既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因
2014-08-21 
目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時(shí)期,作為公路重要組成部分的橋梁,必須隨著公路技術(shù)等級(jí)的提高,而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國(guó)既有橋梁中鋼筋混凝土橋梁占較大比重,其技術(shù)狀況較差,一方面由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低,除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外,在此之前特別是50年代后期和60時(shí)年代建造的橋梁,大多數(shù)長(zhǎng)期承受超過設(shè)計(jì)荷載的車輛荷載;另一方面由于橋梁設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理、周圍環(huán)境等方面的問題,以及橋梁在使用過程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因,導(dǎo)致既有鋼筋混凝土橋梁承載能力不夠,技術(shù)狀況急劇下降,或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象,這造成危橋增加,對(duì)行車的影響越來越大,使橋梁成為公路交通運(yùn)輸?shù)?ldquo;頸口”,嚴(yán)重影響整條線路的暢通,也成為交通事故多發(fā)地點(diǎn)。本文根據(jù)我校二十余座橋梁檢測(cè)情況以及相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)了既有鋼筋混凝土橋梁常見病害,并分析了病害的發(fā)生原因,這對(duì)于確定既有鋼筋混凝土橋梁的技術(shù)狀況,以便采用相應(yīng)的加固、改善措施,確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。

  關(guān)鍵詞:既有鋼筋混凝土橋梁 病害

  1 前言

  我國(guó)橋梁大部分是建國(guó)以后興建的,橋齡一般在40年左右。橋梁的結(jié)構(gòu)類型:在一般的中小橋中,主要為鋼筋混凝土梁、板橋和石拱橋,少數(shù)為雙曲拱橋,承載能力較高。在大中型橋梁中,數(shù)量較多的為石拱橋和鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋,雙曲拱橋也不少,鋼筋混凝土肋拱橋和鋼梁橋?yàn)閿?shù)較少。

  目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時(shí)期,根據(jù)公路建設(shè)的要求,主要干線公路要達(dá)到專用公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或不低于一般公路和二級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),一般干線公路也要達(dá)到一般公路的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。作為公路重要組成部分的橋梁,必須隨著公路技術(shù)等級(jí)的提高,而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國(guó)現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況較差,主要表現(xiàn)為:(1)橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低。我國(guó)目前61.6%的中小橋分布在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的公路上,這些橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)大多為汽-13、拖-60或汽-15、掛-80,還有相當(dāng)一部分橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)僅為汽-10、履帶-50,甚至低于汽-10級(jí)。除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外,在此之前特別50年代后期和60時(shí)年代建造的橋梁,大多數(shù)長(zhǎng)期承受超過設(shè)計(jì)荷載的車輛荷載,導(dǎo)致承載能力不夠,技術(shù)狀況急劇下降,或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象,這造成危橋增加,對(duì)行車的影響越來越大,使橋梁成為公路交通運(yùn)輸?shù)?ldquo;頸口”,嚴(yán)重影響整條線路的暢通,也成為交通事故多發(fā)地點(diǎn);(2)橋梁設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理、周圍環(huán)境等方面的問題,以及橋梁在使用過程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因,服役橋梁在營(yíng)運(yùn)多年以后在承載能力和使用性能方面存在不同程度的退化現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2000年底,我國(guó)公路上共查出危橋5176座,達(dá)186632延米,完全拆除這些危橋進(jìn)行重建,需投入重建經(jīng)費(fèi)41億元左右,而一般情況下橋梁加固改造費(fèi)用約為新建橋梁費(fèi)用的10-30%。雙曲拱橋加固改造費(fèi)用約為新建橋梁費(fèi)用的20-40%,若以橋梁加固改造費(fèi)用為新建橋梁費(fèi)用的40%計(jì)算,對(duì)我國(guó)查出的5176座危橋來說,對(duì)他們進(jìn)行加固改造利用可節(jié)省投資近25億元。由此可見,通過加固改造充分利用現(xiàn)有橋梁,將會(huì)節(jié)省大量的公路建設(shè)投資,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

  根據(jù)橋梁破損狀況和性質(zhì),查明現(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁的病害程度和原因?qū)τ诖_定橋梁的技術(shù)狀況,以便采用相應(yīng)的加固、改善措施,確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。

  2  既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因

  常見鋼筋混凝土梁、板,雙曲拱橋在建造或運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后往往會(huì)伴有病害的發(fā)生,產(chǎn)生病害既有外界因素也有內(nèi)部因素。根據(jù)我校對(duì)湖南省常寧北門橋、長(zhǎng)永高速路跨線等20余座舊橋檢測(cè)情況,結(jié)合其它文獻(xiàn)資料,現(xiàn)把既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因總結(jié)如下[1~7]。

