論鋼筋混凝土橋梁病害及加固
2015-07-29
引言
在橋梁使用過程中，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的特性、結(jié)構(gòu)的設計與施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、結(jié)構(gòu)的使用條件與防護措施等因素的影響，橋梁會產(chǎn)生各種損傷、局部破壞、變形、裂縫等病害，這些病害嚴重影響了橋梁的安全使用，應及時對相應的病害維修及加固。下面筆者討論了鋼筋混凝土橋梁病害及加固。
一、鋼筋混凝土橋梁病害及產(chǎn)生原因
1、裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷以及微裂縫的不斷擴展而引起的，是混凝土結(jié)構(gòu)的最主要和危害最嚴重的病害。
（l）收縮裂縫。混凝土的自由收縮由于無約束的存在，不會產(chǎn)生應力，也不會引起混凝土的開裂，但若有約束的存在，非自由收縮產(chǎn)生的變形受到約束，產(chǎn)生應力，那一時刻應力一旦超過混凝土的極限應力就開裂了。而混凝土約束是無處不在的，如現(xiàn)澆混凝土對后澆混凝土的約束，水泥顆粒水化先后造成的約束，微觀上水泥顆粒先水化的部分對后水化的部分提供約束，鋼筋的約束，基巖、地基或己有結(jié)構(gòu)建筑物對混凝土的約束，這種約束多造成混凝土內(nèi)部無規(guī)則不貫通的微裂縫）等。因此，只要采用混凝土這種材料，就應該考慮并預防由于約束的存在限制收縮而產(chǎn)生的裂縫。
?。?）溫度裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，當這種溫度產(chǎn)生的變形受到約
束時，在混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應力，當此拉應力超過混凝土的抗拉強度極限值時，即
會引起混凝土裂縫。溫差是產(chǎn)生溫度應力的主要原因，按裂縫產(chǎn)生的溫差的原因的不同
而分為兩種裂縫：水化熱裂縫和溫度梯度裂縫，或者說截面上下溫差裂縫和截面內(nèi)外溫
差裂縫。
（3）膨脹裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)的使用過程中，由于內(nèi)部混凝土的化學物理作用，內(nèi)部混凝土膨脹變形產(chǎn)生膨脹應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土產(chǎn)生膨脹裂縫。如混凝土碳化和氯離子侵蝕使鋼筋銹蝕生成鐵銹，鐵銹體積膨脹產(chǎn)生的順筋裂縫；堿集料反應、氯離子侵蝕的產(chǎn)物會膨脹導致裂縫；凍融循環(huán)破壞、集料膨脹等物理反應也會產(chǎn)生裂縫。
2、橋面鋪裝層病害
橋面鋪裝層有很多病害，如泛油、裂縫、松散露骨、車轍等。
瀝青層泛油，是指鋪裝表面有瀝青滲出。引起泛油的原因可能是由于瀝青用量過多，瀝青材料的軟化點太低，或集料級配不良；裂縫是指鋪裝上出現(xiàn)縱橫向線狀裂縫或相互連接的網(wǎng)狀裂縫，原因可能是由于瀝青老化、瀝青材料性能不良、橋而板出現(xiàn)損壞破裂等因素造成的；松散露骨是指鋪裝層表面的細集料慢慢地脫落，表面呈現(xiàn)粗糙的狀態(tài)?？赡艿脑蛉畿囕v荷載過大，瀝青混合料壓實不足，或瀝青用油量太少，導致瀝青鋪裝層粘性不足；車轍是車輛長時間在路面上行駛后留下的車輪永久壓痕，這一般是由于車輛荷載過大或在同一個地方車輪出現(xiàn)的頻率較高造成的。
3、鋼筋腐蝕
鋼筋腐蝕可以分為電化學腐蝕、雜散電流腐蝕、應力腐蝕及氫脆腐蝕，其中電化學腐蝕是最主要的。除受鋼筋本身的不均性（如化學組成不同、鈍化膜不連續(xù)、受力程度不同等）影響外，與混凝土本身性能的優(yōu)劣（密實度等）、破壞情況、外界環(huán)境都關系十分密切。
4、人行道、欄桿、護欄的病害
人行道病害通常是由于人行道、行車道界限極不明確造成的，人行道的病害包括剝一落、撞擊、錯位、斷裂、缺件、銹蝕等。橋梁混凝土欄桿、護欄常見的缺陷是斷裂、和混凝土常見的表層缺陷。斷裂是交通事故所致或車輛超寬運輸不慎碰撞所致；由于立柱材料選擇不當或者構(gòu)造不當，在車輛震動荷載作用下，局部破損斷裂；表層缺陷有的是因為缺乏養(yǎng)護管理，有的是因為混凝土欄桿長期外露，混凝土表面因水分侵入引起鋼筋銹脹使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，還有的是混凝土保護層因損壞、剝離、脫落引起開裂有些橋梁欄桿。
