高速公路橋梁病害成因及加固探討
2015-12-29
1 引言
近年來，隨著我國(guó)高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，很多橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害，這些病害嚴(yán)重影響了橋梁的使用性能，如果不及時(shí)修補(bǔ)和加固，甚至?xí)＜皹蛄旱氖褂冒踩?。因此，需要做出正確的橋梁技術(shù)狀況調(diào)查，掌握確切的病害情況并進(jìn)行成因分析，然后針對(duì)具體問題制訂相應(yīng)的加固方法對(duì)橋梁進(jìn)行加固，以確保高速公路的暢通。
2 橋梁主要病害分析
我國(guó)早期修建的高速公路上的橋梁多為中小跨徑的混凝土簡(jiǎn)支梁橋。其普遍存在一些常見病害：橋梁鋪裝開裂、伸縮縫損壞、鋼筋銹蝕、支座破壞和橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的病害等。
2．1 橋面鋪裝開裂
混凝土橋面鋪裝層的病害隨處可見，主要表現(xiàn)為較規(guī)則的縱、橫向裂縫。不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫及較嚴(yán)重的破裂等病害。產(chǎn)生病害的主要原因是橋面板剛度不足，在重載或沖擊荷載作用下產(chǎn)生較大變形，從而導(dǎo)致橋面板的鋪裝層出現(xiàn)裂縫，且發(fā)展較快。其次，鋪裝層與橋面板和主體結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生附加內(nèi)力也會(huì)引起縱、橫向裂縫。另外，早期修建的橋梁，由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)鋪裝功能、病害認(rèn)識(shí)有限，往往存在配筋量偏小。鋼筋直徑過細(xì)，鋪裝與承載構(gòu)件的界面連續(xù)不牢靠等問題。
鋪裝層的病害在高速公路上的危害性非常嚴(yán)重。首先，鋪裝層破損會(huì)使車輛沖擊荷載進(jìn)一步增大；其次，防水功能失效后，雨水滲入主梁中，使主梁受力鋼筋銹蝕，這一點(diǎn)對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，危害尤其嚴(yán)重；最后，鋪裝層的破壞會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)荷載的橫向分布狀態(tài)，使得橫向剛度變小。各梁板受力不均，并使主梁實(shí)際高度變小，縱向剛度減弱，撓度增大。
2．2 伸縮縫損壞
根據(jù)目前的調(diào)查和研究認(rèn)為，造成伸縮縫破壞的原因主要有以下幾個(gè)方面：
(1)由于設(shè)計(jì)不周引起的伸縮縫損壞；
(2)由于選型不當(dāng)引起的伸縮縫損壞；
(3)由于橋墩臺(tái)施工及梁(板)預(yù)制尺寸誤差導(dǎo)致實(shí)際板端預(yù)留間隙與設(shè)計(jì)間隙懸殊而引起的伸縮縫損壞；
(4)設(shè)計(jì)與實(shí)際伸縮量不符引起的伸縮縫損壞；
(5)板式橡膠伸縮縫由于施工誤差或橡膠板破壞引起的伸縮縫處嚴(yán)重跳車；
(6)板式橡膠伸縮縫或鋼板伸縮縫由于伸縮裝置混凝土施工先于兩端瀝青混凝土路面面層而引起伸縮縫尾端跳車；
(7)“反開槽法”施工操作不認(rèn)真引起伸縮縫處跳車；
(8)材料選用不當(dāng)引起的伸縮縫損壞。
伸縮縫的完好程度將直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的服務(wù)質(zhì)量，伸縮縫的缺陷會(huì)向結(jié)構(gòu)主體進(jìn)一步發(fā)展，而且嚴(yán)重者會(huì)引起交通事故，所以。伸縮縫出現(xiàn)病害必須及時(shí)維修或更換。
2．3 鋼筋銹蝕
引起鋼筋銹蝕的主要原因是混凝土的密實(shí)性不夠以及鋼筋保護(hù)層厚度不足或遭到破壞。另外，大氣中的酸性氣體及潮濕環(huán)境等．都是促進(jìn)鋼筋銹蝕的客觀因素。我國(guó)南方地區(qū)，因工業(yè)污染形成的“酸雨”普遍存在，加上氣候潮濕，為橋梁鋼筋的銹蝕提供了合適的外部環(huán)境。寒冷地區(qū)冬季普遍采用撒鹽的方法防止橋面冰凍，富含CI一的鹽水滲入結(jié)構(gòu)混凝土體內(nèi)，大大加速了鋼筋的銹蝕。
