現(xiàn)役大跨鋼桁架橋病害的原因和治理研究

蔡祖明 沈 超 陳姍姍 羅海艷

(宿遷學(xué)院 建筑工程系，江蘇 宿遷 223800)

0 引言

隨著桁架體系的發(fā)明及其技術(shù)的成熟，加上鋼材在這一領(lǐng)域的運(yùn)用，使得鋼桁架拱橋成為橋梁建筑師們的新寵，我國(guó)在近50年來(lái)特別是改革開(kāi)放后，鋼桁架拱橋建設(shè)取得了巨大成就，并于2008年建成了世界第一的鋼桁架拱橋——重慶朝天門大橋。作為江蘇最為年輕的城市，特殊的水域文化和地理位置使宿遷鋼桁架拱橋發(fā)展迅速。但隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，車流量的不斷增加，橋梁在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了不同程度的損害，因此橋梁的維修加固也變的極其重要。龍河大橋位于宿遷市，橫跨徐洪河，全長(zhǎng)173m，2010年9月龍河橋橋梁部位因發(fā)生塌陷而被相關(guān)部門認(rèn)定為危橋，后決定對(duì)該大橋?qū)嵤└脑臁Ｔ诟脑熘?6m主跨全部采用鋼桁架梁，本文以龍河大橋改造后的鋼桁架橋?yàn)楸尘埃瑢?duì)宿遷市鋼桁架橋的工程應(yīng)用的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查，總結(jié)了鋼桁架橋梁在運(yùn)營(yíng)中所出現(xiàn)的典型病害，并分析病害產(chǎn)生的原因、探討加固的方法。

1 主要病害及原因

1.1 上部結(jié)構(gòu)

1.1.1 鋼材銹蝕

銹蝕是影響鋼橋健康狀況的最主要因素，包括：①嚴(yán)重銹蝕產(chǎn)生局部銹坑，使得對(duì)刻痕敏感的受拉鋼構(gòu)件發(fā)生脆性破壞。②銹蝕發(fā)展造成構(gòu)件截面損失，如是設(shè)計(jì)控制部位，則將極大地降低橋梁承載力。③不對(duì)稱銹蝕可能產(chǎn)生偏心受力作用，從而發(fā)生永久變形。④板間銹脹造成板件永久鼓包變形。銹蝕嚴(yán)重地影響著鋼桁架橋的耐久性，使其維護(hù)更加昂貴，并威脅著桁架結(jié)構(gòu)的安全[1]。

1.1.2 穩(wěn)定性不足

橋梁由于穩(wěn)定性不足導(dǎo)致變形而喪失承載力是橋梁常見(jiàn)病害之一，橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)主要包括以下三種：整體失穩(wěn)，構(gòu)件失穩(wěn)，局部失穩(wěn)。規(guī)范規(guī)定壓桿的彎曲率不得超過(guò)其長(zhǎng)度的1/500，拉桿不超過(guò)其長(zhǎng)度1/300，對(duì)于鋼桁架拱橋出現(xiàn)彎曲桿件時(shí)，必須及時(shí)校正、整修、加固或更換。

1.1.3 桿件裂縫

裂縫是鋼桁架拱橋上部結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的病害，其主要原因有材料缺陷、受力變化幅度大、應(yīng)力集中、變形和焊接缺陷等。常見(jiàn)的裂縫有以下幾種：①橫梁與主梁腹板連接處一般采用剛性連接，在活荷載作用下連接角處產(chǎn)生交變彎矩，引起疲勞裂紋。②主梁腹板受壓區(qū)由于具有初偏心，在壓力作用下會(huì)發(fā)生鼓脹，從而引起周圍焊縫開(kāi)裂。③主梁受拉翼緣的開(kāi)孔、焊腳或鋼材缺陷處易形成垂直于應(yīng)力方向的裂縫。④由于鋼桁架拱橋在長(zhǎng)期活荷載作用下橫系桿的橫向聯(lián)接功能減弱，導(dǎo)致橋梁橫向整體感度降低，使橫向聯(lián)系梁、桿、板出現(xiàn)豎向裂縫[2]。

