論鋼筋混凝土橋梁病害及加固
2015-07-29
引言
在橋梁使用過(guò)程中，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的特性、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、結(jié)構(gòu)的使用條件與防護(hù)措施等因素的影響，橋梁會(huì)產(chǎn)生各種損傷、局部破壞、變形、裂縫等病害，這些病害嚴(yán)重影響了橋梁的安全使用，應(yīng)及時(shí)對(duì)相應(yīng)的病害維修及加固。下面筆者討論了鋼筋混凝土橋梁病害及加固。
一、鋼筋混凝土橋梁病害及產(chǎn)生原因
1、裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷以及微裂縫的不斷擴(kuò)展而引起的，是混凝土結(jié)構(gòu)的最主要和危害最嚴(yán)重的病害。
?。╨）收縮裂縫。混凝土的自由收縮由于無(wú)約束的存在，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，也不會(huì)引起混凝土的開(kāi)裂，但若有約束的存在，非自由收縮產(chǎn)生的變形受到約束，產(chǎn)生應(yīng)力，那一時(shí)刻應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土的極限應(yīng)力就開(kāi)裂了。而混凝土約束是無(wú)處不在的，如現(xiàn)澆混凝土對(duì)后澆混凝土的約束，水泥顆粒水化先后造成的約束，微觀上水泥顆粒先水化的部分對(duì)后水化的部分提供約束，鋼筋的約束，基巖、地基或己有結(jié)構(gòu)建筑物對(duì)混凝土的約束，這種約束多造成混凝土內(nèi)部無(wú)規(guī)則不貫通的微裂縫）等。因此，只要采用混凝土這種材料，就應(yīng)該考慮并預(yù)防由于約束的存在限制收縮而產(chǎn)生的裂縫。
?。?）溫度裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，當(dāng)這種溫度產(chǎn)生的變形受到約
束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即
會(huì)引起混凝土裂縫。溫差是產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要原因，按裂縫產(chǎn)生的溫差的原因的不同
而分為兩種裂縫：水化熱裂縫和溫度梯度裂縫，或者說(shuō)截面上下溫差裂縫和截面內(nèi)外溫
差裂縫。
?。?）膨脹裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中，由于內(nèi)部混凝土的化學(xué)物理作用，內(nèi)部混凝土膨脹變形產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土產(chǎn)生膨脹裂縫。如混凝土碳化和氯離子侵蝕使鋼筋銹蝕生成鐵銹，鐵銹體積膨脹產(chǎn)生的順筋裂縫；堿集料反應(yīng)、氯離子侵蝕的產(chǎn)物會(huì)膨脹導(dǎo)致裂縫；凍融循環(huán)破壞、集料膨脹等物理反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生裂縫。
2、橋面鋪裝層病害
橋面鋪裝層有很多病害，如泛油、裂縫、松散露骨、車(chē)轍等。
