鋼筋混凝土梁橋的常見病害與處理

趙志剛 郝繼峰

隨著時間的推移,任何公路橋梁都將成為舊橋,都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害。在我國,大部分二十世紀(jì)六七十年代修建的、設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低的鋼筋混凝土梁橋仍在服役,截止目前,部分橋梁工作狀況較差或已經(jīng)成為危橋。顯然將這些橋梁全部拆除重建,既不現(xiàn)實(shí),也不科學(xué),更不應(yīng)該。因此,我們要在不斷提升技術(shù)等級的公路改造、改建過程中,對此類橋梁采取相應(yīng)的措施,進(jìn)行維修、加固或改造,以提高其承載能力。

1 概況[1]

中小跨徑的鋼筋混凝土簡支梁橋是我國最常見的公路橋梁結(jié)構(gòu)形式之一,此類橋梁的結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,對地基承載力的要求也不高,常用于跨徑在25 m以下的公路橋梁建設(shè)中。為了改善結(jié)構(gòu)受力條件和使用性能,地質(zhì)條件較好時,中小跨徑的鋼筋混凝土梁橋也可修建成連續(xù)梁橋。

此類橋梁上部主要結(jié)構(gòu)形式有板梁、肋梁、箱梁等,下部多采用柱式墩、臺。

2 常見病害

伸縮裝置在橋梁的正常使用過程中起到了十分重要的作用,但對于伸縮裝置的病害,卻常常被忽視,例如一些橋梁伸縮裝置的橡膠條缺損或堵塞砂土等現(xiàn)象。目前的部分舊橋在墩臺處設(shè)置簡易伸縮裝置,若一直未進(jìn)行維修或更換,就會出現(xiàn)破損、脫落、漏水、跳車等現(xiàn)象。其中漏水是尤為嚴(yán)重的問題,它不僅影響伸縮縫的正常使用,長此以往還會對梁體(端部)和墩臺造成嚴(yán)重的侵害,導(dǎo)致梁體和墩臺出現(xiàn)裂縫,混凝土破損、剝落、鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象,從而影響結(jié)構(gòu)的安全性或耐久性(見圖1)。

若梁體之間的橫向聯(lián)系構(gòu)件(鉸縫、橫隔板或橫隔梁)薄弱或已損壞,就會在橋面上出現(xiàn)縱向裂縫(位于梁體的鉸縫或接縫處),甚至?xí)霈F(xiàn)混凝土破損,鋼筋外露等現(xiàn)象。此類病害對梁體的危害很大,因?yàn)榱后w長時間處于“單板(梁)受力”的狀態(tài),就很容易出現(xiàn)裂縫、斷裂等結(jié)構(gòu)性病害,存在嚴(yán)重的安全隱患(見圖2)。究其原因,可能是由于設(shè)計、施工或超載車輛的長期通行所造成的。因此,對于此類問題應(yīng)盡快采取措施加以處理,以防止出現(xiàn)嚴(yán)重事故。

連續(xù)梁的橋面在墩頂位置也容易出現(xiàn)橫向裂縫,多是由于結(jié)構(gòu)的負(fù)彎矩值較大,而梁體的連續(xù)鋼筋和橋面連續(xù)鋼筋配置較少而造成的(見圖3)。伴隨著裂縫的發(fā)展,若有雨水進(jìn)入,就會侵蝕鋼筋,影響結(jié)構(gòu)的耐久性。更重要的是此病害改變了結(jié)構(gòu)的受力體系,伴隨著墩頂負(fù)彎矩值的逐漸減小,使得跨中正彎矩值逐漸增大,從而使連續(xù)梁在跨中也會產(chǎn)生裂縫,影響結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性(見圖4)。

