混凝土橋梁病害特征及病因淺析

廖玉鳳,扎西彭措,楊云超

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500)

混凝土橋梁病害特征及病因淺析

廖玉鳳,扎西彭措,楊云超

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500)

根據(jù)西南石油大學(xué)校園內(nèi)6座既有混凝土橋梁的檢測，既有混凝土橋梁存在梁體混凝土外觀較差、支座發(fā)生剪切變形、伸縮縫填滿泥沙、橋面鋪裝層破損開裂、防撞墻撞壞、泄水孔堵塞等病害特征，并對這些病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了細(xì)致的分析。對完善校園內(nèi)既有混凝土橋梁運(yùn)營期間的監(jiān)測和日常養(yǎng)護(hù)工作有一定的指導(dǎo)意義。

混凝土橋； 檢測； 病因

隨著高校學(xué)生的擴(kuò)招，一些大學(xué)的老校區(qū)因校園面積小，已不能滿足學(xué)校的發(fā)展需要。一些城市通過建立大學(xué)城，將大學(xué)由城市中心向郊區(qū)遷移，大學(xué)城中的高校得以在更大的場地建立新校區(qū)。新校區(qū)建設(shè)大多采用湖景或河景貫穿其中，為凸顯河湖美景，各種各樣的橋梁成為必不可少的景觀之一。建成的橋梁既符合景觀設(shè)計又能滿足交通需要，但經(jīng)過長期使用后，內(nèi)外多種因素會使橋梁的安全度有所下降，以致影響車輛運(yùn)營的安全[1]，因此對既有混凝土橋梁進(jìn)行科學(xué)的損傷檢測、安全監(jiān)測以及評估，充分了解橋梁的實(shí)際狀況，既可以為經(jīng)濟(jì)可靠地利用校園內(nèi)橋梁提供依據(jù)，又可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生[2]。

1 工程概況

西南石油大學(xué)于2002年從四川南充搬遷至四川成都，在新都建立校區(qū)，共占地133ha。校園內(nèi)有湖景、河流，為滿足交通需要及景觀設(shè)計，學(xué)校一期、二期共有橋梁6座。其中4座為單跨5m以下的小橋涵，一座為3跨混凝土拱橋，跨徑布置為5m+8m+6m，一座為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋，跨徑布置為16m+24m+10m。

2 典型病害特征及病因淺析

對西南石油大學(xué)校園內(nèi)6座既有混凝土橋梁進(jìn)行了詳細(xì)科學(xué)的檢測，檢測項目包括橋梁上部結(jié)構(gòu)混凝土破損和梁底裂縫檢測、橋梁下部結(jié)構(gòu)混凝土破損和裂縫檢測、支座變形情況檢測、橋面系及其附屬結(jié)構(gòu)檢查、混凝土強(qiáng)度測試、鋼筋位置和保護(hù)層厚度測試等。根據(jù)這些外業(yè)檢測項目結(jié)果，該校園內(nèi)既有混凝土橋梁的易發(fā)病害和較為嚴(yán)重的病害總結(jié)如下，并對這些病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了細(xì)致的分析。

2.1 混凝土表面缺陷

梁體混凝土表面普遍粗糙、不平整，伴隨模板痕跡(圖1)；底板混凝土保護(hù)層過薄，導(dǎo)致粗骨料及箍筋有外露現(xiàn)象(圖2)；拱橋拱腳位置還出現(xiàn)了表面裂縫及返堿(圖3)；梁底混凝土出現(xiàn)蜂窩及大面積空洞剝落(圖4)。

圖1 梁體模板痕跡

圖2 粗骨料及箍筋外露

圖3 裂縫及游離石灰

圖4 梁底混凝土剝落修復(fù)不徹底

上述這些情況在這6座橋中均有發(fā)生。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件種類、建橋環(huán)境、施工質(zhì)量以及使用情況等的不同，在基本構(gòu)件上缺陷產(chǎn)生的部位、種類和程度也不同。對于混凝土橋上部結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，缺陷往往以表面裂縫、蜂窩、麻面、空洞、露筋、剝落、返堿縫隙夾層(施工縫處混凝土結(jié)合不好，有縫隙或夾有雜物的現(xiàn)象)等。

