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淺談梁橋病害及其預防

2015-06-15　

 　　一、前言

 　　橋梁運營時，由于頻繁承載，甚至超載，以及自然界或自然災害的侵襲，交通事故等因素，會造成橋梁損傷和病害。隨著使用年限的增長，橋梁的損傷及病害種類、部位會越來越多，其程度也會越來越嚴重。為了確保橋梁處于安全狀態(tài)及正常使用的耐久性，有必要針對橋梁不同的病害，進行科學有效的維修加固，最大限度實現(xiàn)和延長橋梁的正常使用壽命。

 　　二、病害原因分析

 　　混凝土梁橋結構病害的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一種病害均有其產生的一種或幾種主要原因?；炷亮簶虿『Φ姆N類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種。

 　　2.1 超過結構設計荷載引起的裂縫

 　　1、設計計算階段：結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數(shù)不足。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當?shù)取?br />
 　　2、施工階段：橋上不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式等。

 　　3、使用階段：超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風 、大雪、地震、爆炸等。

 　　圖1 設計不當、超載等原因導致橋梁病害

 　　近年來隨著我國工業(yè)化進程的加快，特大型工業(yè)設備運輸、集裝箱運輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運行，都給現(xiàn)有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標準規(guī)定的荷載等級設計建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現(xiàn)，造成這些橋梁不斷出現(xiàn)病害。

 　　2.2 鋼筋銹蝕對結構造成的損害

 　　鋼筋銹蝕是一個比較普遍、且嚴重威脅結構安全的耐久性問題。它在影響結構物耐久性因素中，占據(jù)主導地位。美國、英國、德國和日本等國每年均花費巨資用于混凝土結構的耐久性修復，其中鋼筋銹蝕占有相當大的比例。我國也有相當數(shù)量的鋼筋混凝土橋梁相繼進入老化期，鋼筋銹蝕的研究和防治顯得非常重要。

 　　鋼筋銹蝕對橋梁結構的破壞分為三個時期：前期是鋼筋表面局部銹蝕出現(xiàn)銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個表面銹蝕，并產生膨脹，與保護層脫離，發(fā)生層裂；后期表現(xiàn)為鋼筋鐵銹進一步膨脹，混凝土本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕，有效截面不斷減小，橋梁結構承載力不斷下降，鋼筋混凝土構件喪失基本承載能力。

 　　銹蝕鋼筋抗力的降低直接影響服役結構和構件的承載能力，嚴重時可造成結構提前失效甚至倒塌。沿鋼筋長度發(fā)生均勻銹蝕時，鋼筋的失重率近似等于鋼筋的截面面積損失率，鋼筋所能抵抗的極限拉力的降低與鋼筋截面面積銹損率基本成正比，此時，可以簡單地用銹損鋼筋的實際截面面積乘以未銹鋼筋的極限抗拉強度獲得銹蝕鋼筋的極限抗拉能力。

 　　圖2 鋼筋銹蝕引起混凝土脫落

 　　混凝土中的鋼筋一旦發(fā)生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產物，并且同時向周圍混凝土孔隙中擴散。銹蝕產物體積比腐蝕鋼筋的體積要大得多，一般可達鋼筋腐蝕量的 2—4 倍。銹蝕產物的體積膨脹使鋼筋外圍混凝土產生環(huán)向拉應力，當環(huán)向拉應力達到混凝土的抗拉強度時，在鋼筋與混凝土界面處將出現(xiàn)內部徑向裂縫，隨著鋼筋銹蝕的進一步加劇、鋼筋銹蝕量的增加，徑向內裂縫向混凝土表面發(fā)展，直到混凝土保護層開裂產生順筋方向的銹脹裂縫，甚至保護層剝落，嚴重影響鋼筋混凝土橋梁的正常使用。

 　　鋼筋與混凝土的粘結是一種復雜的相互作用，通過它來傳遞二者之間的應力，協(xié)調變形，因此鋼筋與混凝土之間粘結錨固性能是保證鋼筋與混凝土兩種不同材料共同工作的基本前提。鋼筋與混凝土間銹蝕層的潤滑作用、鋼筋表面橫肋的銹損、混凝土保護層的開裂或剝落都會導致鋼筋混凝土粘結錨固性能降低甚至完全喪失，最終影響鋼筋混凝土橋梁結構的安全性、適用性和耐久性。

 　　2.3 溫度變化引起的裂縫

 　　混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形受到約束，在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

