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摘要随着交通运输事业日益发展,很多公路桥梁都出现了不同程度的缺陷、病害,旧危桥改造任务十分繁重。分析中小桥梁的常见病害,并提出防治措施。对有效和合理地解决公路桥梁的病害问题具有重要意义。
关键词 桥梁;病害;防治
中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0065-01
随着时间的推移,任何公路桥梁都将成为旧桥,都会因各种原因不同程度地存在病害,需要进行维修、加固和改造。病害严重影响了桥梁的使用性能,如不及时修补和维护,还会造成主体结构的破坏,必将影响公路的正常运营。针对这些情况,有必要对病害做出正确的检查,掌握确切的病害情况,并制定出合理、科学、经济的防护维修方案。
1 病害种类及成因
1.1 单板受力
所谓单板受力,即重车通过桥梁时,受力单板与其它板的挠度差较大,使活载不能有效地横向分配,造成单板破坏。“单板受力”削弱了桥梁结构的整体作用,使承重构造处于极为不利的受力状态,降低了结构的耐久性,给行车安全带来严重隐患。对于中小跨径公路梁,由于施工及经济原因,梁板间多采用铰接形式,且设计通常按照简化的荷载横向分布理论进行计算。因此“单板受力”问题在此类桥梁中普遍存在,其原因是多方面的,主要是:1)板梁受建筑高度影响,在整体刚度和强度上弱于箱梁、T梁等结构,构造中采用铰缝来保证上部结构的整体性也偏弱,易出现“单板受力”病害。2)上部结构横向联系薄弱。铰缝混凝土强度偏低,铺装层钢筋细而疏。当铰缝和铺装层产生裂缝后,混凝土防水性能变差,水的渗透、软化、冻胀作用加速了病害的产生,给板体带来不稳定因素。3)构造原因。桥梁铺装层和板梁间联接薄弱,在病害的弹性变形阶段,板梁与铺装层变形不协调,使本应计入有效计算高度的铺装层起不到应有作用。特别是铰缝,有些还是素混凝土结构,不能与板梁及铺装层成为一体。4)施工质量问题。板梁结构是公路中小桥涵常用形式。作为确保整体受力的关键部位,铰缝混凝土浇筑质量较差。板梁的铰缝宽度一般为1cm,个别板梁顺直度不佳,宽度达3～4cm。部分铰缝混凝土因配比不合理、粗骨料多、水泥浆少,而未较好固结,出现开裂、脱落,尤其是行车道下板梁,混凝土脱落尤为严重,形成“单板受力”。
1.2 钢筋锈蚀
由于各种物理化学原因,桥梁结构钢筋的锈蚀广泛存在,为了维持桥梁的正常运营,需要对出现锈蚀的桥梁进行维修。锈蚀的直接后果是钢筋断面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,断面积的减小会直接影响结构的抗弯能。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。
1.3 支座破坏
支座破坏的原因主要可归纳为:支座安装的不平整;支座本身质量较差;设计选型不合理及施工中的其他原因。在正交桥梁中,支座的受力较为简单明确,其受力边界条件也容易满足,但是对于斜弯桥梁,由于超高和组合坡的影响,支座的标高是阶梯状分布的,若施工中未能严格按照设计标高布置的话,则可能造成某一个支座超载或脱空。支座脱空时,上部梁板的内力将进行重分布,显然局部部位可能超过设计的控制值,如铰接板板缝的失效;支座超载时,则会导致支座变形过大甚至支座被迫压、剪坏。
1.4 铺装层破坏
从调查的情况看,有相当比例的中小桥出现桥面铺装混凝土损坏,使桥面产生裂缝、坑槽,影响车辆的正常行驶。产生病害的主要原因是,施工质量存在问题,在施工中,往往出现铺装层厚度不均或薄于设计厚度,铺装层钢筋又未按设计要求布置,在浇注桥面混凝土时钢筋网往往已经紧贴桥面,桥面混凝土变成了素混凝土。于是,由于混凝土收缩、徐变及温度的影响,混凝土桥面表面产生龟裂,甚至在桥面的薄弱部位产生裂纹。另一种导致桥面铺装破坏的原因是梁间铰缝处的混凝土松动,桥面失去整体性受力,形成单片梁受力。另外,整体式板桥的板宽较大,在荷载作用下,除板的纵向发生弯曲外,横向也会发生弯曲。横向分布钢筋没有达到规定的用量,是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。桥面铺装层的受力复杂,病害时有发生。
1.5 伸缩缝破坏
