橋和石拱橋，少數(shù)為雙曲拱橋，承載能力較高。在大中型橋梁中，數(shù)量較多的為石拱橋和鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋，雙曲拱橋也不少，鋼筋混凝土肋拱橋和鋼梁橋?yàn)閿?shù)較少。
目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時(shí)期，根據(jù)公路建設(shè)的要求，主要干線公路要達(dá)到專用公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或不低于一般公路和二級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般干線公路也要達(dá)到一般公路的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。作為公路重要組成部分的橋梁，必須隨著公路技術(shù)等級(jí)的提高，而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國(guó)現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況較差，主要表現(xiàn)為：（1）橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低。我國(guó)目前61.6％的中小橋分布在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的公路上，這些橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)大多為汽-13、拖-60或汽-15、掛-80，還有相當(dāng)一部分橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)僅為汽-10、履帶-50，甚至低于汽-10級(jí)。除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外，在此之前特別50年代后期和60時(shí)年代建造的橋梁，大多數(shù)長(zhǎng)期承受超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的車輛荷載，導(dǎo)致承載能力不夠，技術(shù)狀況急劇下降，或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象，這造成危橋增加，對(duì)行車的影響越來(lái)越大，使橋梁成為公路交通運(yùn)輸?shù)?ldquo;頸口”，嚴(yán)重影響整條線路的暢通，也成為交通事故多發(fā)地點(diǎn)；（2）橋梁設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理、周圍環(huán)境等方面的問(wèn)題，以及橋梁在使用過(guò)程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因，服役橋梁在營(yíng)運(yùn)多年以后在承載能力和使用性能方面存在不同程度的退化現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2000年底，我國(guó)公路上共查出危橋5176座，達(dá)186632延米，完全拆除這些危橋進(jìn)行重建，需投入重建經(jīng)費(fèi)41億元左右，而一般情況下橋梁加固改造費(fèi)用約為新建橋梁費(fèi)用的10-30%。雙曲拱橋加固改造費(fèi)用約為新建橋梁費(fèi)用的20-40%，若以橋梁加固改造費(fèi)用為新建橋梁費(fèi)用的40%計(jì)算，對(duì)我國(guó)查出的5176座危橋來(lái)說(shuō)，對(duì)他們進(jìn)行加固改造利用可節(jié)省投資近25億元。由此可見，通過(guò)加固改造充分利用現(xiàn)有橋梁，將會(huì)節(jié)省大量的公路建設(shè)投資，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
根據(jù)橋梁破損狀況和性質(zhì)，查明現(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁的病害程度和原因?qū)τ诖_定橋梁的技術(shù)狀況，以便采用相應(yīng)的加固、改善措施，確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。
2 既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因
常見鋼筋混凝土梁、板，雙曲拱橋在建造或運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后往往會(huì)伴有病害的發(fā)生，產(chǎn)生病害既有外界因素也有內(nèi)部因素。根據(jù)我校對(duì)湖南省常寧北門橋、長(zhǎng)永高速路跨線等20余座舊橋檢測(cè)情況，結(jié)合其它文獻(xiàn)資料，現(xiàn)把既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因總結(jié)如下[1~7]。
2.1混凝土質(zhì)量問(wèn)題
2.1.1 混凝土開裂