鋼筋發(fā)生銹蝕時(shí)，銹蝕部分的體積可膨脹至原來體積的10倍以上，從而對(duì)周圍混凝土形成擠壓，造成混凝土開裂、剝蝕，使截面有效尺寸減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋斷面積減小，對(duì)于以鋼筋作為抗拉材料的橋梁來說，斷面積的減小會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)抗拉和抗彎能力。鋼筋銹蝕還會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。銹蝕物外流，在結(jié)構(gòu)表面形成銹跡，影響結(jié)構(gòu)美觀。由此可見，鋼筋銹蝕對(duì)橋梁的危害是十分嚴(yán)重的，有時(shí)甚至是致命的。
由此可見，鋼筋銹蝕是影響橋梁結(jié)構(gòu)壽命和安全的一個(gè)重要因素。由于種種原因，橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋的銹蝕廣泛存在，為了維持橋梁的正常運(yùn)營(yíng)，需要對(duì)出現(xiàn)鋼筋銹蝕的橋梁進(jìn)行維修。
2．4 墩臺(tái)基礎(chǔ)病害
橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)在常年使用過程中，除了承受上部構(gòu)造荷載外，還將承受土壓力、風(fēng)力、流水壓力、冰壓力和浮力等等各種力的作用。另外，自然界各種因素(如大氣、雨水、洪水等)的影響作用；以及由于過橋車輛的日益重型化，墩臺(tái)基礎(chǔ)經(jīng)常受到過重活荷載的作用，因此，橋梁墩臺(tái)將會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。
橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)易產(chǎn)生的病害有：
(1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)不均勻沉降；基礎(chǔ)的滑移和傾斜，以及基底局部沖空；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的異常應(yīng)力和開裂等。
(2)墩、臺(tái)身：各種水平、豎向和網(wǎng)狀裂縫；混凝土剝落、空洞和老化；鋼筋外露、銹蝕；結(jié)構(gòu)變形、移位等。
2．5 其它病害
橋梁結(jié)構(gòu)中其它常見的病害包括：支座破壞；混凝土保護(hù)層不足；混凝土失效、疏松、脹鼓、裂紋甚至脫落；混凝土碳化速度快，碳化深度達(dá)到鋼筋表面；防震擋塊損壞；橋頭跳車嚴(yán)重；橋面排水不暢；欄桿及人行道系損壞等。這些病害不僅影響橋梁的美觀，也影響橋梁的使用。
3 加固方法
3．1 橋面鋪裝加固
針對(duì)現(xiàn)有的混凝土鋪裝層病害，常采用如下的修補(bǔ)和處治辦法：
(1)局部修復(fù)鑿補(bǔ)法
將水泥混凝土鋪裝層的表面鑿毛，深度以使骨料露出為準(zhǔn)；用清水沖洗干凈斷面并充分潤(rùn)濕；涂刷上同標(biāo)號(hào)的水泥砂漿(或其它粘結(jié)材料)；最后在橋梁承載能力容許范圍內(nèi)，鋪筑一層1～5cm厚的水泥混凝土鋪裝層。
(2)重新澆筑混凝土橋面板
橋面板的碎裂和其它損壞特別嚴(yán)重、混凝土質(zhì)量或施工狀況特別不良，且無適用的修補(bǔ)方法時(shí)，就必須采用重新澆注新的混凝土橋面板的措施。
施工時(shí)，將原有的行車道鋪裝全部拆除，再將行車道表面清掃干凈，必要時(shí)錨入適量短鋼筋，配置1～ 2層鋼筋網(wǎng)，澆筑整體化混凝土。
(3)橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
即在舊有橋面板上。重新加鋪一層混凝土或鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層。此方法既修補(bǔ)已出現(xiàn)裂縫、剝離等損壞的橋面板。又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力，改善鉸結(jié)梁板的荷載橫向分布，從而提高橋梁的承載能力。