鋼筋混凝土梁體出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象非常普遍,產(chǎn)生的原因也是多方面的,如施工時的養(yǎng)護(hù)條件未達(dá)到要求、混凝土的收縮徐變、結(jié)構(gòu)的承載能力不足等。根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因,一般可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。但是,無論是何種類型的裂縫,一旦其寬度超過規(guī)范[2,3]允許的限制,就要采取措施加以處理。1)對于非結(jié)構(gòu)性裂縫(梁體出現(xiàn)的縱向裂縫),若裂縫寬度較大且深度超過鋼筋的保護(hù)層厚度,遇到水分或潮濕空氣的侵入,就會使鋼筋發(fā)生銹蝕,從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。2)若梁體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫,諸如板梁底面的橫向裂縫,肋梁側(cè)面的豎向裂縫、箱梁腹板的斜向裂縫(支座附近)等,均是結(jié)構(gòu)承載能力不足的具體表現(xiàn),對于此類病害,必須采取加固措施以提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

3 處理方案及具體措施[4,5]

對于病害不是很嚴(yán)重的伸縮裝置,要及時進(jìn)行維修處理,比如對損壞的橡膠條進(jìn)行更換,此方法已經(jīng)很成熟且效果明顯。但是當(dāng)伸縮裝置破損嚴(yán)重或維修存在困難時,就要對損壞的伸縮裝置進(jìn)行更換。安裝新的伸縮裝置時,一般需要在梁端或臺帽上植入一定量的鋼筋,且槽口新澆混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)比原結(jié)構(gòu)混凝土提高一級,宜采用早強(qiáng)混凝土,必要時可采用鋼纖維混凝土。對于已經(jīng)出現(xiàn)病害的梁體或墩臺也要進(jìn)行相應(yīng)的處理,例如:對梁體或墩臺上的裂縫進(jìn)行封閉或灌注是必不可少的,若梁端或墩臺混凝土出現(xiàn)破損,則要將破損的混凝土鑿除,對鋼筋進(jìn)行除銹,必要時重新布置鋼筋,然后采用環(huán)氧砂漿或比原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級高一級的混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。

對梁體的鉸縫進(jìn)行維修時,需要將原鉸縫混凝土鑿除,增加一定量的鉸縫鋼筋(若存在困難時,可在梁體上部增加橫向鋼筋),然后再利用高標(biāo)號水泥砂漿重新澆灌鉸縫。在重新澆筑橋面混凝土?xí)r,也可適當(dāng)增加橫向鋼筋,這對增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系將會起到一定的作用。對于肋梁或箱梁的橫隔板(梁)進(jìn)行維修時,常采用增設(shè)U形鋼板或增大截面的形式。若存在“單板(梁)受力”的梁體出現(xiàn)了病害,也要根據(jù)要求對其進(jìn)行維修或加固,以提高梁體的承載能力,其具體方式在下文中敘述。

解決連續(xù)梁墩頂出現(xiàn)橫向裂縫與處理梁體鉸縫的原理基本相同,需要在梁端和橋面現(xiàn)澆層內(nèi)重新布置鋼筋,以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在墩頂?shù)倪B續(xù)。對梁體跨中出現(xiàn)的病害,處理方式與“單板(梁)受力”梁體一樣。

若梁體裂縫屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫,一般對裂縫進(jìn)行表面封閉或壓力灌注即可。這兩種工藝目前已經(jīng)成熟且效果良好。如果梁體裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫,就要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算,若確屬梁體的承載能力不足造成的病害,就要對梁體進(jìn)行加固處理或更換梁體。目前最常用的加固方式是在梁體表面粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料(一般采用碳纖維),必要時,可對加固后的梁體進(jìn)行荷載試驗(yàn),以確定梁體的實(shí)際承載能力。若通過計算,梁體的承載能力嚴(yán)重不足,采取加固措施仍不滿足荷載等級要求,或加固費(fèi)用昂貴,則要考慮對該梁體進(jìn)行更換。

4 結(jié)論及建議

由此可見,加強(qiáng)對現(xiàn)有鋼筋混凝土梁橋的日常養(yǎng)護(hù)及檢查是非常必要的,以便及時發(fā)現(xiàn)其存在的病害,采取措施加以處理,避免災(zāi)害發(fā)生。若能針對鋼筋混凝土橋梁經(jīng)常出現(xiàn)的病害,在橋梁的設(shè)計、施工以及運(yùn)營管理方面加以重視,對于防止病害的發(fā)生將起到至關(guān)重要的作用。

[1]邵旭東.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2003:10.

[2]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG H11-2004,公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[4]JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].