小議高速公路橋梁病害與加固
2010-11-01 來源：網(wǎng)絡(luò)
某高速公路全長70km，單孔跨徑在8m以上的橋梁有48座，其中絕大部分為單孔跨徑在8-20m的中小橋。經(jīng)過多年的運(yùn)營，已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的病害并已嚴(yán)重影響到正常使用。基于此，對該路段的所有橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)狀況調(diào)查，并進(jìn)行了荷載試驗(yàn)。依據(jù)調(diào)查的結(jié)果，對橋梁病害進(jìn)行綜合分類，找出其規(guī)律性，并通過對病害的機(jī)理分析，結(jié)合其它測試分析手段，為橋梁的技術(shù)改造提供可靠依據(jù)，這對新建橋梁也有一定的指導(dǎo)意義。
1.整體概況
通過單孔跨徑在8m以上的48座橋梁進(jìn)行調(diào)查，其分布基本滿足正態(tài)分布，即大多數(shù)橋梁處于不好不壞的中間狀態(tài)。調(diào)查的該路段橋梁以中小跨徑橋梁為主，且斜交橋占有相當(dāng)大的比例。在結(jié)構(gòu)形式方面，該路段橋梁以簡支單跨或多跨為主，結(jié)構(gòu)形式相對簡單，這也充分體現(xiàn)了高速公路的橋梁特色。下面將根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式，截面類型、施工方式的不同，對病害進(jìn)行分類、分析。
2.上部結(jié)構(gòu)病害特性
2.1 開裂、破損橋面鋪裝。行車道鋪裝層破壞是路段內(nèi)橋梁病害的共同特征之一。病害表現(xiàn)為鋪裝的縱橫向裂縫，鋪裝層剝落，伸縮縫處鋪裝破損等形式。引起這—病害的主要原因是沖擊荷載。荷載試驗(yàn)表明，絕大多數(shù)橋梁的沖擊系數(shù)1+v均超出規(guī)范給定的值。造成沖擊系數(shù)偏大的原因有車輛超速行駛、臺后填土沉降、橋梁承重結(jié)構(gòu)變形、橋面不平整等幾方面因素。其次是橋梁承載結(jié)構(gòu)功能減弱，如裝配式板橋鉸縫破壞；T梁橋橫向聯(lián)系削弱，使得行車道鋪裝的橫向變形過大等，行車道鋪裝的縱向裂縫亦由此而產(chǎn)生。第三個原因是行車道鋪裝結(jié)構(gòu)上存在的問題。早期修建的橋梁，由于當(dāng)時人們對鋪裝功能、病害認(rèn)識有限，往往存在配筋量偏小，鋼筋直徑過細(xì)，鋪裝與承載構(gòu)鋪裝層的病害在高速公路上的危害性非常嚴(yán)重。首先，鋪裝層破損會使車輛沖擊荷載進(jìn)一步增大；其次，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(diǎn)對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言危害尤其嚴(yán)重。最后鋪裝層的破壞會改變設(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(shí)際高度變小縱向剛度減弱撓度增大。
2.2 橋頭跳車和伸縮縫損毀。橋頭跳車和伸縮縫損毀這類病害是相互關(guān)聯(lián)的，臺后填土沉降，引起橋頭跳車，橋頭跳車引起較大的沖擊荷載直接作用在伸縮縫附近，造成伸縮縫破損，伸縮縫破壞直接危及墩臺及承重結(jié)構(gòu)的安全。雨水從伸縮縫處滲入墩臺帽中，使臺帽及蓋梁鋼筋銹蝕，混凝土保護(hù)層剝落。特別是對空心板橋，雨水有可能通過板端進(jìn)入板內(nèi)，板內(nèi)長期積水將對板造成致命性的傷害。
2.3 主梁板裂縫裝配式板橋。裝配式板橋的裂縫主要表現(xiàn)為板底橫向裂縫，集中在L/4-3L/4。這一區(qū)域的為受力裂縫，主要是由于行車道鋪裝層破壞，鉸縫構(gòu)造失效后，荷載橫向分布不均使單板受力過大并開裂。在其它區(qū)域也出現(xiàn)寬度在0.25以上的裂縫，這些裂縫不是由活載引起的，而是在施工過程中，由于混凝土早期強(qiáng)度低及吊裝不當(dāng)引起的。
整體現(xiàn)澆板橋現(xiàn)澆板橋的裂縫非常復(fù)雜，既有縱向裂縫，又有橫向裂縫，斜交橋中還有斜向裂縫，即裂縫方向與行車方向不一致，為裂縫方向朝鈍角方向偏移。但裂縫主要以縱向裂縫（正交橋）或縱向偏鈍角的裂縫（斜交橋）為主。單幅橋內(nèi)，這些較寬的裂縫（0.3mm以上）有1-3道。顯然，這些縱向裂縫是由橫向力矩造成的，由于橋梁跨徑不大（5-13m）而寬度較（12m），故橫向力矩較大，但設(shè)計中對橫向力矩的考慮不夠重視，配筋數(shù)量不足。斜橋中的橫向力矩較正交橋中的更大，板底開裂是由主拉應(yīng)力引起的。由于裂縫的存在，受力鋼筋受銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。斜板橋不宜采用整體現(xiàn)澆的方式。
2.4 裝配式T梁橋。本路段裝配式T梁（Rc）的病害比較嚴(yán)重，大多數(shù)的主梁可見梁底橫向裂縫和腹板斜裂縫?？缰袇^(qū)域的腹板橫向裂縫及豎向裂縫是正截面抗彎強(qiáng)度不足造成的，支座附近的斜裂縫是由于腹板抗剪強(qiáng)度不足引起的，但腹板密布的豎向裂縫不是受力裂縫，而是混凝土早期強(qiáng)度低而吊裝過早或吊裝方式不當(dāng)引起的。加之后期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土收縮引起更寬更多的腹板裂縫。嚴(yán)重的宿害還發(fā)生在橫梁上。由于橫梁連接均采用鋼板焊接，大部分鋼板已銹蝕，有的甚至已脫落。橫梁的病害對主梁有嚴(yán)重影響。
