鋼砼梁橋病害成因與防治措施
2013-02-27 來源：筑龍網(wǎng)
鋼砼梁橋作為公路重要組成部分，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造完整性和耐久性將直接影響到交通運(yùn)營的安全和舒適性。本文針對(duì)砼及鋼砼梁橋結(jié)構(gòu)性及耐久性降低、病害成因及其防治做深入探討。
1、橋梁病害分類
橋梁的病害可分為結(jié)構(gòu)性病害和構(gòu)造性病害。結(jié)構(gòu)性病害是指橋梁受外界荷載影響，使既有結(jié)構(gòu)整體承載能力有所下降的病害。此病害特點(diǎn)是由于其存在使整個(gè)結(jié)構(gòu)承載力受很大影響。如：粱式橋的粱體裂縫、拱式橋的拱腳及拱頂?shù)钠茡p、鋼橋的腐蝕等。
構(gòu)造性病害是指橋梁在使用中部分構(gòu)件喪失功能．橋使用舒適性有所下降的病害。這類病害特點(diǎn)是其存在對(duì)整個(gè)橋梁承載能力無大的影響。這類病害包括：伸縮裝置失效、橋面鋪裝破損及橋頭跳車等。
2、梁式橋結(jié)構(gòu)病害
鋼筋砼梁橋和預(yù)應(yīng)力砼梁橋在我國公路橋梁中占很大比例。尤是新建公路橋，除極少數(shù)大跨徑橋梁外，多采用裝配式鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼空心板、T型梁或箱型梁。這主要是裝配式鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼梁式橋具有以下優(yōu)點(diǎn)：工期較短。構(gòu)件預(yù)制可提早進(jìn)行。上、下部可平行施工；可節(jié)約支架和模板，裝配式橋梁往往可采用無支或少支架施工，構(gòu)件在預(yù)制場(chǎng)或工廠預(yù)制時(shí)采用模板和支架等易做到簡便合理，可反復(fù)使用；提高工程質(zhì)量，裝配式梁橋構(gòu)件在預(yù)制中易做到標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化。
作為砼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)耐久性是其最大的優(yōu)點(diǎn)。除戰(zhàn)爭、地震、火災(zāi)及水災(zāi)導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)破壞外，砼橋梁的裂縫問題是它的最大病害。鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)物是利用了鋼材與砼各自長處的結(jié)構(gòu)。反過來說，由于屬相互彌補(bǔ)各自短處的結(jié)構(gòu)，所以在應(yīng)力集中處、鋼筋錨固處、鋼筋彎起點(diǎn)、鋼筋數(shù)量突減處、砼斷面突變處及應(yīng)力應(yīng)變最大處等都是易出現(xiàn)裂縫的部位?？蓮脑O(shè)汁、施工、養(yǎng)護(hù)、材料及外部環(huán)境等方面分析砼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的裂縫，荷載作用下產(chǎn)生的裂縫作為結(jié)構(gòu)病害考慮，其他裂縫作為構(gòu)造病害考慮。
2．1 彎曲裂縫
梁上施加彎矩時(shí)，將產(chǎn)生彎曲裂縫。彎曲裂縫也稱垂直裂縫。對(duì)于彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說。彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的砼受拉區(qū)。
粱板結(jié)構(gòu)的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展，負(fù)彎矩裂縫位于連續(xù)梁或懸臂梁板的支座附近，自上向下發(fā)展。隨著荷載增大，裂縫寬度增大，長度延伸，裂縫數(shù)增加，裂縫區(qū)域漸向兩側(cè)發(fā)展。
2．2 剪切裂縫
剪切裂縫也稱斜裂縫。首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的部位。對(duì)受彎構(gòu)件和受壓構(gòu)件．往往發(fā)生在支座附近，由下部開始，沿著與軸線成25?！?O。左右的角度裂開。隨著荷載增大，裂縫長度不斷增長并向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫縫數(shù)不斷增多井分叉．裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向擴(kuò)大。剪切裂縫一旦出現(xiàn)，就應(yīng)加強(qiáng)觀察。如裂縫發(fā)展緩慢并限制在受拉區(qū)，是允許的，但如裂縫不斷發(fā)展或者裂縫已接近受壓區(qū)，則不論其寬度和撓度如何應(yīng)及時(shí)給予必要的加固處理。
