道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固探討
2015-08-26
引言
道路橋梁建設(shè)是城市與國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)，市交通運(yùn)輸?shù)闹饕緩?，因此，在工程建設(shè)中占有著重要的地位。隨著我國(guó)施工技術(shù)的發(fā)展，道路橋梁建設(shè)的發(fā)展也越來(lái)越快，但是在高速發(fā)展的過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，尤其是其結(jié)構(gòu)上的危害，對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量與效率影響非常大。因此，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害采取加固措施具有亟待解決。
一、道路橋梁結(jié)構(gòu)施工加固的意義
1. 實(shí)施道路橋梁加固是保證運(yùn)輸安全的客觀要求
伴隨著運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，各種超重型車(chē)輛不斷投產(chǎn)使用，跨區(qū)域物資運(yùn)輸，跨區(qū)域的經(jīng)濟(jì)文化交流，旅游業(yè)的興起等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都嚴(yán)重使得道路橋梁出現(xiàn)了一定超負(fù)荷現(xiàn)象，使得道路橋梁的承載力不斷得到加重，加上道路橋梁受到風(fēng)雨霜凍等各種自然因素的侵蝕，已經(jīng)出現(xiàn)了一定的損害現(xiàn)象，存在著一定的安全隱患，因此，實(shí)施路橋加固，是保證運(yùn)輸安全的客觀要求。
2. 道路橋梁加固是保證路橋的功能正常發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的必然選擇
交通運(yùn)輸業(yè)是關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)命脈的關(guān)鍵領(lǐng)域，不斷實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)服務(wù)質(zhì)量的提升，就必須時(shí)刻保證道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的功能正常，可以隨時(shí)發(fā)揮出這些基礎(chǔ)設(shè)施的正常效率，因此，加強(qiáng)對(duì)路橋的維護(hù)管理，加大路橋的加固護(hù)理，是提升整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益的必然選擇。
3. 道路橋梁加固是道路橋梁養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)
近些年來(lái)，我國(guó)的道路為人們的生存發(fā)展提供了很多便利，有效的提高了人們的生活節(jié)奏和生活質(zhì)量，但不可否認(rèn)的是，道路交通網(wǎng)絡(luò)中，依然存在著一些細(xì)節(jié)處容易發(fā)生交通事故，比如，橋梁的坍塌，橋面的裂縫，橋欄折斷，甚至是橋上線纜的斷裂，使得道路橋梁隱藏著各種安全隱患，橋頭跳車(chē)等各種事故不斷發(fā)生，都是由于對(duì)橋梁的護(hù)養(yǎng)不力，負(fù)荷過(guò)度。因此，加強(qiáng)對(duì)道路的護(hù)理，是解決我國(guó)道路交通中，發(fā)生眾多交通事故，消弭安全隱患的重要之一。
二、橋梁病害成因分析
1. 銹蝕病害
鋼筋銹蝕是影響橋梁結(jié)構(gòu)壽命和安全的一個(gè)重要因素。鋼筋銹蝕主要是發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。鋼筋表面致密的氧化膜可使鋼筋免受銹蝕。氧化膜的破壞直接導(dǎo)致了銹蝕的發(fā)生。混凝土的“碳化”、大氣污染以及混凝土過(guò)高的cl-含量都使得混凝土中pH值下降，鋼筋表面氧化膜處于酸性環(huán)境中，逐漸被腐蝕，這樣氧化膜便被破壞了。對(duì)于以鋼筋作為抗拉材料的混凝土橋梁來(lái)說(shuō)，截面積的減小會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的抗彎能力。鋼筋銹蝕還會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。銹蝕物外流，在結(jié)構(gòu)表面形成銹跡，影響結(jié)構(gòu)美觀。由此可見(jiàn)，鋼筋銹蝕對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危害十分嚴(yán)重，有時(shí)甚至是致命的。
2. 凍融病害
凍融現(xiàn)象也是造成橋梁病害，影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和壽命的主要原因之一。西部地區(qū)受天氣影響極易產(chǎn)生凍融現(xiàn)象，長(zhǎng)期反復(fù)作用易造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。有些橋梁進(jìn)行了加固處理，新澆混凝土和后補(bǔ)混凝土結(jié)合不好，易產(chǎn)生裂縫，而凍融作用又加劇了這種作用。凍融病害主要是以下幾方面引起：一是自然因素的影響；二是橋梁本身混凝土的施工質(zhì)量不高，排水設(shè)施存在缺陷；三是后期養(yǎng)護(hù)薄弱。
3. 伸縮縫病害
