大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋常見病害及防治對策

郭 玲，溫 琦

(1.山東濱州建工集團有限公司，山東濱州 256600;2.招遠市工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東煙臺 265400)

根據(jù)美國聯(lián)邦公路局(FHWA)全國橋梁數(shù)據(jù)庫公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止到2006年，美國橋梁建造總數(shù)為596808 座，病害橋梁總數(shù)為153879 座，約占25.8%［1］。這些病害橋梁的加固、維修每年耗費大量資金。同樣，我國的公路、鐵路運輸線上也存在大量的病害橋梁，給國民經(jīng)濟造成重大損失。橋梁的病害及其防治，現(xiàn)已引起了世界各國橋梁界的密切關(guān)注。本文將簡要介紹橋梁的主要病害及其防治措施。

1 橋梁主要病害

1.1 橋頭跳車

橋梁運營一段時間后，普遍存在橋臺后填土下沉的現(xiàn)象，導(dǎo)致橋頭跳車成為一種常見的病害。橋頭跳車產(chǎn)生劇烈的沖擊和振動，減低了行車的舒適性，對橋臺和橋梁其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。

1.2 橋面鋪裝破壞

在車輛(尤其是超載、超限車輛)的長期作用下，在尚未達到設(shè)計年限時，橋梁的橋面板即出現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開裂等疲勞破壞的特征。橋面鋪裝損壞的問題在我國非常嚴(yán)重，不僅在較早修建的橋梁中存在，而且國內(nèi)近年來修建的一些大型橋梁(如虎門大橋、廈門海滄大橋、江陰大橋)運營不到5年就紛紛出現(xiàn)橋面鋪裝損壞的現(xiàn)象。

1.3 纜索(拉索或吊桿)的破壞

大跨度橋梁在主體結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用纜索承重體系來跨越江河，包括各種系桿拱橋、斜拉橋和懸索橋等。纜索(拉索或吊桿)一般布置在梁體外部，且處于高應(yīng)力狀態(tài)，對銹蝕等外界侵害比較敏感，加之當(dāng)前使用的纜索防護體系不易檢查，因此，拉索防護十分關(guān)鍵，它直接關(guān)系到橋梁的使用壽命和使用性能，是纜索承重橋梁的生命線。上世紀(jì)末，已發(fā)現(xiàn)懸索橋在使用10年左右后，鋼索已出現(xiàn)銹蝕。斜拉橋的拉索病害情況更嚴(yán)重，國內(nèi)近年來先后有多座橋梁的拉索(或吊桿)因為耐久性不足而更換，經(jīng)濟損失巨大。損壞原因中有材質(zhì)的問題，更有拉索的耐久性保護措施薄弱而導(dǎo)致高強鋼絲的銹蝕或氫脆、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等。

1.4 混凝土開裂

在全部橋梁中，混凝土橋梁占絕大多數(shù)(1989年歐洲占橋梁總數(shù)的70%，美國占72%，我國占90%以上)［2］。在混凝土橋梁中，梁體開裂是一種較為普遍的現(xiàn)象。典型的混凝土裂縫按開裂部位可以分為:主梁頂?shù)装彘_裂、腹板開裂、齒板開裂、預(yù)應(yīng)力錨頭區(qū)開裂等。按成因可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫是指混凝土所受拉應(yīng)變超過極限應(yīng)變而出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，它的寬度可隨著荷載的變化而變化。非結(jié)構(gòu)裂縫一般是指由于變形受到約束而出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象?；炷潦湛s、徐變和溫差等均是非結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因。此外，凍融循環(huán)破壞和堿－骨料反應(yīng)也是引起混凝土開裂的重要原因。

1.5 鋼筋銹蝕

受力鋼筋的銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的驟降，鋼筋的體積膨脹又會導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落。混凝土開裂后又使原來處于混凝土保護層下的鋼筋暴露于空氣中，并由此造成惡性循環(huán)。引起鋼筋銹蝕的兩個主要原因是混凝土的碳化及氯離子的侵蝕。

1.6 橋梁附屬結(jié)構(gòu)物的病害

在這里主要指伸縮縫和橋梁支座的病害。

2 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋主要病害及原因分析

目前，國內(nèi)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋存在的主要病害是主跨跨中下?lián)线^大和箱梁梁體產(chǎn)生裂縫［3］?？缰邢?lián)蠒M一步加劇箱梁底板開裂，而箱梁梁體裂縫增多使結(jié)構(gòu)剛度降低，進一步加劇了跨中下?lián)希@兩者互相影響，形成了惡性循環(huán)。國內(nèi)外幾座典型的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中下?lián)系牟『σ姳?［4］。

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中撓度過大的原因主要有:混凝土的收縮和徐變;預(yù)應(yīng)力損失;施工質(zhì)量差等。