3.下部結(jié)構(gòu)的病害特性
下部結(jié)構(gòu)的病害不是很普遍。病害的主要表現(xiàn)形式為橋臺前墻、側(cè)墻開裂。造成這—病害的原因主要是基礎(chǔ)不均勻沉降同時由于橋臺填料沉降，路面開裂，伸縮縫損壞，雨水滲入橋臺中，使橋臺側(cè)向壓力、橫行壓力大增，更加加劇了這一病害。
4.其它病害
4.1 防震擋塊。基本上是80%以上的擋塊出現(xiàn)了不同程度的病害，無以例外地在擋塊根部開裂，斜向下往臺帽及蓋梁延伸，且以斜板橋最為嚴(yán)重。對于斜橋檔塊破壞比較容易解釋，即斜板中，由于溫度及活載作用，使橋面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平面轉(zhuǎn)動，即橋面系統(tǒng)有朝銳角方向的位移，而檔塊無足夠的強(qiáng)度限制這種位移。正交橋中，則是由于鉸縫失效，車道鋪裝層開裂，錨栓銹蝕而喪失其功能造成的。顯然百分百現(xiàn)行的設(shè)計中，檔塊的尺寸偏小，配筋不足。
4.2 鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕在各結(jié)構(gòu)部分均有出現(xiàn)，且以板底為最嚴(yán)重，鋼筋的澆筑質(zhì)量問題引起的。鋼筋銹蝕也可由受力引起。在鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)中，由于裂縫存在，大氣及雨水的作用使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，鋼筋變粗，擠開混凝土保護(hù)層，使其開裂甚至剝落。當(dāng)然，鋼筋銹蝕也和混凝土的堿骨料反應(yīng)有關(guān)。
5.加固方法
針對橋梁病害，采用如下的加固方法：
行車道系加固。將原有的行車道鋪裝全部拆除，再將行車道表面清掃干凈，必要時錨人適量短鋼筋，配置1-2層鋼筋網(wǎng)，澆筑10-20cm的整體化混凝土?？紤]卸載作用及新舊混凝土的共同作用搠裝拆除在主梁加固前實(shí)施，澆筑混凝土在主梁加固完成后進(jìn)行。行車道加固的主要作用是提高橋梁橫向剛庇改善荷載橫向分布，同時增大主梁截面。粘貼加固。針對梁底拉應(yīng)力大，主梁腹板主拉應(yīng)力大，裂縫寬度超出規(guī)范的情況，對主梁進(jìn)行粘貼加固補(bǔ)強(qiáng)。粘貼材料可采用碳纖維和鋼板。依據(jù)強(qiáng)度考慮，碳纖維可采用C20、C30兩種規(guī)格，采取單層加固補(bǔ)強(qiáng)，鋼板可采用6mm的A3薄鋼板，預(yù)制T梁的表面平整，混凝土強(qiáng)度高，可采用粘貼碳纖維而不宜粘貼鋼板，主要考慮是T粱截面尺寸小，粘貼鋼板對原結(jié)構(gòu)擾動大。板橋中，如果混凝土表面強(qiáng)度低，混凝土不密實(shí)時不宜粘貼碳纖維，可采用粘貼鋼板的方法。預(yù)制板橋中，鉸縫破壞、橫向剮度小時，可考慮在梁底橫向粘貼鋼板。現(xiàn)澆板橋中，整體橫向剛度較大，補(bǔ)強(qiáng)以縱向?yàn)橹鳌?br />
噴射混凝土加固。有些預(yù)制板橋，板底混凝土質(zhì)量特別低，主梁受力鋼筋嚴(yán)重銹蝕，混凝土表面有大量的蜂窩麻面，鉸縫完全失去其功能。荷載試驗(yàn)表明，此類橋梁基本是單板受力。單板強(qiáng)度、剛度低，則可考慮在板底增設(shè)縱向、橫向受力鋼筋，增大混凝土截面，但在板底澆筑混凝土很困難，可考慮采用噴射混凝土的方法。
主梁提升。在路面改造時，有些橋梁的橋面標(biāo)高比改造設(shè)計標(biāo)高低很多，有的達(dá)到30cm以上。如果不將主梁提高，則恒載太大，此時可考慮提升主梁。由于將主梁同時提升難度大，也不安全，可以將主梁橫向聯(lián)系切開，分段進(jìn)行提升。
6.結(jié)論
6.1 行車道鋪裝層雖不是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，但對橋梁的安全起到至關(guān)重要的作用，無論是從設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)等多個環(huán)節(jié)均應(yīng)引起高度重視。
6.2 車輛沖擊荷載對橋梁影響巨大，除了要保持路面、橋面平整外，有關(guān)部門既要對車輛軸載限制，還應(yīng)對行車速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。
6.3 對于小跨徑橋梁，不宜采用整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，對于已建成的橋梁應(yīng)采取措施將板底應(yīng)力釋放。
6.4 現(xiàn)行設(shè)計中防震檔塊尺寸偏小，配筋不足，應(yīng)引起設(shè)計部門的重視。
6.5 橋梁防水是非常重要的環(huán)節(jié)，雨水對承載結(jié)構(gòu)的侵蝕加劇裂縫發(fā)展及鋼筋銹蝕。
參考文獻(xiàn)：
【1】肖長禮 周冬久 魏道平，橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力評定明，河南交通科技 2000 5。