瀝青層泛油，是指鋪裝表面有瀝青滲出。引起泛油的原因可能是由于瀝青用量過(guò)多，瀝青材料的軟化點(diǎn)太低，或集料級(jí)配不良；裂縫是指鋪裝上出現(xiàn)縱橫向線狀裂縫或相互連接的網(wǎng)狀裂縫，原因可能是由于瀝青老化、瀝青材料性能不良、橋而板出現(xiàn)損壞破裂等因素造成的；松散露骨是指鋪裝層表面的細(xì)集料慢慢地脫落，表面呈現(xiàn)粗糙的狀態(tài)。可能的原因如車(chē)輛荷載過(guò)大，瀝青混合料壓實(shí)不足，或?yàn)r青用油量太少，導(dǎo)致瀝青鋪裝層粘性不足；車(chē)轍是車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間在路面上行駛后留下的車(chē)輪永久壓痕，這一般是由于車(chē)輛荷載過(guò)大或在同一個(gè)地方車(chē)輪出現(xiàn)的頻率較高造成的。
3、鋼筋腐蝕
鋼筋腐蝕可以分為電化學(xué)腐蝕、雜散電流腐蝕、應(yīng)力腐蝕及氫脆腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕是最主要的。除受鋼筋本身的不均性（如化學(xué)組成不同、鈍化膜不連續(xù)、受力程度不同等）影響外，與混凝土本身性能的優(yōu)劣（密實(shí)度等）、破壞情況、外界環(huán)境都關(guān)系十分密切。
4、人行道、欄桿、護(hù)欄的病害
人行道病害通常是由于人行道、行車(chē)道界限極不明確造成的，人行道的病害包括剝一落、撞擊、錯(cuò)位、斷裂、缺件、銹蝕等。橋梁混凝土欄桿、護(hù)欄常見(jiàn)的缺陷是斷裂、和混凝土常見(jiàn)的表層缺陷。斷裂是交通事故所致或車(chē)輛超寬運(yùn)輸不慎碰撞所致；由于立柱材料選擇不當(dāng)或者構(gòu)造不當(dāng)，在車(chē)輛震動(dòng)荷載作用下，局部破損斷裂；表層缺陷有的是因?yàn)槿狈︷B(yǎng)護(hù)管理，有的是因?yàn)榛炷翙跅U長(zhǎng)期外露，混凝土表面因水分侵入引起鋼筋銹脹使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，還有的是混凝土保護(hù)層因損壞、剝離、脫落引起開(kāi)裂有些橋梁欄桿。
二、鋼筋混凝土橋梁病害處理及加固措施
1、裂縫維修及加固措施
裂縫產(chǎn)生后一般有兩種維修措施，裂縫修補(bǔ)或加固：①對(duì)淺而細(xì)，且條數(shù)較多的裂縫，裂縫寬度15mm時(shí)，一般認(rèn)為此時(shí)的裂縫是可以自行愈合的，不影響結(jié)構(gòu)的正常使用和承載需要對(duì)產(chǎn)生裂縫的構(gòu)件進(jìn)行良好的養(yǎng)護(hù)管理即可。②當(dāng)寬度為0.15～0.2mm的淺而深的裂縫，可采用可灌性好的甲凝漿液或水泥砂漿液進(jìn)行表面修補(bǔ)，此時(shí)裂縫寬度未超出規(guī)范的規(guī)定，不影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能，進(jìn)行一定的修補(bǔ)即可；對(duì)裂縫寬度為0.2～0.3mm且其位置未處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，可采用收縮小的環(huán)氧樹(shù)脂漿液灌注補(bǔ)強(qiáng)。③當(dāng)裂縫寬度為0.2～0.3mm且其位置處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，截面承載能力降低，體系的耐久性可能即將達(dá)到極限狀態(tài)，此時(shí)裂縫處于三級(jí)病害的狀態(tài)，宜采用水泥漿液灌漿修補(bǔ)或裂縫表面粘貼纖維玻璃布或鋼板等。④當(dāng)裂縫寬度為0.3mm且其位置處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，結(jié)構(gòu)受力斷面減小，承載能力降低，鋼筋即將發(fā)生銹蝕，此時(shí)結(jié)構(gòu)的使用壽命即將終止，此時(shí)裂縫己經(jīng)處于比較嚴(yán)重的狀態(tài)，必須對(duì)其加固，使其恢復(fù)其原設(shè)計(jì)狀態(tài)。
