箱梁的病害成因分析及防治措施研究
2015-06-01
1 引言
箱梁結(jié)構(gòu)橋橫向剛度大，特別是連續(xù)箱梁橋具有加大跨徑、降低梁高、保持橋面平整、無伸縮縫等優(yōu)點(diǎn)，因此自二十世紀(jì)七十年代末以來連續(xù)箱梁橋發(fā)展迅速。經(jīng)過長期運(yùn)行以后，研究人員發(fā)現(xiàn)，箱梁會有梁體混凝土剝落、腹板、底板開裂、預(yù)應(yīng)力鋼絲束斷裂、蹦脫、連續(xù)梁橋負(fù)彎矩處開裂等病害出現(xiàn)[1-4]。嚴(yán)重影響了箱梁的正常使用功能，國內(nèi)外專家學(xué)者對如何能防治箱梁病害的出現(xiàn)，并對箱梁出現(xiàn)的病害進(jìn)行治理進(jìn)行了深入的研究，也取得了一定的成績[5-7]。
本文對箱梁跨中腹板、底板開裂、連續(xù)梁橋負(fù)彎矩處開裂的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防治措施，對今后箱梁病害的分析和防治工作具有一定的借鑒作用。
2 箱梁病害
2.1腹板、底板開裂
研究發(fā)現(xiàn)，普通鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)大多在腹板出現(xiàn)豎向裂縫，腹板豎向裂縫一般呈中間寬、上下窄規(guī)律，裂縫間距較小，平均為20-30cm，裂縫長度約為箱梁腹板高度的30%-60%，發(fā)展嚴(yán)重的可能貫通整個腹板，對橋梁的受力極為不利。梁底出現(xiàn)裂縫大多為橫向裂縫，集中在跨中2-3m的范圍之內(nèi)，有些梁底裂縫與腹板裂縫相連接。梁底裂縫多伴有滲水、白華現(xiàn)象，會鋼筋發(fā)生銹蝕，嚴(yán)重影響箱梁的壽命。為唐津高速跨京津塘立交橋的箱梁腹板開裂情況，裂縫寬度達(dá)0.34mm；為京滬高速西琉城橋的箱梁梁底開裂、滲水和白華現(xiàn)象。
病害危害：由于普通鋼筋混凝土箱梁自重較大，加上混凝土的收縮等因素影響，腹板、梁底普遍出現(xiàn)裂縫。盡管設(shè)計(jì)中允許普通混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，但部分箱梁的裂縫已超過了允許寬度，這不僅使結(jié)構(gòu)整體剛度降低影響其承載能力，一方面因裂縫寬度過大加速混凝土碳化，另一方面當(dāng)雨水進(jìn)入裂縫以后，會使鋼筋發(fā)生銹蝕。在冰凍地區(qū)，由于凍漲影響，會使裂縫進(jìn)一步開展，裂縫開展以后，進(jìn)入的雨水會更多，進(jìn)一步加速箱梁的破壞，最終導(dǎo)致整個橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。
原因分析：按照受彎構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的規(guī)律應(yīng)該是底板寬腹板相對較窄，而腹板裂縫寬度比底板裂縫寬度稍大，主要是腹板的裂縫在很大程度上是混凝土收縮和荷載作用共同的結(jié)果。另外，溫度效應(yīng)對腹板裂縫的開展也有較大的影響，特別是東西走向的箱形梁橋，特別是夏季溫度較高時，處于陽面的腹板由于陽光照射使得腹板升溫較快，而處于陰面的腹板由于受不得陽光的照射升溫較慢，再加上混凝土是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)較大的水平方向的溫度應(yīng)力，使得箱梁腹板出現(xiàn)大量裂縫。施工時，施工人員沒有嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，造成鋼筋分布不均勻，造成局部受力比較集中，造成混凝土出現(xiàn)裂縫。
防治措施：首先，在混凝土橋梁設(shè)計(jì)時，要充分的考慮溫度效應(yīng)對混凝土箱梁裂縫的影響，適當(dāng)增加腹板的抗裂鋼筋。然后，要加強(qiáng)對已建橋梁的養(yǎng)護(hù)工作，對出現(xiàn)的裂縫及時進(jìn)行維修，當(dāng)裂縫寬度小于規(guī)范值時，可以對裂縫進(jìn)行封閉處理，當(dāng)寬度大于規(guī)范值時，可以對裂縫進(jìn)行灌漿處理。對出現(xiàn)滲水的必須先清除水漬，然后做好防水處治，再封閉裂縫。
2.2 梁體負(fù)彎矩處破壞
連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)由于自重和活載作用在中墩處產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩引起梁頂混凝土受拉，當(dāng)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時，負(fù)彎矩處就會出現(xiàn)裂縫，裂縫反射到橋面引起瀝青層開裂，雨水沿著橋面裂縫下滲，到達(dá)橋面水泥鋪裝和箱梁頂面，雨水較多的夏季高速車輛引起的動水壓力沖刷混凝土和冬季雨雪水的反復(fù)凍融都會加速混凝土的破壞。圖3、4為京津塘高速金鐘路高架橋一連續(xù)梁墩頂打開時的情形，梁頂混凝土潮濕局部可見明水，頂板混凝土腐蝕嚴(yán)重，大面積鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命。負(fù)彎矩區(qū)域的裂縫由于存在水的破壞，其危害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于跨中正彎矩區(qū)域裂縫。
病害危害：由于負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫在頂板處，與底板相比更容易積水，如果裂縫較淺，雨水會在裂縫內(nèi)存積，在寒冷地區(qū)，由于凍脹的影響，會使裂縫進(jìn)一步開展，使裂縫進(jìn)一步加深。當(dāng)裂縫較深時，雨水會使鋼筋發(fā)生銹蝕，混凝土碳化的速度也會加快。當(dāng)鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效面積會減小，承載力會降低，裂縫將會進(jìn)一步開展，當(dāng)鋼筋截面減小到不能承當(dāng)結(jié)構(gòu)的荷載時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生破壞，對行人和車輛產(chǎn)生危害，影響交通運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行。
原因分析：造成負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫的原因在于：首先混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，負(fù)彎矩處產(chǎn)生的拉應(yīng)力很容易就會達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值，造成混凝土開裂；其次，由于施工時，施工人員不能嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，致使混凝土澆筑不密實(shí)，混凝土中氣泡較多，水分很容易進(jìn)入氣泡。另外，負(fù)彎矩處預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉不足也是造成負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫的一個原因，在設(shè)計(jì)時應(yīng)增加負(fù)彎矩處預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，以提高負(fù)彎矩處混凝土的抗拉強(qiáng)度。缺乏后期養(yǎng)護(hù)，沒有及時對箱梁負(fù)彎矩處產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行及時的維修，造成了裂縫的進(jìn)一步開展。
