公路橋梁常見病害及加固措施分析
2015-12-03
引言
隨著交通運輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展,種種原因造成不少橋梁發(fā)生病害,甚至有的已成為“危橋”,嚴(yán)重地影響了橋梁的承載能力和正常使用。因此,如何延長橋梁構(gòu)件的使用壽命,提高其耐久性以減少橋梁更新的投入,便成為廣大橋梁工作者極為關(guān)心的問題。
一、高速公路橋梁常見病害原因分析
縱向裂縫是預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)的常見病害，一般有以下幾個成因：
1、常見裂縫分析
橋臺豎向裂縫，一般出現(xiàn)在擴大基礎(chǔ)的重力式橋臺上，在設(shè)計階段由于地質(zhì)勘察精度不夠，試驗資料不準(zhǔn)確，沒有充分掌握地質(zhì)，就設(shè)計、施工，在運營過程中，由于結(jié)構(gòu)荷載差異較大，引起臺身不均勻沉降產(chǎn)生的；橋臺橫向裂縫，一般為荷載裂縫，它主要是由臺背主動土壓力過大、荷載以及溫度作用效應(yīng)產(chǎn)生的。另外鋼筋銹蝕膨脹、混凝土收縮也是產(chǎn)生橋臺裂縫的主要原因。
蓋梁(墩頂及懸臂處)產(chǎn)生的裂縫(縫寬約0.04mm～0.2mm)，是結(jié)構(gòu)正應(yīng)力即蓋梁頂面負彎矩區(qū)受力鋼筋不足引起的。蓋梁其它類型裂縫主要是由于鋼筋銹蝕膨脹以及混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫。
此類裂縫主要存在于連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁橋中，病害最主要的原因是：設(shè)計方面，由于橫隔梁間距過大，自身剛度偏小，致使橋梁橫向聯(lián)系較弱，橫隔梁在拉剪應(yīng)力下開裂；施工方面，橫隔梁一般采取濕接縫施工，后澆混凝土未考慮收縮補償，造成新舊混凝土收縮速率差而產(chǎn)生混凝土收縮裂縫；養(yǎng)管方面，由于超載重車反復(fù)作用，使橋梁的橫隔梁承受遠大于設(shè)計的荷載，導(dǎo)致橫隔梁混凝土豎向開裂。另外雨水及融雪鹽水沿橫隔板接縫下滲，致使連接鋼板銹蝕，將混凝土保護層脹開。
空心板橫向裂縫一般包括荷載裂縫、溫差產(chǎn)生的混凝土干縮裂縫、空心板板底鋼筋銹脹裂縫等幾種形式。其成因主要為：設(shè)計荷載等級小于目前超載車輛的荷載等級，較大荷載作用下板底混凝土開裂形成橫向裂縫；施工時由于水泥用量過大、溫差過大或養(yǎng)生不及時等出現(xiàn)的干縮裂縫；模板底座不牢，沉降不均勻出現(xiàn)的橫向開裂；空心板吊裝或堆碼，受力支點不當(dāng)出現(xiàn)的開裂；施工時板底厚度偏小，容易造成板底橫向開裂。
2、橋梁上部結(jié)構(gòu)病害分析
由于橋下無明顯限高標(biāo)志，會導(dǎo)致邊梁（板）被車輛撞擊，混凝土脫落，嚴(yán)重者主筋或鋼絞線外露、崩裂，影響了梁體的承載能力。也有的梁底被刮蹭、局部混凝土剝落、有大面積的劃痕，影響了結(jié)構(gòu)耐久性。預(yù)制板鉸縫混凝土脫落、滲水現(xiàn)象也比較常見，主要是由于施工質(zhì)量差以及橋面防水層失效造成的。
一方面水滲到板梁底面影響結(jié)構(gòu)的耐久性，另一方面鉸縫混凝土構(gòu)造失效后板梁之間橫向聯(lián)系降低，荷載作用下單板受力較大，容易引起底板橫向開裂。鋼筋銹蝕、混凝土風(fēng)化剝落此類病害在上部結(jié)構(gòu)及蓋梁、墩柱和橋臺等各部構(gòu)件都有發(fā)生，可分兩種情況：一種是混凝土剝落開裂后導(dǎo)致鋼筋銹蝕，即先裂后銹；另一種是由于保護層太薄、露筋或滲水等引起鋼筋銹蝕膨脹，繼而混凝土剝落，即先銹后裂。主筋銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的減少，混凝土剝落開裂后使鋼筋更易銹蝕，如此惡行循環(huán)對橋梁的危害是相當(dāng)大的；另外還有的橋梁由于施工質(zhì)量差，造成鋼筋外露，混凝土破損，引起鋼筋銹蝕的化學(xué)原因主要是氯離子的侵入和混凝土的碳化。
3、橋梁下部結(jié)構(gòu)病害分析