  2.1混凝土質(zhì)量問題

  2.1.1 混凝土開裂

  鋼筋混凝土橋梁開裂是一種較為普遍的現(xiàn)象。對(duì)既有橋梁進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估時(shí),常需要對(duì)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析。裂縫有很多種,不同類型的裂縫產(chǎn)生的原因不同,對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的影響也不同。橋梁施工期主要會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫、沉降裂縫、溫度作用產(chǎn)生的裂縫;使用期除了受力裂縫外,主要是隨時(shí)間發(fā)展的耐久性裂縫:縱向銹蝕裂縫、凍融循環(huán)作用引起的裂縫,堿骨料反應(yīng)引起的裂縫,鹽類及酸類侵蝕引起的裂縫。根據(jù)不同作用裂縫形態(tài)也有所不同,常見的有橫向裂縫(由于荷載、收縮以及溫度作用引起),剪切裂縫、斜裂縫(由于荷載作用或結(jié)構(gòu)錯(cuò)位移動(dòng)引起),X型交叉裂縫(由于地震作用)。因而,在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性分析時(shí),必須根據(jù)裂縫形態(tài)、走向、寬度、深度分清裂縫產(chǎn)生原因。由于雙曲拱橋是拱肋、拱波、拱板組合受力,開裂情況較為嚴(yán)重,下面著重分析雙曲拱橋裂縫種類和產(chǎn)生原因。

  雙曲拱橋是本身橫向、縱向整體性較差,再加上是少筋或無筋預(yù)制拱肋和拱波,以縱向開裂為主,其次有橫向變形或受力縫產(chǎn)生;拱肋混凝土剝落與露筋現(xiàn)象也不少。

  (1)拱肋與拱波結(jié)合面縫:是由于截面組合較薄弱造成。

 ?。?)拱肋徑向縫:主要是由于橋臺(tái)變位而產(chǎn)生,一般均出現(xiàn)在3L/8至5L/8。

 ?。?)波頂縱縫:主要由于主拱圈橫向聯(lián)系不夠,使活載橫向分布趨向不利或由于橫隔梁尺寸偏小,主共橫向整體性差。,導(dǎo)致在拱波受力薄弱處波頂開裂。

  (4)拱腳截面拱背徑向縫:主要由于橋臺(tái)變位而產(chǎn)生。一般不設(shè)錨入臺(tái)座的拱背鋼筋的雙曲拱,裂縫集中在拱腳截面,對(duì)拱腳截面的彎矩起卸載作用,并無有害作用。但為了防止水滲漏與冰凍等的有害風(fēng)化影響,當(dāng)裂縫寬度>0.2mm時(shí),宜加以封閉。

 ?。?)腹拱圈拱頂或拱頂附近出現(xiàn)沿橋橫向的裂縫。主要由于未設(shè)置伸縮縫或變形縫或伸縮縫或變形縫不能正常工作。

 ?。?)拱上建筑裂縫:腹拱、立墻由于施工質(zhì)量導(dǎo)致的混凝土壓碎、剪斷或錯(cuò)位等,必須進(jìn)行整修、加固或局部改建。

  2.1.2 混凝土表面缺陷

   根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件種類、建橋環(huán)境、施工質(zhì)量以及使用情況等的不同,在基本構(gòu)件上缺陷產(chǎn)生的部位、種類和程度也不同。對(duì)于鋼筋混凝土橋上部結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件,缺陷往往以表面裂縫、蜂窩(混凝土局部酥松,砂漿少,石子多,石子之間出現(xiàn)空隙,形成蜂窩狀孔洞的)、麻面(混凝土表面局部缺漿、粗糙,或有許多小凹坑,但無鋼筋外露現(xiàn)象)、空洞(混凝土內(nèi)部有空隙,局部沒有混凝土,或蜂窩特別大的現(xiàn)象,它常發(fā)生在鋼筋密集處或預(yù)留孔洞和預(yù)埋件處)、露筋、剝落(混凝土表面的砂、水泥漿脫落,粗骨料外露現(xiàn)象)、游離石灰(是由內(nèi)部滲出、附在混凝土構(gòu)件表面的附著物,通常為呈白色的石灰類附著物的總稱)、縫隙夾層(施工縫處混凝土結(jié)合不好,有縫隙或夾有雜物的現(xiàn)象)等。

  對(duì)于公路混凝土橋梁,由于某一缺陷的日積月累的變化,加上環(huán)境的影響,有擴(kuò)大的危險(xiǎn)。例如蜂窩麻面,由于水的滲入,促使混凝上材料惡化,會(huì)引起鋼筋銹蝕,鋼筋銹蝕物的產(chǎn)生過程會(huì)有體積膨脹,又導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生銹蝕裂縫,形成惡性循環(huán)。另外,在混凝土公路橋中,缺陷和原因不是一一對(duì)應(yīng)的,不少情況是某一個(gè)原因是誘發(fā)源,其它則多為促進(jìn)缺陷發(fā)展的原因。