裂縫加固法：①在受力構(gòu)件外側(cè)重新澆筑一層鋼筋混凝土。這樣可以提高鋼筋和受力截面的面積，以增加承載力；②在結(jié)構(gòu)裂縫的四周加設(shè)型鋼套箍，以防止裂縫的擴(kuò)大，并提高受力構(gòu)件的剛度和承載能力。
2、鋪裝層病害維修及加固措施
橋面鋪裝病害的維修或修補(bǔ)可以采用局部鑿除和全部鑿除重鋪等修補(bǔ)方法。
水泥混凝上鋪裝層有局部病害時(shí)，可將破壞處鑿毛，深度以露出集料為準(zhǔn)，然后用清水沖洗凈斷面并充分濕潤(rùn)，再在其上涂抹同強(qiáng)度等級(jí)的水泥砂漿或其它薪結(jié)材料最后鋪筑一層4～5cm厚的水泥混凝土鋪裝層。橋面病害嚴(yán)重時(shí)，可考慮全部鑿除后重鋪。
若構(gòu)件連接處有均勻沉陷，橋面則可能凹凸不平，此時(shí)可在橋下以液壓千斤頂頂升，調(diào)整構(gòu)件連接處的高程，使頂面平齊；若橋面鋪裝的破壞比較嚴(yán)重，已不能滿(mǎn)足承載能力的要求時(shí)，則鑿除原橋面鋪裝后，在水泥混凝土內(nèi)鋪設(shè)鋼筋，增加橫向聯(lián)系，提高承載能力。
3、鋼筋腐蝕維修及加固措施
用限制混凝土含水量以及滲透阻銹劑來(lái)防止鋼筋銹蝕，在整個(gè)混凝土表面覆蓋一層堿性的水泥砂漿或噴射混凝土層，用堿性砂漿局部修補(bǔ)的再鈍化法，利用水的電解反應(yīng)使鋼筋再鈍化等。對(duì)有明顯銹脹開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)，采用的維修方法是對(duì)已碳化或己受到氯離子污染的混凝土進(jìn)行材料替換，或用環(huán)氧樹(shù)脂為主體涂覆鋼筋并輔以修補(bǔ)砂漿（修補(bǔ)混凝土）等。這些修補(bǔ)方案雖然在某些方面取得了一定成效，但總的來(lái)說(shuō)，它們并不能從根本上制止電化學(xué)的銹蝕過(guò)程。碳化混凝土的再堿化主要應(yīng)用電化學(xué)和電滲原理，在鋼筋與混凝土之間施加一個(gè)電場(chǎng)，在直流電的作用下，陰極鋼筋處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧根離子，同時(shí)碳酸鈉電解質(zhì)向鋼筋周?chē)幕炷翝B透，恢復(fù)鋼筋周?chē)炷恋母遬H值，以達(dá)到防止鋼筋銹蝕的目的。
4、人行道、欄桿、護(hù)欄的病害維修及加固措施
應(yīng)使橋梁欄桿經(jīng)常保持完好狀態(tài)，及時(shí)清潔、保養(yǎng)，以養(yǎng)防修。橋梁欄桿若有缺損，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)齊；若己損壞、缺失，應(yīng)重新安裝。橋梁欄桿柱鉛垂豎直，若不直正，應(yīng)及時(shí)糾偏。伸縮縫處的水平欄桿可以自由伸縮，若不能移動(dòng)應(yīng)及時(shí)維修或更換。鋼筋混凝土欄桿若出現(xiàn)裂縫或剝落，可以用環(huán)氧樹(shù)脂勃結(jié)材料灌注封縫修補(bǔ)。人行道塊件也應(yīng)完整、牢固，若出現(xiàn)松動(dòng)、缺損應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或更換。橋面路緣石也應(yīng)經(jīng)常保持完好狀態(tài)，如有缺陷應(yīng)及時(shí)維修或更換。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，對(duì)于結(jié)構(gòu)的維修加固，應(yīng)在弄清楚病害原因的基礎(chǔ)上，找到最經(jīng)濟(jì)合理的方法。本文由于篇幅有限，筆者僅僅粗略的探討了裂縫、橋面鋪裝層病害、鋼筋腐蝕以及人行道、欄桿、護(hù)欄的病害，還有許多內(nèi)容沒(méi)涉及到，比如：支座病害、變形等。
