農村公路中小橋梁病害分析與防治

余旺兵

(安徽省安慶市公路局岳西分局,安徽岳西 246600)

農村公路中小橋梁病害分析與防治

余旺兵

(安徽省安慶市公路局岳西分局,安徽岳西 246600)

對農村公路中小橋梁出現的病害,如“單板受力”、銹蝕、支座破壞、伸縮縫破壞、橋面鋪裝層裂縫以及河床沖刷等進行了歸納總結,并對病害形成的主要原因進行了詳細分析并提出了相應的防治措施。最后,對橋梁管養提出了建議。

農村公路中小橋梁;病害;分析;防治

2008年對岳西縣2條農村公路48座中小橋進行調查,其中存在各種病害的有31座,病害較嚴重構成危橋的6座。這些病害嚴重影響了橋梁的使用性能,如不及時修補和維護,還會造成主體結構的破壞,必將影響公路的正常運營。針對這些情況,有必要對病害做出正確的檢查,掌握確切的病害情況,并制定出合理、科學、經濟的防護維修方案。

1 病害種類及成因分析

1.1 單板受力

所謂單板受力,即重車通過橋梁時,受力單板(梁)與其它板(梁)的撓度差較大,使活載不能有效地橫向分配,造成單板(梁)破壞。“單板受力”削弱了橋梁結構的整體作用,使承重構造處于極為不利的受力狀態,降低了結構的耐久性,給行車安全帶來嚴重隱患。對于中小跨徑公路梁,由于施工及經濟原因,梁板間多采用鉸接形式,且設計通常按照簡化的荷載橫向分布理論進行計算。因此“單板受力”問題在此類橋梁中普遍存在,其原因是多方面的,主要是:

(1)板梁受建筑高度影響,在整體剛度和強度上弱于箱梁、T梁等結構,構造中采用鉸縫來保證上部結構的整體性也偏弱,易出現“單板受力”病害。此外,結構上存在先天不足,在長期重車作用下造成板間聯系失效,活載不能有效地橫向分配,“單板受力”超過其允許范圍,產生破壞。

(2)上部結構橫向聯系薄弱。鉸縫混凝土強度偏低,鋪裝層鋼筋細而疏。當鉸縫和鋪裝層產生裂縫后,混凝土防水性能變差,水的滲透、軟化、凍脹作用加速了病害的產生,給板體帶來不穩定因素。

(3)構造原因。橋梁鋪裝層和板梁間聯接薄弱,在病害的彈性變形階段,板梁與鋪裝層變形不協調,使本應計入有效計算高度的鋪裝層起不到應有作用。特別是鉸縫,有些還是素混凝土結構,不能與板梁及鋪裝層成為一體。

(4)施工質量問題。板梁結構是公路中小橋涵常用形式。作為確保整體受力的關鍵部位,鉸縫混凝土澆筑質量較差。板梁的鉸縫寬度一般為1cm,個別板梁順直度不佳,寬度達3～4cm。部分鉸縫混凝土因配比不合理、粗骨料多、水泥漿少,而未較好固結,出現開裂、脫落,尤其是行車道下板梁,混凝土脫落尤為嚴重,形成“單板受力”。

(5)行車道下板梁間鉸縫失效,荷載橫向分布系數增大,“單板受力”超過允許范圍。

(6)支座的原因。橋梁設計中,空心板兩端一般為4個支座。由于施工工藝等原因,個別支座脫空,形成“三條腿”的現象。當有車輛通過時,由于“三條腿”現象造成空心板的震動,使鉸縫混凝土處于很不利的受力狀態,久而久之,鉸縫混凝土逐漸破碎脫落。

1.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是影響橋梁結構壽命和安全的一個重要因素。由于各種物理化學原因,橋梁結構鋼筋的銹蝕廣泛存在,為了維持橋梁的正常運營,需要對出現銹蝕的橋梁進行維修。鋼筋銹蝕主要是發生了電化學反應。鋼筋表面致密的氧化膜可使鋼筋免受銹蝕,而氧化膜的破壞直接導致了銹蝕的發生。混凝士的碳化、大氣污染等都使得混凝土中PH值下降,鋼筋表面氧化膜處于酸性環境中,逐漸被腐蝕,這樣氧化膜便被破壞了。鋼筋發生銹蝕時,銹蝕部分的體積可膨脹至原體積的10倍以上,從而對周圍混凝土形成擠壓,造成混凝土開裂、剝落,使截面有效尺寸減小,導致結構承載力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋斷面積減小,對于以鋼筋作為抗拉材料的混凝土橋梁來說,斷面積的減小會直接影響結構的抗彎能力。鋼筋銹蝕還會降低混凝土對鋼筋的握裹力。