  2.2 鋼筋銹蝕

  鋼筋銹蝕可分兩種情況,一種是混凝土開裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕,即先裂后銹;一種是因?yàn)楸Wo(hù)層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落,既先銹后裂。一般主體結(jié)構(gòu)中很少有先銹后裂的情況,但其附屬結(jié)構(gòu)如防撞墻等,卻有此種情況。調(diào)查顯示,有的防撞墻內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)幾乎無保護(hù)層,在大氣環(huán)境作用下鋼筋銹蝕得相當(dāng)嚴(yán)重。由于鋼筋銹蝕,導(dǎo)致表面混凝土開裂甚至成塊脫落,混凝土開裂或脫落又使原來處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中,如此惡性循環(huán),如不加以維修養(yǎng)護(hù),此種病害對(duì)橋梁的危害也是不可忽視的。保護(hù)層太薄或露筋,在橋梁竣工后幾年內(nèi)問題并不顯得太突出,甚至一直處于被忽視的狀態(tài),直到長(zhǎng)期的大氣作用導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕后才引起注意,再花費(fèi)人力、物力進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。

  2.3 橋面系損壞

  瀝青混凝土橋面擁包、車轍,水泥混凝土橋面出現(xiàn)龜裂:拱橋的瀝青柔性橋面年久失修,加上拱腔柔性填料的影響,導(dǎo)致出現(xiàn)大量的擁包、車轍;對(duì)于梁橋的混凝土橋面因橋面連續(xù)處理不當(dāng)而導(dǎo)致?lián)p壞的居多;行車道、人行道界限極不明確,人行道面層破損嚴(yán)重;混凝土欄桿一方面因混凝土老化剝落,露筋嚴(yán)重,另一方面因橋窄,大部分被汽車撞掉,而又不能得到及時(shí)修復(fù),掉人下橋的現(xiàn)象也不少;伸縮裝置因施工不當(dāng)或其產(chǎn)品本身的原因破壞后,得不到及時(shí)恢復(fù),絕大多數(shù)均被用瀝青混凝土或其它路面材料填塞,使之失去主梁伸縮作用,從而導(dǎo)致橋臺(tái)蓋梁被頂出較大的裂縫或位移,或者橋面起殼、脫落,欄桿起拱,無法保持其良好的使用性能,也影響其外觀形象。

  2.4橋頭跳車

   對(duì)運(yùn)營(yíng)數(shù)年后,鋼筋混凝土橋梁橋頭跳車是一種普遍的病害現(xiàn)象,從調(diào)查情況來看,臺(tái)后路面與橋臺(tái)路面高差普遍在2~3cm,個(gè)別橋甚至達(dá)到6~7cm。橋臺(tái)跳車一方面使行車不平穩(wěn),增加汽車故障率;另一方面,對(duì)橋臺(tái)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大沖擊力,誘發(fā)或加重橋梁病害;第三,影響伸縮縫和支座的損壞。

   引起橋頭跳車的主要原因是橋臺(tái)后填土及路基與橋臺(tái)間的不均勻沉降。臺(tái)后施工一般采用回填土,當(dāng)回填土密實(shí)度達(dá)不到要求,或分層夯實(shí)厚度偏大,均會(huì)造成回填土沉降顯著加大,且這種沉降在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到穩(wěn)定。另外,橋臺(tái)一般采用樁基或落于持力層較好的天然地基上,其沉降量在施工完畢后已完成,這就導(dǎo)致二者在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后產(chǎn)生沉降差。

  2.5 橋臺(tái)變位

  第一,設(shè)計(jì)或施工時(shí)基礎(chǔ)埋置深度不夠,或地基置于不良地基上,如軟土地基、淺層卵石上;第二,原設(shè)計(jì)跨徑普遍較小,極大地壓縮了河床過水?dāng)嗝?,?dǎo)致橋孔通水不暢,局部沖刷增大,加速了基礎(chǔ)沖刷,第三,位于彎道上的橋梁,由于河道改變及水流的長(zhǎng)期作用,迎水面處橋面錐坡基礎(chǔ)更易被沖空。導(dǎo)致基礎(chǔ)變位、脫空,造成墩臺(tái)下沉、開裂,進(jìn)而影響主體受力結(jié)構(gòu)。

  2.6 橋頭接線,線形差,影響行車安全

  一方面由于修建時(shí)為節(jié)省投資和減少拆遷工作,出現(xiàn)橋頭接線長(zhǎng)度不夠,縱坡過大,以及平曲線半徑過小等不合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況;另一方面,由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快,橋梁改建工作趕不上公路改建工作,造成寬路窄橋,嚴(yán)重影響橋梁的通過能力,又增加了行車的危險(xiǎn)。

  3 結(jié)語(yǔ)

  從以上病害可見,我國(guó)既有鋼筋混凝土橋梁產(chǎn)生病害原因從大的方面來看,主要有4方面的原因:第一,由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展,原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,導(dǎo)致現(xiàn)有橋梁超載嚴(yán)重;第二,設(shè)計(jì)不合理。如單孔跨徑設(shè)計(jì)過小,導(dǎo)致橋孔通水不暢,橋孔附近河床淤積,加上日常維修養(yǎng)護(hù)未到位,汛期一到,橋孔泄洪能力差,造成橋毀人亡;第三,施工質(zhì)量問題。如施工時(shí)偷工減料造成混凝土不密實(shí)、有孔洞,質(zhì)量差;第四,養(yǎng)護(hù)管理跟不上。由于橋梁缺乏經(jīng)常性的維修養(yǎng)護(hù),發(fā)生的問題不能及時(shí)解決,造成“小病不治釀成大病”。

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