混凝土橋梁在使用過程中存在壹些常見的病害,如鋼筋銹蝕、橋面裂縫、伸縮縫損壞等,嚴重影響了橋梁的使用性能。如果不及時維修保養,會破壞主體結構。如何進行正確的檢查,掌握確切的病情,及時制定合理、經濟的防護和養護方案,至今沒有很好的解決辦法。主要原因是對該病缺乏系統清晰的認識。
橋梁結構不可避免地會出現損傷和病害,因此有必要加強對病害的預防。具體來說,壹是加強定期維護,建立日常檢查機制,確保橋梁運營安全,防止病害傳播。二是對橋梁進行定期“體檢”,評估橋梁結構的運營潛力。三是貫徹“預防為主”的原則。為了防治橋梁病害,首先要進行橋梁檢測,必要時進行橋梁荷載試驗,掌握結構的技術和安全狀況,分析病害產生的原因和嚴重程度,從安全性、經濟性、適用性等方面綜合考慮是否進行維修加固。對於可以維修加固的橋梁,也要區別情況,分析病害原因,采取相應的處理措施。因此,正確分析橋梁病害的成因,掌握不同類型橋梁和病害的特點,針對具體問題快速簡便地制定相應的對策,具有重要的經濟價值和社會效益。
通過對加固後的泉州橋、306省道內閣橋、東山橋、東關橋的運營,加固效果非常成功,同時總結了混凝土橋梁的壹些病害及防治措施。
2.橋梁病害原因分析
中小跨徑混凝土橋梁的壹些常見病害有:鋼筋銹蝕、伸縮縫損壞、橋面裂縫和支座損壞。
(1)銹病。
鋼筋腐蝕是影響橋梁結構壽命和安全的重要因素。鋼筋的腐蝕主要是由電化學反應引起的。鋼筋表面致密的氧化膜可以保護鋼筋不受腐蝕。氧化膜的破壞直接導致腐蝕的發生。混凝土的碳化、空氣汙染、混凝土中cl-含量超標都使混凝土中的pH值降低,鋼筋表面的氧化膜處於酸性環境中,逐漸被腐蝕,氧化膜被破壞。在我國許多地區,工業汙染造成的“酸雨”普遍存在,為橋梁鋼筋的腐蝕提供了適宜的外部環境。同時,冬季廣泛使用鹽霧防止橋面結冰,富含cl-的鹽水滲入混凝土結構,大大加速了鋼筋的腐蝕。
鋼筋銹蝕時,銹蝕部分的體積可膨脹至原體積的10倍以上,從而擠壓周圍的混凝土,使混凝土開裂、剝落,減小有效截面尺寸,降低結構的承載能力。腐蝕的直接後果是鋼筋的截面積減小。對於以鋼筋為受拉材料的混凝土橋梁,截面積的減少將直接影響結構的抗彎承載力。鋼筋銹蝕也會降低混凝土對鋼筋的握裹力。鐵銹的流出在結構表面形成鐵銹,影響結構外觀。可見鋼筋的腐蝕對橋梁結構是非常嚴重的,有時甚至是致命的。
(2)凍融疾病。
凍融現象也是造成橋梁病害、影響橋梁結構承載力和使用壽命的主要原因之壹。由於天氣的影響,西部地區容易出現凍融現象,長期反復作用容易造成結構裂縫。有些橋梁已經加固,新澆混凝土與後澆混凝土結合不好,容易產生裂縫,凍融作用加劇了這種影響。凍融病害主要由以下幾個方面引起:壹是自然因素的影響;二是橋梁本身混凝土施工質量不高,排水設施有缺陷;第三,後期維護薄弱。
(3)伸縮縫病害。
根據目前的調查研究,造成伸縮縫病害的原因有:①設計不良造成伸縮縫損壞。橋面采用“搭接角鋼加橡膠條”的簡易伸縮縫裝置體系,縫頂與現澆橋面混凝土同高,鋪瀝青混凝土。由於設計強調解決伸縮縫處橋面的平整度問題,忽略了橋面混凝土與橋面的同步伸縮。因此,通車後,瀝青混凝土表面沿接縫不規則開裂,冬季變寬,夏季拱起。在車輛荷載的長期作用下,橋面鋪裝層(或路面面層)從接縫處向內部逐漸剪切,產生啃邊或大面積坑槽,給以後的修復帶來較大困難。②膨脹節因選擇不當而損壞。(3)由於墩臺施工和梁(板)預制尺寸的原因,實際板端與設計間隙相差較大,導致伸縮縫損壞。(4)設計與實際膨脹不符造成的伸縮縫損壞。這導致瀝青橋面在夏季伸縮縫處起拱,冬季瀝青混凝土橋面沿縫開裂嚴重。⑤由於施工錯誤或橡膠板損壞,板式橡膠伸縮縫在伸縮縫處嚴重磕碰。