(4)其它方法
如加鋪一層瀝青混凝土，采用混凝土粘結(jié)劑或環(huán)氧樹脂材料修補(bǔ)法，鋼纖維混凝土修補(bǔ)法，聚合物混凝土罩面法等。
3．2 伸縮縫的維修
伸縮縫應(yīng)注意日常保養(yǎng)。及時(shí)清除碎石、泥土等雜物，擰緊螺栓，必要時(shí)可加油保護(hù)；若有損壞或功能失效需要修理或更換時(shí)，應(yīng)先查明破損原因。依據(jù)缺陷程度確定是進(jìn)行部分修補(bǔ)、部分更換還是全部更換。
(1)U形鋅鐵皮伸縮縫的維修―― 當(dāng)其鋅鐵皮老化、開裂、斷裂時(shí)，應(yīng)拆除并更換為新型伸縮縫；當(dāng)其軟性填料老化脫落時(shí)，先清除其縫隙泥土，重新注入新的填縫料；當(dāng)其鋪裝層破壞時(shí)，應(yīng)鑿除重新鋪筑，鑿除破損部位應(yīng)劃線切割(或豎鑿)，清除舊料后再澆筑新面層。
(2)鋼板伸縮縫的維修―― 當(dāng)其鋼板變形、螺栓脫落、不能正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)及時(shí)拆除并更換為新型伸縮縫；當(dāng)鋼板與角鋼焊接破裂時(shí)，應(yīng)消除污垢后重新焊牢；當(dāng)梳齒斷裂或出現(xiàn)裂縫后，也要采取焊接方法進(jìn)行修補(bǔ)。
(3)橡膠伸縮縫當(dāng)其橡膠老化、脫落，角鋼變形、松動(dòng)時(shí)，應(yīng)拆除并更換為新型伸縮縫。
(4)橋面伸縮縫的維修、更換應(yīng)在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量縮短工期、減少對(duì)交通的影響。
3．3 鋼筋銹蝕的維修
鋼筋銹蝕的主要維修步驟為：
(1)鑿除松脫、剝離等已損壞部分混凝土；
(2)對(duì)鋼筋作除銹處理，并清理混凝土面上灰塵，對(duì)鋼筋除銹后即進(jìn)行防銹處理；
(3)涂以環(huán)氧膠液等粘結(jié)劑；
(4)立模、配料澆筑，或噴漿、涂抹施工。
(5)對(duì)新噴涂或澆筑混凝土面進(jìn)行表面處理。
3．4 墩臺(tái)基礎(chǔ)的加固
應(yīng)根據(jù)墩臺(tái)基礎(chǔ)的不同損壞程度，不同的結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行維修加固，以確保行車安全，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，同時(shí)可避免拆除重建，從而減少投資，充分發(fā)揮現(xiàn)有公路基本設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
(1)基礎(chǔ)加固方法
常用的有：水泥灌漿加固法；擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法；鋼筋混凝土套箍加固法；增補(bǔ)樁基加固(打入樁或鉆孔灌注樁)法和人工地基加固(改良地基)法等。
(2)墩臺(tái)加固方法
常用的有：鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固貫通裂縫的墩臺(tái)法；用支撐法或增設(shè)擋土墻法處理墩臺(tái)滑移；用頂升法加固產(chǎn)生過大沉降的橋梁結(jié)構(gòu)等。
4 結(jié)語
既有橋梁加固和改造實(shí)踐表明：利用既有橋梁加固，不僅提高橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與拆除另建相比，工期短，資金少，而且對(duì)現(xiàn)有交通運(yùn)輸影響小，有的甚至可以在不中斷交通的情況下完成。早期設(shè)計(jì)施工的高速公路上的橋梁在長(zhǎng)期大交通量、重荷載的運(yùn)營(yíng)情況下，大部分都出現(xiàn)了不同情況的病害，因此，對(duì)這些橋梁進(jìn)行病害分析，提出相應(yīng)的維修加固方法，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