3 橋梁病害的主要原因

3.1 橋梁設(shè)計荷載偏低

舊橋大多是在過去的經(jīng)濟環(huán)境下建設(shè)的，已不適應(yīng)當(dāng)今國民經(jīng)濟快速發(fā)展的需要。還有一些，在修建公路橋梁的時候，對于僅作為人行橋或馬車使用的古代和近代建造的橋梁未作任何改造就加以利用(有一定潛力可挖的)，對于當(dāng)時荷載等級要求不高，行車密度較稀的交通狀況是能夠適應(yīng)的。但是，隨著交通事業(yè)高速發(fā)展，相當(dāng)部分老橋面臨荷載等級偏低，承載能力不足的狀況，導(dǎo)致病害日益嚴(yán)重，成為危橋。

表1 國內(nèi)外典型預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁病害

3.2 結(jié)構(gòu)不合理

國內(nèi)經(jīng)常因為工期或經(jīng)濟方面的原因在方案設(shè)計時投入的精力不足，對很多關(guān)鍵問題缺乏研究，為運營后橋梁的病害埋下了病根。典型的問題有:(1)未充分考慮預(yù)應(yīng)力彎起鋼束的作用，導(dǎo)致截面抗剪能力不足;(2)對預(yù)應(yīng)力損失估計不當(dāng)，導(dǎo)致永存預(yù)應(yīng)力偏低，削弱了結(jié)構(gòu)正常使用時的抗裂性能，或者預(yù)加應(yīng)力過大，導(dǎo)致構(gòu)件反拱度太大，影響行車的舒適性;(3)腹板厚度不足;(4)構(gòu)造鋼筋偏少，減少了結(jié)構(gòu)抵抗各種非荷載因素的能力;(5)局部承壓能力不夠，對干燥收縮、徐變、溫度應(yīng)力等次應(yīng)力以及預(yù)應(yīng)力鋼束引起的附加應(yīng)力的影響欠考慮;(6)結(jié)構(gòu)保護層厚度偏薄，導(dǎo)致構(gòu)件耐久性差等。這些問題可以歸結(jié)為結(jié)構(gòu)體系缺乏仔細的研究和優(yōu)化，結(jié)構(gòu)細節(jié)構(gòu)造粗糙，材質(zhì)要求低。

3.3 施工質(zhì)量低，管理制度有待完善

一般的看法認為當(dāng)前的工程病害和事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達到規(guī)范和設(shè)計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不當(dāng)?shù)?也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

3.4 使用的因素

主要包括:橋面超載或荷載標(biāo)準(zhǔn)不明;變形與變形障礙;風(fēng)雨侵襲及自然作用;橋梁受意外強擊;溫度的變化;地震、洪水等自然災(zāi)害的危害。

4 橋梁病害的處理措施

針對已有橋梁出現(xiàn)的上述問題，應(yīng)從加強橋梁病害的預(yù)防和加固已經(jīng)出現(xiàn)病害的橋梁兩個方面著手［6］、［7］。預(yù)防策略主要有:

(1)逐步完善橋梁設(shè)計規(guī)范，從設(shè)計階段采取措施來減少使用期的橋梁病害;

(2)目前很多橋梁病害與車輛的超載有關(guān)，因此需要開展有關(guān)使用荷載作用下既有橋梁的實際受力行為研究、調(diào)查與試驗等;開展有關(guān)實際車輛荷載的大小、分布和頻率等有關(guān)的數(shù)據(jù)的調(diào)查研究;同時加強對超載車輛的查處力度;

(3)加強施工管理水平，研究如何從管理制度上保證橋梁工程質(zhì)量、減少橋梁病害的發(fā)生;

(4)針對嚴(yán)重的幾個典型病害如橋面鋪裝的損壞、吊桿拉索的銹蝕、箱梁腹板的開裂展開專項的研究，研究更合理的設(shè)計方法、施工控制措施及運營維護策略;

(5)加強在役橋梁的檢查和維護。

對于已經(jīng)出現(xiàn)病害的橋梁，應(yīng)及時進行加固。常見加固措施主要有:增大截面及配筋加固法;黏貼鋼板加固法;體外預(yù)應(yīng)力加固法;黏貼碳纖維布(板)加固法;橋面補強層加固法。對于纜索承重體系橋梁發(fā)生懸索損壞的情況，只能更換懸索、拉索或吊桿。

［1］曹明旭，劉釗，孟杰.美國橋梁病害及倒塌事故統(tǒng)計分析與思考［J］.公路，2009(7):162－167

［2］吳海軍，陳艾榮，陸萍.橋梁結(jié)構(gòu)的典型病害及原因分析［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2004，23(6):19－23

［3］詹建輝，陳卉.特大跨度連續(xù)剛構(gòu)主梁下?lián)霞跋淞毫芽p成因分析［J］.中外公路，2005，25(1):56－58

［4］王法武，石雪飛.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋長期撓度控制研究［J］.公路，2006(8):72－76

［5］陳開利.帕勞共和國的橋梁倒塌事故［J］.國外公路，1998(6):31－33

［6］劉山洪，劉毅.橋梁病害種類及處理方法［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報，2008，27(增刊):903－905

［7］肖敏，雷昌龍.既有混凝土橋梁的病害防治［J］.橋梁建設(shè)，2000(2):54－56