⑥板式橡膠伸縮縫或鋼制伸縮縫,由於伸縮裝置混凝土施工先於兩端瀝青混凝土路面,伸縮縫末端脫扣。⑦“反向開槽法”施工操作不慎導致伸縮縫隆起。目前,“反槽法”施工的膨脹裝置有毛接頭或隱蔽式膨脹接頭。雖然“反槽法”施工理論上解決了伸縮縫端部跳車的問題,但如果施工時操作不當,車輛通過時仍有明顯的反光。⑧選材不當造成伸縮縫損壞。伸縮縫損壞的原因很多。由於伸縮縫受力復雜,有產品本身的問題,也有設計施工的問題。從設計的角度來說,設計工程師在伸縮縫設計過程中只註意計算橋梁的伸縮量,並據此進行選型。但往往對產品的性能了解不充分,忽略了產品相應的技術要求,如過渡段混凝土的長度、厚度、標高、預埋件位置、深度等,在設計圖紙上也沒有明確標註。這些問題很多要等到產品運到現場安裝,甚至安裝後才發現,但是已經太晚了。從施工的角度來看,伸縮縫的安裝是橋梁施工的最後壹道工序之壹。為了趕進度,施工馬虎,不按安裝程序施工。另外,在安裝後混凝土達到強度前提前開放交通也是造成伸縮縫損壞的原因,因為過渡段的錨固混凝土已經出現早期損壞。
(4)橋面鋪裝病害。
橋面鋪裝病害包括不規則網狀裂縫、規則縱橫向裂縫和嚴重裂縫。這不僅增加了維護成本,也導致了大規模的翻新。同時,橋面鋪裝直接承受高速交通的沖擊、剪切和磨損,直接承受氣候的影響,日曬升溫,日落降溫,與主梁(板)有壹定的變化和差異。因此,橋面鋪裝的應力不僅難以定性分析,也難以定量計算。橋面鋪裝受力復雜,病害時有發生。因此,橋面鋪裝的設計和施工應引起足夠的重視,以預防病害的發生。
橋面下沈、欄桿和人行道系統損壞等病害主要是由於缺乏維護造成的。養護部門對橋梁養護不夠重視,導致橋梁長期營養不良,外觀損壞嚴重,排水不暢。以往橋面鋪裝多為泥結碎石結構,強度低,防水性能差,橋面水容易滲入結構。同時,結構的膨脹變形也會影響橋面鋪裝。整體板橋的板寬較大,在荷載作用下,板不僅會縱向彎曲,還會橫向彎曲。橋面受拉側出現縱向裂縫的原因是鋼筋的橫向分布沒有達到規定的數量。橫向配筋不能滿足正常使用荷載的要求,導致無法限制縱向裂縫的寬度。
(5)其他疾病。
裂縫是橋梁的常見病害。調查表明,橋梁結構存在其他病害,如支座病害、混凝土保護層不足、失效、松動、鼓包、裂縫甚至脫落;混凝土碳化速度快,碳化深度已達到鋼筋表面;橋面排水不暢,防水層無保護層,破損嚴重,排水管質量不好,施工質量差,混凝土保護層厚度變化很大;混凝土收縮裂縫、橋面自然磨損、材料老化、大型車輛嚴重超載、冬季融雪時化學品滲透、橋梁施工時的施工質量等諸多影響因素也是加重橋梁病害的重要原因。
3.對策分析