二、鋼筋混凝土橋梁病害處理及加固措施
1、裂縫維修及加固措施
裂縫產(chǎn)生后一般有兩種維修措施，裂縫修補或加固：①對淺而細，且條數(shù)較多的裂縫，裂縫寬度15mm時，一般認為此時的裂縫是可以自行愈合的，不影響結(jié)構(gòu)的正常使用和承載需要對產(chǎn)生裂縫的構(gòu)件進行良好的養(yǎng)護管理即可。②當寬度為0.15～0.2mm的淺而深的裂縫，可采用可灌性好的甲凝漿液或水泥砂漿液進行表面修補，此時裂縫寬度未超出規(guī)范的規(guī)定，不影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能，進行一定的修補即可；對裂縫寬度為0.2～0.3mm且其位置未處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，可采用收縮小的環(huán)氧樹脂漿液灌注補強。③當裂縫寬度為0.2～0.3mm且其位置處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，截面承載能力降低，體系的耐久性可能即將達到極限狀態(tài)，此時裂縫處于三級病害的狀態(tài)，宜采用水泥漿液灌漿修補或裂縫表面粘貼纖維玻璃布或鋼板等。④當裂縫寬度為0.3mm且其位置處在結(jié)構(gòu)的主體受力位置上，結(jié)構(gòu)受力斷面減小，承載能力降低，鋼筋即將發(fā)生銹蝕，此時結(jié)構(gòu)的使用壽命即將終止，此時裂縫己經(jīng)處于比較嚴重的狀態(tài)，必須對其加固，使其恢復其原設計狀態(tài)。
裂縫加固法：①在受力構(gòu)件外側(cè)重新澆筑一層鋼筋混凝土。這樣可以提高鋼筋和受力截面的面積，以增加承載力；②在結(jié)構(gòu)裂縫的四周加設型鋼套箍，以防止裂縫的擴大，并提高受力構(gòu)件的剛度和承載能力。
2、鋪裝層病害維修及加固措施
橋面鋪裝病害的維修或修補可以采用局部鑿除和全部鑿除重鋪等修補方法。
水泥混凝上鋪裝層有局部病害時，可將破壞處鑿毛，深度以露出集料為準，然后用清水沖洗凈斷面并充分濕潤，再在其上涂抹同強度等級的水泥砂漿或其它薪結(jié)材料最后鋪筑一層4～5cm厚的水泥混凝土鋪裝層。橋面病害嚴重時，可考慮全部鑿除后重鋪。
若構(gòu)件連接處有均勻沉陷，橋面則可能凹凸不平，此時可在橋下以液壓千斤頂頂升，調(diào)整構(gòu)件連接處的高程，使頂面平齊；若橋面鋪裝的破壞比較嚴重，已不能滿足承載能力的要求時，則鑿除原橋面鋪裝后，在水泥混凝土內(nèi)鋪設鋼筋，增加橫向聯(lián)系，提高承載能力。
3、鋼筋腐蝕維修及加固措施
用限制混凝土含水量以及滲透阻銹劑來防止鋼筋銹蝕，在整個混凝土表面覆蓋一層堿性的水泥砂漿或噴射混凝土層，用堿性砂漿局部修補的再鈍化法，利用水的電解反應使鋼筋再鈍化等。對有明顯銹脹開裂的結(jié)構(gòu)，采用的維修方法是對已碳化或己受到氯離子污染的混凝土進行材料替換，或用環(huán)氧樹脂為主體涂覆鋼筋并輔以修補砂漿（修補混凝土）等。這些修補方案雖然在某些方面取得了一定成效，但總的來說，它們并不能從根本上制止電化學的銹蝕過程。碳化混凝土的再堿化主要應用電化學和電滲原理，在鋼筋與混凝土之間施加一個電場，在直流電的作用下，陰極鋼筋處發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生氫氧根離子，同時碳酸鈉電解質(zhì)向鋼筋周圍的混凝土滲透，恢復鋼筋周圍混凝土的高pH值，以達到防止鋼筋銹蝕的目的。
4、人行道、欄桿、護欄的病害維修及加固措施
應使橋梁欄桿經(jīng)常保持完好狀態(tài)，及時清潔、保養(yǎng)，以養(yǎng)防修。橋梁欄桿若有缺損，應及時補齊；若己損壞、缺失，應重新安裝。橋梁欄桿柱鉛垂豎直，若不直正，應及時糾偏。伸縮縫處的水平欄桿可以自由伸縮，若不能移動應及時維修或更換。鋼筋混凝土欄桿若出現(xiàn)裂縫或剝落，可以用環(huán)氧樹脂勃結(jié)材料灌注封縫修補。人行道塊件也應完整、牢固，若出現(xiàn)松動、缺損應及時進行維修或更換。橋面路緣石也應經(jīng)常保持完好狀態(tài)，如有缺陷應及時維修或更換。
結(jié)語
綜上所述，對于結(jié)構(gòu)的維修加固，應在弄清楚病害原因的基礎上，找到最經(jīng)濟合理的方法。本文由于篇幅有限，筆者僅僅粗略的探討了裂縫、橋面鋪裝層病害、鋼筋腐蝕以及人行道、欄桿、護欄的病害，還有許多內(nèi)容沒涉及到，比如：支座病害、變形等。
