箱梁的病害成因分析及防治措施研究
2015-06-01
1 引言
箱梁結(jié)構(gòu)橋橫向剛度大，特別是連續(xù)箱梁橋具有加大跨徑、降低梁高、保持橋面平整、無伸縮縫等優(yōu)點(diǎn)，因此自二十世紀(jì)七十年代末以來連續(xù)箱梁橋發(fā)展迅速。經(jīng)過長期運(yùn)行以后，研究人員發(fā)現(xiàn)，箱梁會(huì)有梁體混凝土剝落、腹板、底板開裂、預(yù)應(yīng)力鋼絲束斷裂、蹦脫、連續(xù)梁橋負(fù)彎矩處開裂等病害出現(xiàn)[1-4]。嚴(yán)重影響了箱梁的正常使用功能，國內(nèi)外專家學(xué)者對如何能防治箱梁病害的出現(xiàn)，并對箱梁出現(xiàn)的病害進(jìn)行治理進(jìn)行了深入的研究，也取得了一定的成績[5-7]。
本文對箱梁跨中腹板、底板開裂、連續(xù)梁橋負(fù)彎矩處開裂的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防治措施，對今后箱梁病害的分析和防治工作具有一定的借鑒作用。
2 箱梁病害
2.1腹板、底板開裂
研究發(fā)現(xiàn)，普通鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)大多在腹板出現(xiàn)豎向裂縫，腹板豎向裂縫一般呈中間寬、上下窄規(guī)律，裂縫間距較小，平均為20-30cm，裂縫長度約為箱梁腹板高度的30%-60%，發(fā)展嚴(yán)重的可能貫通整個(gè)腹板，對橋梁的受力極為不利。梁底出現(xiàn)裂縫大多為橫向裂縫，集中在跨中2-3m的范圍之內(nèi)，有些梁底裂縫與腹板裂縫相連接。梁底裂縫多伴有滲水、白華現(xiàn)象，會(huì)鋼筋發(fā)生銹蝕，嚴(yán)重影響箱梁的壽命。為唐津高速跨京津塘立交橋的箱梁腹板開裂情況，裂縫寬度達(dá)0.34mm；為京滬高速西琉城橋的箱梁梁底開裂、滲水和白華現(xiàn)象。
病害危害：由于普通鋼筋混凝土箱梁自重較大，加上混凝土的收縮等因素影響，腹板、梁底普遍出現(xiàn)裂縫。盡管設(shè)計(jì)中允許普通混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，但部分箱梁的裂縫已超過了允許寬度，這不僅使結(jié)構(gòu)整體剛度降低影響其承載能力，一方面因裂縫寬度過大加速混凝土碳化，另一方面當(dāng)雨水進(jìn)入裂縫以后，會(huì)使鋼筋發(fā)生銹蝕。在冰凍地區(qū)，由于凍漲影響，會(huì)使裂縫進(jìn)一步開展，裂縫開展以后，進(jìn)入的雨水會(huì)更多，進(jìn)一步加速箱梁的破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。
原因分析：按照受彎構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的規(guī)律應(yīng)該是底板寬腹板相對較窄，而腹板裂縫寬度比底板裂縫寬度稍大，主要是腹板的裂縫在很大程度上是混凝土收縮和荷載作用共同的結(jié)果。另外，溫度效應(yīng)對腹板裂縫的開展也有較大的影響，特別是東西走向的箱形梁橋，特別是夏季溫度較高時(shí)，處于陽面的腹板由于陽光照射使得腹板升溫較快，而處于陰面的腹板由于受不得陽光的照射升溫較慢，再加上混凝土是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)較大的水平方向的溫度應(yīng)力，使得箱梁腹板出現(xiàn)大量裂縫。施工時(shí)，施工人員沒有嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，造成鋼筋分布不均勻，造成局部受力比較集中，造成混凝土出現(xiàn)裂縫。
防治措施：首先，在混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要充分的考慮溫度效應(yīng)對混凝土箱梁裂縫的影響，適當(dāng)增加腹板的抗裂鋼筋。然后，要加強(qiáng)對已建橋梁的養(yǎng)護(hù)工作，對出現(xiàn)的裂縫及時(shí)進(jìn)行維修，當(dāng)裂縫寬度小于規(guī)范值時(shí)，可以對裂縫進(jìn)行封閉處理，當(dāng)寬度大于規(guī)范值時(shí)，可以對裂縫進(jìn)行灌漿處理。對出現(xiàn)滲水的必須先清除水漬，然后做好防水處治，再封閉裂縫。
2.2 梁體負(fù)彎矩處破壞
連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)由于自重和活載作用在中墩處產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩引起梁頂混凝土受拉，當(dāng)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，負(fù)彎矩處就會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫反射到橋面引起瀝青層開裂，雨水沿著橋面裂縫下滲，到達(dá)橋面水泥鋪裝和箱梁頂面，雨水較多的夏季高速車輛引起的動(dòng)水壓力沖刷混凝土和冬季雨雪水的反復(fù)凍融都會(huì)加速混凝土的破壞。圖3、4為京津塘高速金鐘路高架橋一連續(xù)梁墩頂打開時(shí)的情形，梁頂混凝土潮濕局部可見明水，頂板混凝土腐蝕嚴(yán)重，大面積鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命。負(fù)彎矩區(qū)域的裂縫由于存在水的破壞，其危害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于跨中正彎矩區(qū)域裂縫。
病害危害：由于負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫在頂板處，與底板相比更容易積水，如果裂縫較淺，雨水會(huì)在裂縫內(nèi)存積，在寒冷地區(qū)，由于凍脹的影響，會(huì)使裂縫進(jìn)一步開展，使裂縫進(jìn)一步加深。當(dāng)裂縫較深時(shí)，雨水會(huì)使鋼筋發(fā)生銹蝕，混凝土碳化的速度也會(huì)加快。當(dāng)鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效面積會(huì)減小，承載力會(huì)降低，裂縫將會(huì)進(jìn)一步開展，當(dāng)鋼筋截面減小到不能承當(dāng)結(jié)構(gòu)的荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞，對行人和車輛產(chǎn)生危害，影響交通運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行。
原因分析：造成負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫的原因在于：首先混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，負(fù)彎矩處產(chǎn)生的拉應(yīng)力很容易就會(huì)達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值，造成混凝土開裂；其次，由于施工時(shí)，施工人員不能嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，致使混凝土澆筑不密實(shí)，混凝土中氣泡較多，水分很容易進(jìn)入氣泡。另外，負(fù)彎矩處預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉不足也是造成負(fù)彎矩處產(chǎn)生裂縫的一個(gè)原因，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加負(fù)彎矩處預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，以提高負(fù)彎矩處混凝土的抗拉強(qiáng)度。缺乏后期養(yǎng)護(hù)，沒有及時(shí)對箱梁負(fù)彎矩處產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行及時(shí)的維修，造成了裂縫的進(jìn)一步開展。