2．3 斷開裂縫
鋼筋砼構(gòu)件受拉時(shí)，進(jìn)入整個(gè)截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在荷載作用下，產(chǎn)生的裂縫均沿正截面開展，裂縫間距有一定的規(guī)律性。受拉構(gòu)件在受力較小時(shí)，砼和鋼筋均承受拉力，拉應(yīng)力值較小，不超過砼的抗拉極限．這是未出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的工作狀態(tài)。隨著內(nèi)力增加，砼內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到其受拉極限，產(chǎn)生裂縫并退出工作，全部拉力由鋼筋承擔(dān)，這是允許出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的工作狀態(tài)。荷裁繼續(xù)增大，鋼筋應(yīng)力達(dá)到流動(dòng)極限，鋼筋伸長率較大，裂縫寬度超過設(shè)計(jì)規(guī)范允許寬度的許多倍，這多為使用所不允許或構(gòu)件將近破壞的狀態(tài)。
2．4 扭曲裂縫
砼構(gòu)件受扭轉(zhuǎn)與彎曲同時(shí)作用而產(chǎn)生的裂縫稱為扭曲裂縫 該裂縫一般呈45。傾斜方向。鋼筋砼構(gòu)件在扭曲作用下，產(chǎn)生的裂縫一般有許多條，裂縫出現(xiàn)后砼保護(hù)層剝落，扭曲產(chǎn)生的扭矩改由鋼筋承擔(dān)，直至鋼筋滑動(dòng)時(shí)構(gòu)件完全破壞。
2．5 局部應(yīng)力引起的裂縫
局部應(yīng)力引起的裂縫，主要表現(xiàn)在：墩臺(tái)支座處受到較大局部應(yīng)力；構(gòu)件突然受到?jīng)_擊荷載；預(yù)應(yīng)力梁錨固端受到較大局部應(yīng)力而引起的裂縫。
3、鋼筋砼梁式橋病害處治及預(yù)防
鋼筋砼梁式橋包括簡支梁、懸臂梁及連續(xù)梁橋。這些橋梁在運(yùn)營過程中由于各種原因出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致承載能力下降，不滿足運(yùn)營要求，那么就要對(duì)這些橋梁進(jìn)行處治、加固。下面對(duì)目前常用較有效的處治加固技術(shù)做一介紹。
3．1 下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿——噴射砼加固
鋼筋砼梁式橋出現(xiàn)病害需要處治加固時(shí)，如果橋下凈空能夠滿足通車、通航要求，可采用在粱下設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿，并噴射砼作為保護(hù)層進(jìn)行加固。加固設(shè)計(jì)時(shí)一般采用粗鋼筋作為拉桿，兩端錨固在梁端部，中間用單柱、雙柱或多柱支撐在梁底部，然后噴射一層5 cm～8 cm厚砼作保護(hù)層，與原砼梁組合受力。，在加固過程中可通過改變支撐的位置和調(diào)整拉桿預(yù)應(yīng)力方式來滿足提高承載力需要。按照施加預(yù)應(yīng)力的不同方式，可以分為3種施工方法：
（1）橫向收緊張拉法 該法是將鋼拉桿分兩層布置于梁底的兩側(cè)，在靠近梁的支座處向上彎起，與固定在梁端的鋼制u型錨固板焊接。在鋼拉桿的彎起處用短柱將鋼拉桿支撐在粱底，縱向每隔一定距離設(shè)一道撐棍和鎖緊螺栓。通過收緊器將拉桿橫向收攏而產(chǎn)生縱向預(yù)應(yīng)力，以抵抗荷載引起的彎矩。
（2）縱向張拉法。此法將預(yù)應(yīng)力拉桿沿梁底布置，兩端向上彎起，穿過翼板上的斜孔伸至橋面。拉桿端部設(shè)有絲扣，用軋絲錨錨固在梁頂?shù)腻^固槽內(nèi)。此法區(qū)別橫向收緊張拉法的主要點(diǎn)是縱向張拉是直接縮短拉桿的長度以產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
?。?）豎向頂撐張拉法。此法是先在粱端設(shè)置u型錨固板，沿梁底安裝拉桿，并把拉桿的丙端焊在錨固板上，然后在梁的1，4跨徑和跨中分別設(shè)置3個(gè)施力夾具。夾具應(yīng)固定于梁腹或橫隔梁上的承托架上，以給拉桿施加預(yù)應(yīng)力。
3．2 預(yù)應(yīng)力鋼絲束一噴射砼加固