鋼筋混凝土橋梁開裂是一種較為普遍的現(xiàn)象。對(duì)既有橋梁進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估時(shí)，常需要對(duì)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析。裂縫有很多種，不同類型的裂縫產(chǎn)生的原因不同，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的影響也不同。橋梁施工期主要會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫、沉降裂縫、溫度作用產(chǎn)生的裂縫；使用期除了受力裂縫外，主要是隨時(shí)間發(fā)展的耐久性裂縫：縱向銹蝕裂縫、凍融循環(huán)作用引起的裂縫，堿骨料反應(yīng)引起的裂縫，鹽類及酸類侵蝕引起的裂縫。根據(jù)不同作用裂縫形態(tài)也有所不同，常見的有橫向裂縫（由于荷載、收縮以及溫度作用引起），剪切裂縫、斜裂縫（由于荷載作用或結(jié)構(gòu)錯(cuò)位移動(dòng)引起），X型交叉裂縫（由于地震作用）。因而，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性分析時(shí)，必須根據(jù)裂縫形態(tài)、走向、寬度、深度分清裂縫產(chǎn)生原因。由于雙曲拱橋是拱肋、拱波、拱板組合受力，開裂情況較為嚴(yán)重，下面著重分析雙曲拱橋裂縫種類和產(chǎn)生原因。
雙曲拱橋是本身橫向、縱向整體性較差，再加上是少筋或無(wú)筋預(yù)制拱肋和拱波，以縱向開裂為主，其次有橫向變形或受力縫產(chǎn)生；拱肋混凝土剝落與露筋現(xiàn)象也不少。
?。?）拱肋與拱波結(jié)合面縫：是由于截面組合較薄弱造成。
?。?）拱肋徑向縫：主要是由于橋臺(tái)變位而產(chǎn)生，一般均出現(xiàn)在3L/8至5L/8。
?。?）波頂縱縫：主要由于主拱圈橫向聯(lián)系不夠，使活載橫向分布趨向不利或由于橫隔梁尺寸偏小，主共橫向整體性差。，導(dǎo)致在拱波受力薄弱處波頂開裂。
?。?）拱腳截面拱背徑向縫：主要由于橋臺(tái)變位而產(chǎn)生。一般不設(shè)錨入臺(tái)座的拱背鋼筋的雙曲拱，裂縫集中在拱腳截面，對(duì)拱腳截面的彎矩起卸載作用，并無(wú)有害作用。但為了防止水滲漏與冰凍等的有害風(fēng)化影響，當(dāng)裂縫寬度>0.2mm時(shí)，宜加以封閉。
?。?）腹拱圈拱頂或拱頂附近出現(xiàn)沿橋橫向的裂縫。主要由于未設(shè)置伸縮縫或變形縫或伸縮縫或變形縫不能正常工作。
?。?）拱上建筑裂縫：腹拱、立墻由于施工質(zhì)量導(dǎo)致的混凝土壓碎、剪斷或錯(cuò)位等，必須進(jìn)行整修、加固或局部改建。
2.1.2 混凝土表面缺陷
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件種類、建橋環(huán)境、施工質(zhì)量以及使用情況等的不同，在基本構(gòu)件上缺陷產(chǎn)生的部位、種類和程度也不同。對(duì)于鋼筋混凝土橋上部結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，缺陷往往以表面裂縫、蜂窩（混凝土局部酥松，砂漿少，石子多，石子之間出現(xiàn)空隙，形成蜂窩狀孔洞的）、麻面（混凝土表面局部缺漿、粗糙，或有許多小凹坑，但無(wú)鋼筋外露現(xiàn)象）、空洞（混凝土內(nèi)部有空隙，局部沒(méi)有混凝土，或蜂窩特別大的現(xiàn)象，它常發(fā)生在鋼筋密集處或預(yù)留孔洞和預(yù)埋件處）、露筋、剝落（混凝土表面的砂、水泥漿脫落，粗骨料外露現(xiàn)象）、游離石灰（是由內(nèi)部滲出、附在混凝土構(gòu)件表面的附著物，通常為呈白色的石灰類附著物的總稱）、縫隙夾層（施工縫處混凝土結(jié)合不好，有縫隙或夾有雜物的現(xiàn)象）等。
對(duì)于公路混凝土橋梁，由于某一缺陷的日積月累的變化，加上環(huán)境的影響，有擴(kuò)大的危險(xiǎn)。例如蜂窩麻面，由于水的滲入，促使混凝上材料惡化，會(huì)引起鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕物的產(chǎn)生過(guò)程會(huì)有體積膨脹，又導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生銹蝕裂縫，形成惡性循環(huán)。另外，在混凝土公路橋中，缺陷和原因不是一一對(duì)應(yīng)的，不少情況是某一個(gè)原因是誘發(fā)源，其它則多為促進(jìn)缺陷發(fā)展的原因。
2.2 鋼筋銹蝕