1)由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统,缝顶与现浇桥面混凝土同高,上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩,因此,通车后沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂,冬季加宽,夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下,桥面铺装层由裂缝处向里逐渐剪坏,出现啃边或大范围的坑槽,给日后修补带来了更大的困难。2)板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。板式橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。3)由于桥墩台施工及梁预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。4)设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起,冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。
2 病害处理方案
2.1 桥面补强
原桥面多缺乏稳定而坚实的基层,整体性差,桥面板的碎裂和其他损坏特别严重、混凝土质量或施工状况特别不良,且无适用的修补方法时,就必须采用重新浇筑新的混凝土桥面板的措施。即在旧有桥面板上,重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层。一般先凿除旧桥面,使其与原有主梁形成整体,必要时锚入适量短钢筋,配置1～2层钢筋网,达到增大主梁有效高度、改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。此方法既修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板,又能加高原有梁板的有效高度,增加梁板的抗弯能力,改善铰结梁板的荷载横向分布,从而提高桥梁的承载能力。
2.2 原桥主梁加固增强
1)利用墩顶上两孔梁端空间设置现浇横向悬壁挑梁,其上安装预制的微弯板。2)在挑梁悬壁部分架设预制的人行道梁,两边桥孔人行道梁较主梁长,一端支承在边墩挑梁上,一端支承在路堤上特设的支墩上,此举系为了避免加宽桥台。3)在人行道梁内侧的凸缘与旧桥面板间,用混凝土浇筑桥面加宽部分,桥面铺装层混凝土同时浇筑形成行车道,在桥面铺筑装层及桥面加宽部分,均设置了钢筋网,使整体性能加强。4)桥面伸缩缝设置在桥梁顶中心,将行车道铺装延伸搭架在挑梁上形成,挑梁上桥面铺装层下垫设二层油毡,使其能随温度收缩。收缩缝中充填聚氨脂材料。
2.3 增大截面和配筋加固
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛应用于桥梁及拱桥和拱桥拱肋的加固。
2.4 粘贴钢板加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高桥梁承载力的目的。
关键词 桥梁;病害;防治
中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0065-01
随着时间的推移,任何公路桥梁都将成为旧桥,都会因各种原因不同程度地存在病害,需要进行维修、加固和改造。病害严重影响了桥梁的使用性能,如不及时修补和维护,还会造成主体结构的破坏,必将影响公路的正常运营。针对这些情况,有必要对病害做出正确的检查,掌握确切的病害情况,并制定出合理、科学、经济的防护维修方案。
1 病害种类及成因
1.1 单板受力
所谓单板受力,即重车通过桥梁时,受力单板与其它板的挠度差较大,使活载不能有效地横向分配,造成单板破坏。“单板受力”削弱了桥梁结构的整体作用,使承重构造处于极为不利的受力状态,降低了结构的耐久性,给行车安全带来严重隐患。对于中小跨径公路梁,由于施工及经济原因,梁板间多采用铰接形式,且设计通常按照简化的荷载横向分布理论进行计算。因此“单板受力”问题在此类桥梁中普遍存在,其原因是多方面的,主要是:1)板梁受建筑高度影响,在整体刚度和强度上弱于箱梁、T梁等结构,构造中采用铰缝来保证上部结构的整体性也偏弱,易出现“单板受力”病害。2)上部结构横向联系薄弱。铰缝混凝土强度偏低,铺装层钢筋细而疏。当铰缝和铺装层产生裂缝后,混凝土防水性能变差,水的渗透、软化、冻胀作用加速了病害的产生,给板体带来不稳定因素。3)构造原因。桥梁铺装层和板梁间联接薄弱,在病害的弹性变形阶段,板梁与铺装层变形不协调,使本应计入有效计算高度的铺装层起不到应有作用。特别是铰缝,有些还是素混凝土结构,不能与板梁及铺装层成为一体。4)施工质量问题。板梁结构是公路中小桥涵常用形式。作为确保整体受力的关键部位,铰缝混凝土浇筑质量较差。板梁的铰缝宽度一般为1cm,个别板梁顺直度不佳,宽度达3～4cm。部分铰缝混凝土因配比不合理、粗骨料多、水泥浆少,而未较好固结,出现开裂、脱落,尤其是行车道下板梁,混凝土脱落尤为严重,形成“单板受力”。
1.2 钢筋锈蚀
由于各种物理化学原因,桥梁结构钢筋的锈蚀广泛存在,为了维持桥梁的正常运营,需要对出现锈蚀的桥梁进行维修。锈蚀的直接后果是钢筋断面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,断面积的减小会直接影响结构的抗弯能。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。