 　　2.4 養(yǎng)護措施不當引起的裂縫

 　　養(yǎng)護維修及加固措施不當。

 　　有些橋梁的技術缺陷則是由于養(yǎng)護維修不恰當引起的。如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁本身自重過大，承載力相對提高較小或未提高；橋面排水處理不當，橋面滲水；支座維修不當，改變了整個結構的受力狀態(tài)等。

 　　三、梁橋病害的預防措施

 　　橋梁病害預防思想應貫穿整個橋梁壽命期間，包括設計及方案階段，設計階段應詳細調查交通量并充分估計將來增加的交通量，提高結構安全系數(shù)。橋型應選擇較為成熟且應用廣泛的方案；施工階段應精心組織施工，加強觀測；運營階段嚴防超載，定期檢查，

 　　依據(jù)相關資料并吸收實際工程經(jīng)驗，提出以下幾方面預防措施，以期達到防范于未然的目的。

 　　3.1 提高設計水平

 　　提高設計階段的設計者水平。主要通過選用合理的計算模型；提高結構安全系數(shù)；考慮合理的施工方案；提高結構耐久性設計等措施，嚴把設計關，減少梁橋產生病害的先天不足。

 　　3.2 定期檢查及檢測

 　　橋梁結構的檢查，是保證橋梁正常使用、進行維修加固的重要依據(jù)。沒有正規(guī)的檢查就不可能有合理的維修。病害發(fā)現(xiàn)得越早，維修工作量就越小；發(fā)現(xiàn)得越晚，維修工作量就越大。檢查不及時或不充分就有可能使橋梁病害得不到發(fā)現(xiàn)而潛藏著隱患。因此，檢查橋梁結構的目的在于隨時掌握結構的技術狀況和安全狀態(tài)，總結設計、施工、使用和維修的經(jīng)驗和教訓。

 　　通過對現(xiàn)有橋梁的檢查，對于一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后，可評定其設計及施工質量，確定工程的可靠度；對采用新型結構的橋梁，可驗證理論的實踐性和可靠性，進一步發(fā)現(xiàn)問題，總結經(jīng)驗，以便對結構設計理論及結構形式加以改進，使其更加完善；對經(jīng)過維修加固的橋梁，可檢驗維修加固質量，并驗證加固方案的合理性與可靠性。

 　　通過檢查，還可了解橋梁實際受力狀態(tài)，判斷結構的安全承載能力和使用條件。

 　　3.3 提高施工質量預防鋼筋銹蝕及溫差應力裂縫的產生

 　　大量調查研究表明，鋼筋銹蝕的原因正是由于混凝土保護層的碳化和氯離子的侵入而造成的。為了防止鋼筋銹蝕，必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗?jié)B性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性。預防措施主要有：

 　　1、降低水灰比?；炷潦怯伤?、粗、細骨料和水拌制而成，根據(jù)水泥完全水化的理論，需水量只有水泥重量的25％左右，但在拌制混凝土時，為了獲的必要的流動性，滿足施工要求，常用較多的水，即較大的水灰比W/C。當混凝土硬化后，多余的水就會蒸發(fā)掉，形成毛細孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛細孔越多，滲透系數(shù)也越大。所以在拌制混凝土時，在滿足設計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，提高混凝土的抗?jié)B性。

 　　2、摻外加劑。一是摻引氣型的減水劑，一方面使混凝土內部產生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止液體的滲透，另一方面也大大減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B性；二是摻抗?jié)B劑，摻抗?jié)B劑在混凝土內形成膠體洛合物，填充、堵塞了混凝土內部的毛細孔縫，從而增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B性；三是摻膨脹劑，通過摻膨脹劑發(fā)生化學反應，使混凝土產生膨脹，在外力約束下，增加混凝土的密實度，也可提高抗?jié)B性。

 　　3、選擇合適的材料。應選用顆粒細、水化熱低的水泥。因為越細，凝結越快，泌水越少，抗?jié)B性能越好。水泥標號一般不低于425號；并摻用適量優(yōu)質摻合料；細骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量＜3％，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5～30mm為宜，最大粒徑不超過40mm.含泥量＜1％，要求組織細密、顆粒整齊、質地堅硬，另外級配要優(yōu)良，以改善混凝土的和易性，增加密實度，提高抗?jié)B性。

 　　四、結束語

 　　梁橋病害是不可能消除的，但是可以減少病害造成的損失，只要設計方案合理、施工質量有保證及養(yǎng)護措施得當，梁橋是可以在預期壽命的時間里完成其預定功能的。

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