此類病害主要是由于混凝土施工質(zhì)量差引起的，雖然短期內(nèi)不會引起橋梁承載能力的降低，但對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性影響較大。對于混凝土橋梁，由于某一缺陷的日積月累，加上環(huán)境的影響，有擴(kuò)大的危險。例如蜂窩麻面，由于水的滲入，促使混凝上材料惡化，會引起鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕物的產(chǎn)生過程會有體積膨脹，又導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生銹蝕裂縫，形成惡性循環(huán)。比如表層混凝土剝落會導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕，繼而引起混凝土更大面積的銹蝕開裂，長期作用會降低截面剛度、減小鋼筋的有效直徑，對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁，如果預(yù)應(yīng)力筋銹蝕后果將更嚴(yán)重。再如，混凝土開裂、剝落、錯位、鋼筋外露銹蝕，會使結(jié)構(gòu)橫向剛度降低，單梁受力加大，結(jié)構(gòu)加速破壞。

另外，在混凝土橋中，缺陷和原因不是一一對應(yīng)的，不少情況是某一個原因是誘發(fā)源，其它則多為促進(jìn)缺陷發(fā)展的原因。

2.2 鋼筋銹蝕

本次檢測發(fā)現(xiàn)中環(huán)路南段橋、二期人行天橋出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象(圖5)。

鋼筋銹蝕可分兩種情況，一種是混凝土開裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，即先裂后銹；一種是因?yàn)楸Ｗo(hù)層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。此次檢測中發(fā)現(xiàn)的鋼筋銹蝕現(xiàn)象均為第二種原因引起的，即露筋。此類病害中鋼筋銹蝕體積膨脹會導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落，即先銹后裂。一般主體結(jié)構(gòu)中很少有先銹后裂的情況，但其附屬結(jié)構(gòu)如防撞墻等卻有此種情況。調(diào)查顯示，有的防撞墻內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)幾乎無保護(hù)層，在大氣環(huán)境作用下鋼筋銹蝕得相當(dāng)嚴(yán)重。由于鋼筋銹蝕，導(dǎo)致表面混凝土開裂甚至成塊脫落，混凝土開裂或脫落又使原來處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中，如此惡性循環(huán)，如不加以維修養(yǎng)護(hù)，此種病害對橋梁的危害也是不可忽視的。保護(hù)層太薄或露筋，在橋梁竣工后幾年內(nèi)問題并不顯得太突出，甚至一直處于被忽視的狀態(tài)，直到長期的水氣作用導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕后才引起注意，再花費(fèi)人力、物力進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。

圖5 鋼筋外露銹蝕

2.3 支座

三孔橋、夢溪路橋、中環(huán)路南段橋無支座，二期人行天橋下是鴻運(yùn)大道，墩高車多，中間墩跨支座無法檢查，僅僅檢查橋頭支座。支座均為板式橡膠支座，支座后期處理不規(guī)范，支座周圍沾滿混凝土。縱向有輕微剪切變形，有個別支座發(fā)生輕微橫向剪切變形(圖6)。

圖6 粘滿混凝土且有剪切變形的支座

板式橡膠支座出現(xiàn)剪切變形是由于支座受力不均勻造成的，支座上部梁體不平整導(dǎo)致支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，長時間受力不均勻致使支座容易老化、開裂；因新都處于多雨地區(qū)，經(jīng)常降雨使支座上方鋼板及螺栓銹蝕現(xiàn)象普遍， 從而使橡膠支座轉(zhuǎn)動失去靈活性。

2.4 橋面系及其它

2.4.1 伸縮縫

經(jīng)檢查所有橋梁的伸縮縫均塞滿泥沙，三孔橋、二期人行天橋橋臺處伸縮縫填充的的瀝青出現(xiàn)老化和夾渣，三孔橋伸縮縫處混凝土出現(xiàn)碾碎現(xiàn)象(圖7)。

圖7 塞滿泥沙且被碾碎的伸縮縫

伸縮縫出現(xiàn)此類現(xiàn)象主要是后期的養(yǎng)護(hù)未跟上，若長期不清理則會失去主梁伸縮作用，從而導(dǎo)致橋臺蓋梁被頂出較大的裂縫或位移，或者橋面起殼、脫落，無法保持其良好的使用性能，也影響其外觀形象。