1.3 支座破壞

支座破壞的原因主要可歸納為:支座安裝的不平整;支座本身質量較差;設計選型不合理及施工中的其他原因。在正交橋梁中,支座的受力較為簡單明確,其受力邊界條件也容易滿足,但是對于斜彎橋梁,由于超高和組合坡的影響,支座的標高是階梯狀分布的,若施工中未能嚴格按照設計標高布置的話,則可能造成某一個支座超載或脫空。支座脫空時,上部梁板的內力將進行重分布,顯然局部部位可能超過設計的控制值,如鉸接板板縫的失效;支座超載時,則會導致支座變形過大甚至支座被迫壓、剪壞。此外,不同類型的支座其力學特性區別較大,尤其是抗震性能。因此,設計中應該充分結合本區域的地震情況以及橋梁的結構類型選擇最佳的支座。

1.4 鋪裝層破壞

從調查的情況看,有相當比例的中小橋出現橋面鋪裝混凝土損壞,使橋面產生裂縫、坑槽,影響車輛的正常行駛。產生病害的主要原因是,施工質量存在問題,在施工中,往往出現鋪裝層厚度不均或薄于設計厚度,鋪裝層鋼筋又未按設計要求布置,在澆注橋面混凝土時鋼筋網往往已經緊貼橋面,橋面混凝土變成了素混凝土。于是,由于混凝土收縮、徐變及溫度的影響,混凝土橋面表面產生龜裂,甚至在橋面的薄弱部位產生裂紋。另一種導致橋面鋪裝破壞的原因是梁間鉸縫處的混凝土松動,橋面失去整體性受力,形成單片梁受力。另外,整體式板橋的板寬較大,在荷載作用下,除板的縱向發生彎曲外,橫向也會發生彎曲。橫向分布鋼筋沒有達到規定的用量,是造成橋面板受拉側出現縱向裂縫的原因,橫向配筋不能滿足正常使用荷載的要求,導致其無法限制縱向裂縫的寬度。橋面鋪裝層的受力復雜,病害時有發生。因此,必須對橋面鋪裝層的設計和施工均應予以足夠的重視,以預防病害的發生。

1.5 伸縮縫破壞

伸縮縫破壞的病害占此次調查中橋梁病害的20%,因此防治伸縮縫破壞也不容忽視。據目前國內的調查和研究表明,伸縮縫病害出現的原因有以下幾個方面:

(1)由于設計不周引起的伸縮縫損壞。橋面采用了“搭接角鋼夾橡膠條”式簡易伸縮縫裝置系統,縫頂與現澆橋面混凝土同高,上鋪瀝青混凝土。由于設計中著重強調了解決橋面在伸縮縫處的平整度問題,忽略了橋面混凝土與橋面板的同步伸縮,因此,通車后瀝青混凝土表面沿縫出現不規則開裂,冬季加寬,夏季拱起。在車輛荷載的長期作用下,橋面鋪裝層由裂縫處向里逐漸剪壞,出現啃邊或大范圍的坑槽,給日后修補帶來了更大的困難。

(2)由于選型不當引起的伸縮縫損壞。

(3)由于橋墩臺施工及梁(板)預制尺寸導致實際板端預留間隙與設計間隙懸殊而引起伸縮縫損壞。

(4)設計與實際伸縮量不符引起的伸縮縫破壞。這樣導致在伸縮縫處夏季出現瀝青橋面拱起,冬季出現瀝青混凝土橋面沿縫嚴重開裂的現象。

(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”施工操作不認真引起伸縮縫處跳車。目前運用“反開槽法”施工修筑的伸縮裝置有毛勒縫或暗式伸縮縫等。“反開槽法”施工雖然從理論上解決了伸縮縫端頭跳車的問題,但若施工時操作不當,車輛通過時仍有明顯的反應。