1.3 支座破坏
支座破坏的原因主要可归纳为:支座安装的不平整;支座本身质量较差;设计选型不合理及施工中的其他原因。在正交桥梁中,支座的受力较为简单明确,其受力边界条件也容易满足,但是对于斜弯桥梁,由于超高和组合坡的影响,支座的标高是阶梯状分布的,若施工中未能严格按照设计标高布置的话,则可能造成某一个支座超载或脱空。支座脱空时,上部梁板的内力将进行重分布,显然局部部位可能超过设计的控制值,如铰接板板缝的失效;支座超载时,则会导致支座变形过大甚至支座被迫压、剪坏。
1.4 铺装层破坏
从调查的情况看,有相当比例的中小桥出现桥面铺装混凝土损坏,使桥面产生裂缝、坑槽,影响车辆的正常行驶。产生病害的主要原因是,施工质量存在问题,在施工中,往往出现铺装层厚度不均或薄于设计厚度,铺装层钢筋又未按设计要求布置,在浇注桥面混凝土时钢筋网往往已经紧贴桥面,桥面混凝土变成了素混凝土。于是,由于混凝土收缩、徐变及温度的影响,混凝土桥面表面产生龟裂,甚至在桥面的薄弱部位产生裂纹。另一种导致桥面铺装破坏的原因是梁间铰缝处的混凝土松动,桥面失去整体性受力,形成单片梁受力。另外,整体式板桥的板宽较大,在荷载作用下,除板的纵向发生弯曲外,横向也会发生弯曲。横向分布钢筋没有达到规定的用量,是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。桥面铺装层的受力复杂,病害时有发生。
1.5 伸缩缝破坏
1)由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统,缝顶与现浇桥面混凝土同高,上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩,因此,通车后沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂,冬季加宽,夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下,桥面铺装层由裂缝处向里逐渐剪坏,出现啃边或大范围的坑槽,给日后修补带来了更大的困难。2)板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。板式橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。3)由于桥墩台施工及梁预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。4)设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起,冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。
2 病害处理方案
2.1 桥面补强
原桥面多缺乏稳定而坚实的基层,整体性差,桥面板的碎裂和其他损坏特别严重、混凝土质量或施工状况特别不良,且无适用的修补方法时,就必须采用重新浇筑新的混凝土桥面板的措施。即在旧有桥面板上,重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层。一般先凿除旧桥面,使其与原有主梁形成整体,必要时锚入适量短钢筋,配置1～2层钢筋网,达到增大主梁有效高度、改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。此方法既修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板,又能加高原有梁板的有效高度,增加梁板的抗弯能力,改善铰结梁板的荷载横向分布,从而提高桥梁的承载能力。
2.2 原桥主梁加固增强
1)利用墩顶上两孔梁端空间设置现浇横向悬壁挑梁,其上安装预制的微弯板。2)在挑梁悬壁部分架设预制的人行道梁,两边桥孔人行道梁较主梁长,一端支承在边墩挑梁上,一端支承在路堤上特设的支墩上,此举系为了避免加宽桥台。3)在人行道梁内侧的凸缘与旧桥面板间,用混凝土浇筑桥面加宽部分,桥面铺装层混凝土同时浇筑形成行车道,在桥面铺筑装层及桥面加宽部分,均设置了钢筋网,使整体性能加强。4)桥面伸缩缝设置在桥梁顶中心,将行车道铺装延伸搭架在挑梁上形成,挑梁上桥面铺装层下垫设二层油毡,使其能随温度收缩。收缩缝中充填聚氨脂材料。
2.3 增大截面和配筋加固
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛应用于桥梁及拱桥和拱桥拱肋的加固。
2.4 粘贴钢板加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高桥梁承载力的目的。