2.4.2 橋面鋪裝層

三孔橋橋面水泥混凝土鋪裝層出現(xiàn)龜裂；中環(huán)路南段橋橋面水泥混凝土鋪裝層出現(xiàn)破損；人行天橋橋面鋪設(shè)地磚，部分地磚出現(xiàn)裂縫(圖8)。

圖8 中環(huán)路南段橋橋面破損

此類病害在橋梁中比較常見：橋面裂縫和凹槽、跳車等會降低行車的舒適性，并增大對橋梁的沖擊力；同時很多橋梁的橋面水會下滲到主梁頂板上，使混凝土受到腐蝕，從而混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，降低橋梁的承載能力。這類病害主要是由于橋梁的日常養(yǎng)護(hù)及維護(hù)修理不當(dāng)造成的。

2.4.3 防撞墻與欄桿

三孔橋防撞墻表面破損，部分區(qū)域斷裂(圖9)。其余橋防撞墻及欄桿均良好。

圖9 三孔橋防撞墻表面破損

此類病害主要是防撞墻表面被汽車撞壞，而又不能得到及時修復(fù)，時間久了會導(dǎo)致防撞墻失去其應(yīng)有作用。

2.4.4 泄水孔

大部分的泄水孔因日后的維修養(yǎng)護(hù)不到位，均有被泥土堵塞的現(xiàn)象(圖10)。部分泄水孔已不能正常工作，部分泄水孔遭到損壞需及時更換，只有少數(shù)一些泄水孔能正常工作。

圖10 二期人行天橋受損的泄水孔

此類病害主要是泄水孔的日常清理養(yǎng)護(hù)沒有到位，導(dǎo)致泄水孔出現(xiàn)破損及堵塞。

3 總結(jié)

通過對西南石油大學(xué)校園內(nèi)的6座既有混凝土橋的病害檢測，并對這些病害產(chǎn)生的原因逐個進(jìn)行了分析?？偨Y(jié)產(chǎn)生上述病害的原因如下：

(1)混凝土病害主要是施工質(zhì)量問題，如施工時偷工減料造成混凝土不密實(shí)、有孔洞，質(zhì)量差；

(2)孔跨設(shè)計不合理。如單孔跨徑設(shè)計過小，導(dǎo)致橋孔通水不暢，橋孔附近河床淤積；

(3)橋梁運(yùn)營期間的監(jiān)測及養(yǎng)護(hù)工作不夠完善，人為破壞因素嚴(yán)重。

4 結(jié)束語

任何一座橋梁，從交付運(yùn)營時起，或多或少就帶有一定程度的病害，如不加以處理，病害將越來越嚴(yán)重，最終危及到橋梁的安全。對橋梁病害必須進(jìn)行維修處理，但更重要的是從設(shè)計、施工中去預(yù)防橋梁病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費(fèi)用。因此建立健康、安全、穩(wěn)定的檢測系統(tǒng)是很有必要的。

對日后校園內(nèi)橋梁的檢測望能做到以下兩點(diǎn)：

(1)建立全面的橋梁健康檢測系統(tǒng)，實(shí)行定期檢測，對重要的受力和變形部位建立監(jiān)測點(diǎn)，達(dá)到實(shí)時檢測；

(2)加強(qiáng)日后的維修養(yǎng)護(hù)工作，特別是對于橋面附屬設(shè)施，如伸縮縫、泄水孔等。通過改善橋梁的使用環(huán)境，延長橋梁的使用壽命。

[1] 高懷志，王君杰.橋梁檢測和狀態(tài)評估研究與應(yīng)用 [J].世界地震工程， 2006，(2)：57-64

[2] 廖玉鳳，王偉.既有混凝土橋梁病害特征及病因淺析[J].四川建筑科學(xué)研究，2006，(9)

西南石油大學(xué)重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)

廖玉鳳(1979～)，女，碩士研究生，講師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)計算分析。

U445.7+1

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[定稿日期]2014-09-09