公路桥梁病害分析与加固措施
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作者: 胡浩然
桥梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通。公路桥梁由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响,多数已经不能适应现在交通量的飞速增长。
目前,已有不少桥梁暴露出缺陷,更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象,影响其承载能力和使用寿命。因此,采用适当的加固和改造技术措施,恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。
1、常见病害
1.1 裂缝。一座桥梁从建成到使用,牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。设计疏漏,施工低劣,监理不力,均可能使混凝土桥梁出现裂缝。而裂缝也有很多种,如主拱圈裂缝(主拱圈中波纵向裂缝、肋、波连接处裂缝、拱肋裂缝、横系梁裂缝)、主梁裂缝(多发生在锚跨中部梁的下缘及悬臂粱根部上缘)、墩台身裂缝(墩台网状裂缝、从基础向上发展至墩台上部的裂缝、墩台身的水平裂缝、翼墙和前墙断裂的裂缝、由支承垫石从下向上发展的裂缝、桥墩墩帽顺桥轴线横贯墩帽的水平裂缝、双柱式桥墩下承台的竖向裂缝、支承相邻不等高的墩盖粱、雉墙上的竖向裂缝、墩台盖梁自上而下的垂直裂缝、镶面石突出的裂缝、悬臂桥墩角隅处的裂缝等)。
1.2 伸缩缝损坏。造成伸缩缝破坏的原因主要有以下几个:
(1)由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统,缝顶与现浇桥面混凝土同高,上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩,因此,通车后沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂,冬季加宽,夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下,桥面铺装层由裂缝处向里逐渐剪坏,出现啃边或大范围的坑槽,给日后修补带来了更大的困难。
(2)由于选型不当引起的伸缩缝损坏。
(3)由于桥墩台施工及梁(板)预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。
(4)设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起,冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。
(5)板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。
(6)板武橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。
(7)“反开槽法”施工操作不认真引起伸缩缝处跳车。目前运用“反开槽法”施工修筑的伸缩装置有毛勒缝或暗式伸缩缝等。“反开槽法”施工虽然从理论上解决了伸缩缝端头跳车的问题,但若施工时操作不当,车辆通过时仍有明显的反应。
1.3 钢筋锈蚀。钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素。由于各种物理化学原因,桥梁结构钢筋的锈蚀广泛存在,为了维持桥梁的正常运营,需要对出现锈蚀的桥粱进行维修。钢筋锈蚀主要是发生了电化学反应。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀,而氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。混凝士的碳化、大气污染等都使得混凝土中PH值下降,钢筋表面氧化膜处于酸性环境中,逐渐被腐蚀,这样氧化膜便被破坏了。钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原体积的lO倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥落,使截面有效尺寸减小,导致结构承载力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,断面积的减小会直接影响结构的抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。
1.4 支座破坏。支座破坏的原因主要可归纳为:支座安装的不平整,支座本身质量较差;设计选型不合理及施工中的其他原因。在正交桥梁中,支座的受力较为简单明确,其受力边界条件也容易满足,但是对于斜弯桥梁,由于超高和组合坡的影响,支座的标高是阶梯状分布的,若施工中未能严格按照设计标高布置的话,则可能造成某一个支座超载或脱空。支座脱空时,上部梁板的内力将进行重分布,显然局部部位可能超过设计的控制值,如铰接板板缝的失效;支座超载时,则会导致支座变形过大甚至支座被迫压、剪坏。此外,不同类型的支座其力学特性区别较大,尤其是抗震性能。因此,设计中应该充分结合本区域的地震情况以及桥梁的结构类型选择最佳的支座。
1.5 其他。桥梁结构中其他常见的病害包括:主拱圈轴线下降,牛腿裂缝,墩台基础损坏,桥面变形及破碎甚至脱落,混凝土碳化速度快,碳化深度达到钢筋表面,防震荡块损坏,桥面破损,栏杆断裂,伸缩缝损坏,桥头跳车,这些病害不仅影响桥梁的美观,也影响桥梁的使用。
2、加固措施
2.1 桥面补强。原桥面多缺乏稳定而坚实的基层,整体性差,桥面板的碎裂和其他损坏特别严重、混凝土质量或施工状况特别不良,且无适用的修补方法时,就必须采用重新浇筑新的混凝土桥面板的措施。即在旧有桥面扳上,重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层。一般先凿除旧桥面,使其与原有主梁形成整体,必要时锚入适量短钢筋,配置1-2层钢筋网,达到增大主粱有效高度、改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。此方法既修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板,又能加高原有梁板的有效高度。增加梁板的抗弯能力,改善铰结粱板的荷载横向分布,从而提高桥梁的承载能力。
2.2 原桥主梁加固增强。有以下四种方法可以采用:
(1)利用墩顶上两孔梁端空间设置现浇横向悬壁挑梁,其上安装预制的微弯板。
(2)在挑梁悬壁部分架设预制的人行道粱,两边桥孔人行道梁较主粱长,一端支承在边墩挑梁上,一端支承在路堤上特设的支墩上,此举系为了避免加宽桥台。
(3)在人行道梁内侧的凸缘与旧桥面板间,用混凝土浇筑桥面加宽部分,桥面铺装层混凝土同时浇筑形成行车道,在桥面铺筑装层及桥面加宽部分,均设置了钢筋网,使整体性能加强。
(4)桥面伸缩缝设置在桥梁顶中心,将行车道铺装延伸搭架在挑粱上形成,挑梁上桥面铺装层下垫设二层油毡,使其能随温度收缩。收缩缝中充填聚氨脂材料。
2.3 增大截面和配筋加固。当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面,增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在粱底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛应用于桥梁及拱桥和拱桥拱肋的加固。
2.4 粘贴钢板加固法。当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主粱会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高桥梁承载力的目的。
2.5 其他。其他方法还有拓宽加固、改变结构受力体系加固,桥台新建辅助挡土墙加固,墩台基础的加固、主拱圈加固、悬壁孔主梁及挂粱牛腿的加固,主梁负弯矩的加固、主梁及挂梁正弯矩区加固、增设纵梁加固、拱圈增设套拱加固、增补桩基加固、塞缝灌浆、上部结构加固改建法等。
3、结束语
随着交通运输事业的发展,交通运输量大幅度增长,再加上许多桥梁超负荷使用,已带来严重的安全隐患。利用既用桥梁加固,施工期短,缓解当前运输紧张状态,在当前道路负荷加重、道路桥梁受损普遍的情况下,具有较高的经济效益和社会效益。因此,进一步加强对桥梁的养护维修、加固及技术改造的研究及其工程应用有其重要意义。
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