1.2 橋面系結(jié)構(gòu)

1.2.1 橋面鋪裝層

由于直接承受車輛的作用，加之自然環(huán)境的影響，所以鋪裝層容易發(fā)生各種不同程度的缺陷。現(xiàn)階段橋面大多采用瀝青類鋪裝層，瀝青混合料抗剪強(qiáng)度低，在荷載作用下橋面易形成縱向、橫向或網(wǎng)狀裂縫，有的甚至表層剝落、下陷。

1.2.2 橋梁欄桿

欄桿是橋梁上部結(jié)構(gòu)的組成部分，是橋梁上的安全防護(hù)設(shè)施，也是橋梁美化的一種藝術(shù)裝飾。但由于交通事故、管理不當(dāng)、環(huán)境影響等造成的撞毀、缺損、裂縫、變形和銹蝕降低了交通安全，有損美觀。

1.2.3 橋梁伸縮縫

橋面伸縮縫裝置由于設(shè)置在梁端構(gòu)造薄弱部位，直接承受車輛反復(fù)荷載作用，又多暴露于大自然環(huán)境中，受到各種自然因素的影響，因此，可以說(shuō)伸縮縫裝置是易損壞、難修補(bǔ)的部位，經(jīng)常發(fā)生各種不同程度的缺陷[3]。設(shè)計(jì)和施工方面的原因，如橋面板剛度不足、伸縮量計(jì)算不精確、選材的不合理。極易導(dǎo)致伸縮縫裝置的開(kāi)焊、脫落，最終引起伸縮縫裝置的破壞。

1.2.4 橋梁搭板

橋頭搭板是為防止橋頭跳車而設(shè)置在橋頭兩側(cè)的混凝土板，由于它一端與橋臺(tái)相連，一端與路基相連。在沉降作用下會(huì)導(dǎo)致連接的不順適，出現(xiàn)橋頭跳車，影響形式的舒適感。

1.3 下部結(jié)構(gòu)

1.3.1 墩臺(tái)的病害

橋梁墩臺(tái)位于橋梁上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間，它將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給基礎(chǔ)，因此，橋梁上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的變化對(duì)他都會(huì)產(chǎn)生影響。墩臺(tái)的缺陷主要有承載力不足、沉降、傾斜、位移及開(kāi)裂等。

由于外部溫差、日照的影響，在橋墩向陽(yáng)面，水位線以上易形成有溫差應(yīng)力導(dǎo)致的網(wǎng)狀裂縫。由于填土、凍脹或地基承載力不足，會(huì)引起橋臺(tái)側(cè)墻、前胸、翼墻下沉、外傾或位移。另外，在船只、漂流物的碰撞下，墩臺(tái)會(huì)發(fā)生局部破壞。

1.3.2 橋基礎(chǔ)的病害

橋梁基礎(chǔ)主要病害有基礎(chǔ)的不均勻沉降、滑移、傾斜、開(kāi)裂等。由于地基壓密下沉引起的基礎(chǔ)沉降，對(duì)于任何一座橋來(lái)說(shuō)都是不可避免的，在一定范圍內(nèi)這是正常現(xiàn)象，而超過(guò)允許值則會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生有害影響[4]。基礎(chǔ)臨水面地基土層易受到誰(shuí)的沖刷而流失，導(dǎo)致基礎(chǔ)側(cè)向壓力的減小，使其產(chǎn)生側(cè)向位移。結(jié)構(gòu)的變形又會(huì)產(chǎn)生局部異常應(yīng)力，因其自身的開(kāi)裂，降低基礎(chǔ)的耐久性、可靠度。