泉州大橋加固中,拱肋控制截面在靜載試驗中未發現新的裂縫,原裂縫也未進壹步發展。拱肋和承臺等開裂部位的裂縫在試驗壹年後沒有明顯發展和變寬,也說明裂縫在正常使用條件下基本穩定,不會危及橋梁的正常使用。所以拱肋和承臺裂縫要用環氧砂漿封堵,用碳纖維布加固。壹般應包裹兩層碳纖維布,裂縫兩側碳纖維布寬度不小於150mm,構造應符合相應《碳纖維布加固技術規程》的要求。由於橋面鋪裝嚴重脫皮破損,鋼筋網和混凝土全部鑿除,原39塊伸縮縫減少到15。省道306線東山大橋加固工程中,橋梁上部結構大部分橫梁出現裂縫,影響了結構的橫向連接。在設計和施工中,不僅加大了橫梁的截面尺寸,還增加了5根橫梁,並在主肋兩側和主拱底部粘貼鋼板,考慮到鋼板和主肋受力相同。
對於鋼筋銹蝕的問題,在修復銹蝕區域時,首先要清除所有銹蝕區域的混凝土,然後用噴砂和超高壓水對鋼筋進行除銹。若鋼筋銹蝕嚴重,應根據檢查結果確定修補部位並增加鋼筋數量,保證鋼筋含量,然後澆築高強混凝土。當混凝土層太薄,無法支模時,可采用噴射混凝土澆築。同時也可以用物理方法防銹:比如在鋼筋表面加環氧樹脂塗層。良好的塗層能有效防止鋼筋腐蝕,大大延長結構的使用壽命。根據相關調查資料評估,使用環氧樹脂塗層鋼筋可延長橋梁使用壽命10年以上。此外,在經常與水接觸的表面添加環氧樹脂或其他高分子材料作為防水層,提高表面防水性的同時也達到防腐的效果。
在中小跨徑橋梁中,采用無縫橋梁可以避免伸縮縫病害的發生。
對於橋面鋪裝病害,可采用冷軋帶肋鋼筋和鋼纖維混凝土材料進行防護。冷軋帶肋鋼筋與普通鋼筋相比,設計強度大大提高,與混凝土的粘結強度很強。同時,冷軋帶肋鋼筋網整體剛度好,不易變形,在橋面混凝土施工過程中不會出現鋼筋網局部坍塌的情況。采用鋼纖維混凝土這種新型高強復合材料對橋面進行修補加固,不僅可以提高橋面的抗裂性、耐磨性和耐久性,還可以延長橋梁的使用壽命,減少維護量。此外,早期強度高,可提前通車,具有明顯的技術經濟效益和社會效益,具有良好的發展前景。
4.結論和建議
針對混凝土橋梁的實際情況,通過對橋梁的鋼筋銹蝕、支座、伸縮縫、橋面鋪裝等病害的調查分析,結合相關工程,提出預防病害的設計方法,以徹底解決混凝土橋梁的病害問題。具體實施過程如下:
(1)在廣泛調查典型地區混凝土橋梁存在的各種病害的基礎上,對各種病害進行了分類和分析,並評估了其對結構的影響。
(2)選取部分具有典型和普遍性病害的橋梁,與規模相同或相近但未出現問題的橋梁進行對比,結合設計、施工、養護等方面的信息,調查病害產生的原因,分析各種影響因素及其作用機理和發展規律。
(3)參照當前橋梁維修的工程實踐,研究病害防治對策,提出減少和消除既有病害的處理方法,預防病害的構造措施和施工要求,對病害防治設計進行探討和研究。
(4)將研究成果應用於配套項目,檢驗其效果,並不斷完善。
(5)總結各種病害的成因和改造方法,以及預防病害的設計要點和施工方法,形成病害預防信息系統,總結各種處理方法的優缺點和適用範圍。
不同類型的橋梁在不同條件下,不同部位會出現不同程度的病害。目前國內的研究水平只停留在具體疾病的具體分析上,還沒有進行系統的研究。我國橋梁眾多,地形環境多變,不僅為此研究提供了豐富的素材,也為今後的實際應用提供了廣闊的前景。本文提供的思路對橋梁病害的成因進行了系統分析,並對橋梁病害防治領域的新材料、新施工技術、新設計方法進行了相關研究,對提高橋梁的使用性能、完善橋梁設計方法將起到積極的作用。
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