據(jù)目前的調(diào)查和研究表明，伸縮縫病害出現(xiàn)的原因有以下幾個(gè)方面：1）由于設(shè)計(jì)不周引起的伸縮縫損壞。橋面采用了“搭接角鋼夾橡膠條”式簡(jiǎn)易伸縮縫裝置系統(tǒng)，縫頂與現(xiàn)澆橋面混凝土同高，上鋪瀝青混凝土。由于設(shè)計(jì)中著重強(qiáng)調(diào)了解決橋面在伸縮縫處的平整度問(wèn)題，忽略了橋面混凝土與橋面板的同步伸縮，因此，通車(chē)后，瀝青混凝土表面沿縫出現(xiàn)不規(guī)則開(kāi)裂，冬季加寬，夏季拱起。在車(chē)輛荷載的長(zhǎng)期作用下，橋面鋪裝層（或路面表層）由縫處向里逐漸剪壞，出現(xiàn)啃邊或大范圍的坑槽，給日后修補(bǔ)帶來(lái)了更大的困難。2）由于選型不當(dāng)引起的伸縮縫損壞。3）由于橋墩臺(tái)施工及梁（板）預(yù)制尺寸導(dǎo)致實(shí)際板端預(yù)留間隙與設(shè)計(jì)間隙懸殊而引起伸縮縫損壞。4）設(shè)計(jì)與實(shí)際伸縮量不符引起的伸縮縫破壞。這樣導(dǎo)致在伸縮縫處夏季出現(xiàn)瀝青橋面拱起，冬季出現(xiàn)瀝青混凝土橋面沿縫嚴(yán)重開(kāi)裂的現(xiàn)象。5）板式橡膠伸縮縫由于施工誤差或橡膠板破壞引起的伸縮縫處嚴(yán)重跳車(chē)。6）板式橡膠伸縮縫或鋼板伸縮縫由于伸縮裝置混凝土施工先于兩端瀝青混凝土路面面層而引起伸縮縫尾端跳車(chē)。7）“反開(kāi)槽法”施工操作不認(rèn)真引起伸縮縫處跳車(chē)。目前運(yùn)用“反開(kāi)槽法”施工修筑的伸縮裝置有毛勒縫或暗式伸縮縫等。“反開(kāi)槽法”施工雖然從理論上解決了伸縮縫端頭跳車(chē)的問(wèn)題，但若施工時(shí)操作不當(dāng)，車(chē)輛通過(guò)時(shí)仍有明顯的反映。8）材料選用不當(dāng)引起的伸縮縫損壞。
4. 橋面鋪裝病害
橋面鋪裝病害，包括不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫，較規(guī)則的縱向、橫向裂縫以及較嚴(yán)重的破裂等病害。這不僅增加了維修費(fèi)用，甚至導(dǎo)致大面積翻修。同時(shí)，橋面鋪裝直接承受高速行車(chē)的沖擊、剪切與磨耗，并直接承受氣候的影響，日曬升溫、日落降溫，并與主梁（板）存在一定的變化差異。所以橋面鋪裝的受力不僅定性分析困難，尤其難以定量計(jì)算。橋面鋪裝層的受力復(fù)雜，病害時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)橋面鋪裝層的設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)予以足夠的重視，以預(yù)防病害的發(fā)生。
5. 其他病害
裂縫是橋梁中一種較為普遍的病害。調(diào)查研究表明，橋梁結(jié)構(gòu)還有其他病害，如：支座病害、混凝土保護(hù)層不足、失效、疏松、脹鼓、裂紋甚至脫落；混凝土碳化速度快，碳化深度已達(dá)到鋼筋表面；橋面排水不暢，防水層無(wú)保護(hù)層，損壞嚴(yán)重，泄水管質(zhì)量不過(guò)關(guān)，施工質(zhì)量差，混凝土保護(hù)層厚度的變異性很大；混凝土收縮裂縫、橋面板自然磨耗、材料的老化、大型車(chē)輛超載嚴(yán)重、冬季融雪時(shí)化學(xué)藥劑的滲入、建橋時(shí)施工質(zhì)量等諸多影響因素，也是加劇橋梁病害的重要原因。
三、橋梁加固的一般流程
傳統(tǒng)之提高鋼筋混凝土橋梁承載能力之方法包括橋面鋪裝補(bǔ)強(qiáng)層加固法、增大截面和配筋加固法、錨噴混凝土加固法、體外張拉預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼鋼板（鋼筋）加固法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、增設(shè)縱梁加固法、增加橫向聯(lián)系加固法。在橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害后，需要采取措施進(jìn)行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應(yīng)遵循以下工作程序：
結(jié)構(gòu)可靠性鑒定—加固方案確定—加固設(shè)計(jì)—施丁組織設(shè)計(jì)—施工—驗(yàn)收。
結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，主要是對(duì)病害結(jié)構(gòu)的病情診斷。加固方案好比處方，加固設(shè)計(jì)是現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加固方案的深化過(guò)程。加固施工是對(duì)被加固結(jié)構(gòu)按加固設(shè)計(jì)進(jìn)行加固的施工過(guò)程，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)加固，為確保質(zhì)量和安全，施工前應(yīng)編制施工組織設(shè)計(jì)。
四、橋梁加固增強(qiáng)技術(shù)
橋梁的增強(qiáng)改造可以分為裂縫修補(bǔ)和對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的加固增強(qiáng)，下面介紹其特點(diǎn)及其適用的場(chǎng)合。
1. 裂縫修補(bǔ)技術(shù)
裂縫修補(bǔ)的目的在于恢復(fù)結(jié)構(gòu)物的防水性和耐久性，主要技術(shù)有：
1.1 表面處理法，在微裂縫的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性。對(duì)于寬度發(fā)生變化的裂縫，要設(shè)法使用有伸縮性的材料。
1.2 注漿法，在裂縫中注入樹(shù)脂或水泥類(lèi)材料，以提高其防水性及耐久性。主要注漿材料是環(huán)氧樹(shù)脂，多采用低壓低速注入法。環(huán)氧樹(shù)脂注入法與鋼釘并用，可以增強(qiáng)裂縫部位的整體性，是一種防止裂縫繼續(xù)發(fā)展的好辦法。