1.6 河床沖擊嚴重,基樁混凝土剝落、漏筋

近年來由于橋上下游采砂采礦嚴重,經洪水沖刷,河床標高急劇下降,橋梁基樁裸露,基樁混凝土剝落、漏筋。

2 病害處理方案

(1)對于“單板受力”問題,應該堅持“預防為主”的原則。可選用的預防與補救措施有:①設計階段:依據梁板間縱向鉸縫受力特性,有針對性地采取有利措施,將病害消滅在萌芽狀態。如采用尺寸較大的鉸縫、縫內設置足夠的拉接鋼筋,包括縱向鋼筋和交叉橫向短筋。②施工階段:加強施工質量控制,尤其是在對鉸縫、鋪裝層的比較容易出現病害的部位施工時,必須有嚴格按照設計要求施工,保證混凝土澆注與鋼筋定位的質量。③運營階段:加強管理機制,對超載超限車輛控制出入;必須通過時,須在行車道行駛,避免進入超車道;通過橋梁時,只允許一輛重車行駛。

(2)對于鋼筋銹蝕問題,在出現銹蝕的區域修復時,首先要清除所有銹蝕區域的混凝土,然后對鋼筋采用噴砂法和超高壓水槍進行噴射除銹處理,如果鋼筋嚴重銹蝕,應根據驗算結果確定修復部位并增加鋼筋數量,以確保鋼筋含筋率,然后澆注高強混凝土。當混凝土層較薄無法立模施工時,可采用噴射混凝土澆注。

(3)在中小跨徑橋梁中,采用無縫橋梁可以避免出現伸縮縫病害;另外,為減少縫的數量,避免橋臺處接縫過于集中,橋臺處的兩道伸縮縫可移至中墩,橋長40m以下的單跨橋可只設一端伸縮縫,橋臺處按橋面連續的方法處理。

(4)對于橋面鋪裝病害,可以采用新近開發的冷軋帶肋鋼筋和鋼纖維混凝土材料防護。冷軋帶肋鋼筋與普通鋼筋相比,設計強度大幅度提高,與混凝土粘結握裹力強。同時,冷軋帶肋鋼筋網有良好的整體剛度,不易變形,在橋面混凝土施工時不會出現局部鋼筋網陷落的情況。采用了鋼纖維混凝土這一新型高強復合材料來對橋面修理、補強,既可提高橋面的抗裂性、耐磨性、耐久性,又可延長橋梁的使用壽命和減少維修。此外,國外還有一種聚丙烯合成纖維材料,可用作混凝土中鋼筋加強系統,加入這種材料可代替鋼筋網作為次要受力筋,對控制混凝土裂縫有良好的效果。對于裂縫問題,可以通過提高結構的含筋率來預防病害,對于已出現裂縫的橋梁可以采用“植筋”技術和在混凝土表面涂抹環氧樹脂等保護層的方法處治。

為防止河床的進一步沖刷,橋梁養護部門一方面應同有關方面進行協調,嚴禁在橋位上下游采砂、采礦;另一方面,要在橋梁的上下游設置攔水壩等構造物,防止河床的沖刷,保護橋墩臺基礎。對橋梁墩臺混凝土剝落、主筋外露,銹蝕嚴重的問題,處理的方法是對損壞部分鑿毛,露出堅硬的混凝土,將原斷面尺寸加大,布設構造鋼筋,支設鋼模板,澆注擴大基礎混凝土。

3 結論與建議

農村公路對地方經濟的發展起著舉足輕重的作用,是地方聯系國省干線的紐帶,但建養投資相對較少,因此,采用科學的措施保證農村公路的暢通,特別是保證橋梁的安全使用,具有十分重要的意義。通過上述分析,結合農村公路橋梁的實際情況,可以對橋梁“單板受力”、銹蝕、支座、伸縮縫和橋面鋪裝、河床沖刷等病害提出綜合防治措施,以求徹底解決混凝土橋梁的病害問題,保證橋梁安全使用。

在橋梁的管養上應注意以下幾點:①橋梁檢查工作制度化、科學化。各級養護單位要充分認識橋梁養護的重要性,把橋梁養護作為工作重點。要求養護人員具有扎實的專業理論知識和豐富的實踐經驗,經常參加業務培訓;同時要配備必要的橋梁檢查設備。②進一步抓好橋梁技術檔案管理,對橋梁進行科學的評價分析,采用合理的維修計劃,優化使用橋梁養護資金。③加強對大件運輸車輛、超重車輛的管理。④加大對橋梁養護資金的投入,徹底改變“重建輕養”的思想。

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U445.7+1

A

1671-8275(2010)01-0032-02

2009-10-26

余旺兵(19692),男,安徽岳西人,安慶市公路局岳西分局工程師。

責任編輯:錢讓清