鋼筋銹蝕可分兩種情況，一種是混凝土開裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，即先裂后銹；一種是因?yàn)楸Ｗo(hù)層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落，既先銹后裂。一般主體結(jié)構(gòu)中很少有先銹后裂的情況，但其附屬結(jié)構(gòu)如防撞墻等，卻有此種情況。調(diào)查顯示，有的防撞墻內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)幾乎無(wú)保護(hù)層，在大氣環(huán)境作用下鋼筋銹蝕得相當(dāng)嚴(yán)重。由于鋼筋銹蝕，導(dǎo)致表面混凝土開裂甚至成塊脫落，混凝土開裂或脫落又使原來(lái)處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中，如此惡性循環(huán)，如不加以維修養(yǎng)護(hù)，此種病害對(duì)橋梁的危害也是不可忽視的。保護(hù)層太薄或露筋，在橋梁竣工后幾年內(nèi)問(wèn)題并不顯得太突出，甚至一直處于被忽視的狀態(tài)，直到長(zhǎng)期的大氣作用導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕后才引起注意，再花費(fèi)人力、物力進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。
2.3 橋面系損壞
瀝青混凝土橋面擁包、車轍，水泥混凝土橋面出現(xiàn)龜裂：拱橋的瀝青柔性橋面年久失修，加上拱腔柔性填料的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的擁包、車轍；對(duì)于梁橋的混凝土橋面因橋面連續(xù)處理不當(dāng)而導(dǎo)致?lián)p壞的居多；行車道、人行道界限極不明確，人行道面層破損嚴(yán)重；混凝土欄桿一方面因混凝土老化剝落，露筋嚴(yán)重，另一方面因橋窄，大部分被汽車撞掉，而又不能得到及時(shí)修復(fù)，掉人下橋的現(xiàn)象也不少；伸縮裝置因施工不當(dāng)或其產(chǎn)品本身的原因破壞后，得不到及時(shí)恢復(fù)，絕大多數(shù)均被用瀝青混凝土或其它路面材料填塞，使之失去主梁伸縮作用，從而導(dǎo)致橋臺(tái)蓋梁被頂出較大的裂縫或位移，或者橋面起殼、脫落，欄桿起拱，無(wú)法保持其良好的使用性能，也影響其外觀形象。
2.4橋頭跳車
對(duì)運(yùn)營(yíng)數(shù)年后，鋼筋混凝土橋梁橋頭跳車是一種普遍的病害現(xiàn)象，從調(diào)查情況來(lái)看，臺(tái)后路面與橋臺(tái)路面高差普遍在2～3cm，個(gè)別橋甚至達(dá)到6～7cm。橋臺(tái)跳車一方面使行車不平穩(wěn)，增加汽車故障率；另一方面，對(duì)橋臺(tái)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大沖擊力，誘發(fā)或加重橋梁病害；第三，影響伸縮縫和支座的損壞。
引起橋頭跳車的主要原因是橋臺(tái)后填土及路基與橋臺(tái)間的不均勻沉降。臺(tái)后施工一般采用回填土，當(dāng)回填土密實(shí)度達(dá)不到要求，或分層夯實(shí)厚度偏大，均會(huì)造成回填土沉降顯著加大，且這種沉降在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到穩(wěn)定。另外，橋臺(tái)一般采用樁基或落于持力層較好的天然地基上，其沉降量在施工完畢后已完成，這就導(dǎo)致二者在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后產(chǎn)生沉降差。
2.5 橋臺(tái)變位
第一，設(shè)計(jì)或施工時(shí)基礎(chǔ)埋置深度不夠，或地基置于不良地基上，如軟土地基、淺層卵石上；第二，原設(shè)計(jì)跨徑普遍較小，極大地壓縮了河床過(guò)水?dāng)嗝妫瑢?dǎo)致橋孔通水不暢，局部沖刷增大，加速了基礎(chǔ)沖刷，第三，位于彎道上的橋梁，由于河道改變及水流的長(zhǎng)期作用，迎水面處橋面錐坡基礎(chǔ)更易被沖空。導(dǎo)致基礎(chǔ)變位、脫空，造成墩臺(tái)下沉、開裂，進(jìn)而影響主體受力結(jié)構(gòu)。
2.6 橋頭接線，線形差，影響行車安全
一方面由于修建時(shí)為節(jié)省投資和減少拆遷工作，出現(xiàn)橋頭接線長(zhǎng)度不夠，縱坡過(guò)大，以及平曲線半徑過(guò)小等不合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況；另一方面，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，橋梁改建工作趕不上公路改建工作，造成寬路窄橋，嚴(yán)重影響橋梁的通過(guò)能力，又增加了行車的危險(xiǎn)。
3 結(jié)語(yǔ)
從以上病害可見，我國(guó)既有鋼筋混凝土橋梁產(chǎn)生病害原因從大的方面來(lái)看，主要有4方面的原因：第一，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，導(dǎo)致現(xiàn)有橋梁超載嚴(yán)重；第二，設(shè)計(jì)不合理。如單孔跨徑設(shè)計(jì)過(guò)小，導(dǎo)致橋孔通水不暢，橋孔附近河床淤積，加上日常維修養(yǎng)護(hù)未到位，汛期一到，橋孔泄洪能力差，造成橋毀人亡；第三，施工質(zhì)量問(wèn)題。如施工時(shí)偷工減料造成混凝土不密實(shí)、有孔洞，質(zhì)量差；第四，養(yǎng)護(hù)管理跟不上。由于橋梁缺乏經(jīng)常性的維修養(yǎng)護(hù)，發(fā)生的問(wèn)題不能及時(shí)解決，造成“小病不治釀成大病”。
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