1.3 充填法，這是一種適合于修補(bǔ)較寬裂縫的方法，具體做法是沿裂縫鑿一條深槽，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種粘結(jié)材料，如水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂硅、瀝青及各種化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑等。
1.4 表面噴涂法，噴漿修補(bǔ)是一種在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且粘度高的水泥砂漿保護(hù)層，來(lái)封閉裂縫的修補(bǔ)方法。噴漿前，需要把結(jié)構(gòu)表面的剝離部分除去，再用水沖洗清潔，并在開(kāi)始噴漿之前把基層濕潤(rùn)，然后再開(kāi)始噴漿。
1.5 粘結(jié)鋼板封閉法，當(dāng)鋼筋硂構(gòu)件產(chǎn)生主拉應(yīng)力裂縫時(shí)，可對(duì)裂縫先進(jìn)行處理之后，再在裂縫處粘結(jié)鋼板，并用膨脹螺栓對(duì)鋼板加壓。鋼板粘結(jié)方向應(yīng)和裂縫方向垂直。
2. 橋梁加固增強(qiáng)技術(shù)
本文以最常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)形式的上部結(jié)構(gòu)及其常見(jiàn)的加固方法進(jìn)行說(shuō)明。
梁式橋上部結(jié)構(gòu)加固增強(qiáng)技術(shù)主要有加大截面加固法、外部粘貼加固法、外部預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、增設(shè)縱梁加固法。
2.1 加大截面加固法采用增大構(gòu)件的截面面積，根據(jù)荷載大小和凈空條件不同，可分為以加大截面面積為主和加配鋼筋為主兩種加固方案。
2.2 外部粘貼加固法系用型鋼、玻璃鋼等材料通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂等粘合劑粘貼在結(jié)構(gòu)外部，以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。適用于構(gòu)件尺寸受限制但又必須大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的場(chǎng)合，必須保證粘和劑的質(zhì)量
2.3 外部預(yù)應(yīng)力加固法指運(yùn)用預(yù)應(yīng)力原理，在增設(shè)的構(gòu)件或原有構(gòu)件上施加一定初始應(yīng)力的一種加固方法。采用對(duì)受拉區(qū)施加預(yù)加壓力，可以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。
2.4 改變結(jié)構(gòu)體系加固法通過(guò)增設(shè)支撐或橋墩，把簡(jiǎn)支變?yōu)檫B續(xù)、在梁下增設(shè)如鋼架等加勁梁或疊合梁，以減小梁內(nèi)控制截面峰值彎矩，提高承載能力的一種加固方法。
2.5 增設(shè)縱梁加固法在橋梁墩、臺(tái)基礎(chǔ)穩(wěn)定，并具有足夠承載能力的情況下，可采用增設(shè)承載能力高和剛度大的新縱梁，這些新梁與舊梁連接在一起共同受力。由于應(yīng)運(yùn)中的車(chē)輛荷載在新增主梁后的橋梁結(jié)構(gòu)中重新分布，使原梁中所受荷載得以減少，加固后的橋梁承載能力和剛度得以提高。當(dāng)增設(shè)的縱梁位于主梁的一側(cè)或兩側(cè)時(shí)，兼有拓寬的作用。此法適用于梁體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)完好，而承載能力不能滿足要求的場(chǎng)合。
3. 橋梁結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)——錨噴
隨著施噴機(jī)具的發(fā)展以及速凝劑的采用，人們把噴射硂與錨桿、鋼筋網(wǎng)等配合起來(lái)使用，促進(jìn)了錨噴技術(shù)的完善。實(shí)踐證明，錨噴技術(shù)完全可以應(yīng)用于橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固增強(qiáng)。噴射硅的性能?chē)娚涔柙诠に嚥牧霞敖Y(jié)構(gòu)等方面與普通現(xiàn)澆硅相比有許多優(yōu)點(diǎn)。施工中需加入速凝劑，因而又具有快凝、早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)；錨噴技術(shù)不用或只用側(cè)向模板，其運(yùn)輸、澆注、搗固合并為一道工序、設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、施工機(jī)械化程度高、速度快、效率高、節(jié)省勞動(dòng)力；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，即按照加固整治的實(shí)際需要可在拱腹下施噴形成各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型；不中斷交通。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，道路橋梁病害是引發(fā)交通事故的主要誘因之一，為此，必須加強(qiáng)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁病害，并分析其病害機(jī)理，采取有針對(duì)性的加固技術(shù)處理措施，來(lái)減少或杜絕橋梁病害帶來(lái)的安全隱患，從而保證我國(guó)道路橋梁使用的安全性。