常見的支座形式有油毛氈支座、板式橡膠支座和盆式橡膠支座。油毛氈支座經(jīng)常發(fā)現(xiàn)破裂和滑動面不平整的現(xiàn)象。板式橡膠支座的主要病害是脫空、老化開裂和剪切變形，此類病害在所檢測橋梁中比較普遍。盆式橡膠支座的情況好于板式橡膠支座，但有的支座螺栓生銹、上螺栓卡死，支座無法活動。支座的病害可能使上部結(jié)構(gòu)失去活動能力，從而產(chǎn)生附加內(nèi)力，對橋梁的承載能力和工作狀態(tài)產(chǎn)生不利影響。
橋面鋪裝層病害表現(xiàn)為鋪裝的縱橫向裂縫，鋪裝層剝落，引起這一病害的主要原因是沖擊荷載。鋪裝層的病害在高速公路上的危害性非常嚴(yán)重：鋪裝層破損會使車輛沖擊荷載進一步增大；
防水功能失效后，雨水滲入主梁中，使主梁受力鋼筋銹蝕，這一點對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言危害尤其嚴(yán)重；鋪裝層的破壞會還改變設(shè)計荷載的橫向分布狀態(tài)，使得橫向剛度變小，各梁板受力不均，并使主梁實際高度變小，縱向剛度減弱，撓度增大。
伸縮縫的損壞后，不僅影響行車的舒適性，而且造成許多橋梁在橋臺和蓋梁位置漏水，進而引起橋梁主體結(jié)構(gòu)和支座的腐蝕。伸縮縫的常見病害有：軟性防水材料老化、脫落，接頭活動異常，錨固構(gòu)件損壞，伸縮縫凹槽填入其他硬物，不能自由變形，構(gòu)造部位下陷或凸出等。
二、減少高速公路橋梁病害發(fā)生的預(yù)防措施
引起橋梁病害的因素涉及到設(shè)計、施工、使用和管理養(yǎng)護等各方面，而且因為橋梁的結(jié)構(gòu)類型、跨度、環(huán)境和使用條件不同而各不相同。要減少病害的發(fā)生，就必須從上述各方面入手，有針對性地采取對策。
國內(nèi)在設(shè)計方面常因為工期或經(jīng)濟方面的原因在方案設(shè)計時投入的精力不足，對很多關(guān)鍵問題缺乏研究，為橋梁的病害埋下了病根。
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理
對結(jié)構(gòu)體系缺乏仔細的研究和優(yōu)化，結(jié)構(gòu)細節(jié)構(gòu)造粗糙，材質(zhì)要求低。計算和設(shè)計不完善，如設(shè)計安全系數(shù)不恰當(dāng)，進行有限元分析時對結(jié)構(gòu)邊界條件和傳力路徑認識不清除，對施工方法、順序和施工荷載等結(jié)構(gòu)成橋性能的影響認識不夠等。
2.施工質(zhì)量有缺陷
很多橋梁病害經(jīng)常與施工質(zhì)量低劣有關(guān)，典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場的嚴(yán)重的構(gòu)件開裂、混凝土蜂窩、麻面、露筋等問題，其主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的后期使用和長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。
2.車輛超載嚴(yán)重
超載是我國公路運輸中較為普遍的現(xiàn)象。橋梁的超載一方面可能會引發(fā)疲勞問題，加大疲勞應(yīng)力幅度、加劇損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。國內(nèi)很多地區(qū)對于橋梁的日常檢查和養(yǎng)護還不是十分重視，一座橋梁往往前期建設(shè)投入很大的成本，而忽視橋梁運營中的養(yǎng)護和維修。很多病害沒有在橋梁日常和定期檢查中發(fā)現(xiàn)并及時予以整治，天長日久導(dǎo)致病害加重不得不采取加固措施，此時投入的加固費用十分可觀，甚至?xí)^建設(shè)費用。從根本上減少橋梁病害的對策就是采用合理縝密的設(shè)計方案，保證良好的施工質(zhì)量，加強對高速公路橋梁使用荷載的研究，避免超載現(xiàn)象，以及進行完善的日常檢查和養(yǎng)護。 任何一座橋梁在運營中不可避免會產(chǎn)生一定程度的病害，對橋梁病害必須采取合理的方法進行整治或維修加固。
但更重要的是在設(shè)計、施工、使用及管理和養(yǎng)護等過程中去預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費用。