2 維修加固方法

2.1 上部結(jié)構(gòu)的維護(hù)加固

2.1.1 補(bǔ)強(qiáng)加固

對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的一些破壞不是特別嚴(yán)重的構(gòu)件，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)和安全的因素下，一般采取補(bǔ)強(qiáng)的加固措施。橋梁補(bǔ)強(qiáng)常用方法有：黏貼鋼板加固法、黏貼碳纖維加強(qiáng)塑料加固法。

2.1.2 構(gòu)件更換

對(duì)于已破壞或不能承受原設(shè)計(jì)荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，必須用新的構(gòu)件進(jìn)行更換，是結(jié)構(gòu)承載力恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的承載力。

2.2 橋面系結(jié)構(gòu)的維護(hù)加固

橋面鋪裝層主要以養(yǎng)護(hù)為主，定時(shí)的清掃，保持橋面清潔；及時(shí)排除雨后積水。當(dāng)鋪裝層出現(xiàn)裂縫、坑槽、車轍、起皮、露骨、斷裂時(shí)，需將破損鋪裝層鑿除，重新鋪裝。一般不可直接在原橋面上加鋪，以避免增加橋梁荷載。

2.3 下部結(jié)構(gòu)的維修加固

2.3.1 基礎(chǔ)維護(hù)加固

基礎(chǔ)加固一般采用的方法有：擴(kuò)大基礎(chǔ)加固、補(bǔ)樁加固。橋梁基礎(chǔ)通過(guò)擴(kuò)大基礎(chǔ)面積，可達(dá)到加固的目地。擴(kuò)大基礎(chǔ)大方法適用于基礎(chǔ)承載力不足，或埋深不大的剛性基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)強(qiáng)度滿足要求而沉降過(guò)大時(shí)也一般采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積法加固。對(duì)于樁式基礎(chǔ)，一般采用增補(bǔ)樁基加固。即在樁式基礎(chǔ)的周圍，補(bǔ)加鉆孔樁或打入預(yù)制樁，并擴(kuò)大承臺(tái)面積。

2.3.2 墩臺(tái)維護(hù)加固

墩臺(tái)發(fā)生水平位移和傾斜應(yīng)分析原因，制定合理的加固方案，進(jìn)行加固。橋墩被車輛、船只、流水等撞損，可將損傷的樁柱鑿除松動(dòng)部分，添加鋼筋，立模灌注原等級(jí)的混凝土，按原樣恢復(fù)；或在損傷處，將原混凝土鑿毛，加設(shè)圍帶，用擴(kuò)大體積法或纖維織物法使損傷部位得以加強(qiáng)[5]。因土壓力而產(chǎn)生傾斜或滑移時(shí)可采用修筑撐壁法進(jìn)行加固。對(duì)于橋臺(tái)的側(cè)墻發(fā)生外傾時(shí)，可設(shè)拉桿加固。

3 結(jié)束語(yǔ)

鋼桁架拱橋在病害、維護(hù)與加固上與其他形式的橋梁有著很多共同之處，也有其結(jié)構(gòu)特性的缺陷，在加固時(shí)，要剖析橋梁的加固機(jī)理，遵循橋梁加固準(zhǔn)則，分清那些橋梁病害需要預(yù)防，哪些橋梁需要加固治理，使橋梁的維護(hù)、加固取得應(yīng)有的效果。

［1］陳維珍，等.鋼桁架橋評(píng)定與加固[M].科學(xué)出版社，2012.

［2］陳正偉.剛架拱橋?qū)嵱眉庸碳夹g(shù)研究[D].重慶交通大學(xué)，2008.

［3］武春山，張德成.橋梁養(yǎng)護(hù)與加固技術(shù)[M].人民交通出版社，2010，5.

［4］諶潤(rùn)水，周錦中.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)[M].人民交通出版社，2009，5.

［5］譚金華,楊吉新,陳響平.橋梁鋼結(jié)構(gòu)[M].武漢理工大學(xué)出版社，2012，9：87-88.