該法是沿梁腹側(cè)面按拋物線形敷設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絲束，在梁底每隔一定距離（5or．m～100 cm）設(shè)置一個(gè)定位箍圈，或在粱腹上埋設(shè)定位梢，用來固定鋼絲柬幾何形狀。鋼絲束兩端穿過梁端翼板上斜孔伸至梁頂錨固。對(duì)鋼絲束施加預(yù)應(yīng)力后，再噴射砼作保護(hù)層。防止腐蝕。由于設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束將會(huì)增加梁上緣壓應(yīng)力，可能會(huì)造成橋面板損壞，所以當(dāng)驗(yàn)算橋面板強(qiáng)度不足時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮加厚橋面板，井使新舊砼結(jié)合為整體，共同受力。必要時(shí)可在原橋面上布設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，再現(xiàn)澆一層砼橋面板，增加橋面板抗壓強(qiáng)度。這種加固技術(shù)用的設(shè)備簡單，不減少橋下凈空，采取半邊施工措施和噴射砼作鋼絲束保護(hù)層，可不中斷橋上交通進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。
3．3 增大構(gòu)件截面加固
部分橋梁．修建時(shí)荷載等級(jí)低。面對(duì)交通業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出荷載等級(jí)偏低，承載能力不足。其主要原因之一是原橋截面偏小，不能滿足荷載等級(jí)提高要求。對(duì)這部分橋梁可采用增大構(gòu)件截面法進(jìn)行加固。增大構(gòu)件截面途徑有增加受力主筋截面、加大砼截面、加厚橋面板和噴錨加固等方法。增焊主筋法；當(dāng)結(jié)構(gòu)因主筋應(yīng)力超過容許范圍而又受到橋下凈空限制不宜加大截面高度時(shí)，可采用只增焊主筋法進(jìn)行加固 主要工序有：增焊主筋、增設(shè)箍筋、卸除部分恒載和恢復(fù)保護(hù)層等。增大梁肋法：對(duì)屬于T型截面橋，常因原截面高度不夠或面積過小，導(dǎo)致承載能力不足和病害的發(fā)生。對(duì)于這些橋梁通常是將梁的下緣加寬、加強(qiáng)，擴(kuò)大截面面積，并在新砼截面中增設(shè)受力主筋。主筋在靠近支座處彎上與原結(jié)構(gòu)主筋焊在一起。在澆筑砼時(shí)，保證新舊砼問黏結(jié)良好，須在澆筑砼前，先將結(jié)合部位的舊砼表面鑿毛，露出骨料。清洗干凈。同時(shí)每隔一定距離鑿露出主筋，以便通過錨固鋼筋將新增加的主筋與原結(jié)構(gòu)中的主筋連接在一起。新增加的砼一般采用懸掛模板現(xiàn)場(chǎng)澆筑。
4、鋼砼橋耐久性降低的原因及防治
鋼砼橋耐久性降低除自然災(zāi)害或意外事故外，主要源于以下幾方面及復(fù)合作用：鋼筋腐蝕、砼碳化、凍融循環(huán)、堿一骨料反應(yīng)、機(jī)械磨損等。其中鋼筋腐蝕是主因。
鋼筋腐蝕通常由兩種原因造成：砼碳化造成鋼筋表面局部環(huán)境的pH值降低，使鋼筋鈍化膜脫鈍；由于砼遭受氯離子污染，而使鋼筋表面鈍化膜破壞 其中后者是造成近代鋼砼橋破壞的主因。砼中氯離子有兩種來源：砼拌和時(shí)加入的，如最早使用的速凝劑CaCI：；環(huán)境中的除冰鹽或海水等。
砼凍融循環(huán)主要發(fā)生在寒冷地區(qū)，表現(xiàn)在幾方面：橋面砼由于受除冰鹽的影響而遭受溫度沖擊，形成累積損傷．造成砼表面剝落；橋墩在湖水或河水水面附近的部分，會(huì)遭受凍融循環(huán)破壞，發(fā)生表面剝蝕，當(dāng)然電有流水的撞擊破壞。
砼橋遭受堿一骨料反應(yīng)破壞，即堿硅反應(yīng) 可在砼灌注許多年后發(fā)生。
對(duì)鋼筋腐蝕防護(hù)，主要采取以下措施：阻銹劑；陰極保護(hù)；防滲涂層；環(huán)氧涂層鋼筋；非金屬筋；采用低滲透性的高性能砼技術(shù)等。
對(duì)于防止砼碳化，主要采用防碳化涂層和采用高性能砼來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)砼的防凍融循環(huán)破壞，最有效的是采用引氣砼技術(shù)，即通過在砼中拌和時(shí)加入引氣劑，產(chǎn)生適量的小氣泡來提高砼的抗凍標(biāo)號(hào)。
對(duì)砼的堿一骨料反應(yīng)破壞，主要通過以下途徑防治：不采用有堿活性的骨架；采用低堿活性的骨料時(shí)，摻加適量礦物摻合料，如粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等；加入化學(xué)外加劑。
5、結(jié)語
任何橋梁，在交付運(yùn)營及在使用中，總會(huì)產(chǎn)生一定程度的破壞。如不及時(shí)處理，癇害會(huì)越來越嚴(yán)重．最終危及橋的安全 對(duì)橋梁病害必須及時(shí)維修處理，但更重要的是從設(shè)計(jì)、施工中去預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期維修保養(yǎng)費(fèi)用。
