超限運(yùn)輸對橋梁的損害及加固
2010-11-24
目前，隨著運(yùn)營時間的增長，運(yùn)煤車輛超載現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，有許多橋梁因超載的作用發(fā)生了不同程度的損壞，其中尤以橋梁上部結(jié)構(gòu)單板受力最為嚴(yán)重。
一、橋梁單板受力損壞的情況
所謂單板受力，即橋梁上部板梁結(jié)構(gòu)中部分板梁之間失去橫向聯(lián)系后，產(chǎn)生某一塊或多塊板梁單獨(dú)受力的情況。橋梁出現(xiàn)單板受力病害后，由于荷載橫向分布系數(shù)比設(shè)計(jì)值增大，板梁不能共同受力，橋梁的整體承載能力降低，橋梁橫載面上的梁板之間無法相互傳力。某塊板梁單獨(dú)承受荷載，加劇單板疲勞破壞，使橋梁上部結(jié)構(gòu)處于極為不利的受力狀態(tài)，降低橋梁的耐久性和使用壽命，對行車安全造成極大隱患。
經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)近1/4的小橋涵出現(xiàn)了不同程度的單板受力病害，主要集中在8m-18m的鋼筋混凝土矩形實(shí)心板小橋涵上，現(xiàn)已對單板受力嚴(yán)重的小橋涵進(jìn)行了處理。此病害呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，主要表現(xiàn)為：
從橋面上觀察，行車道位置的橋面鋪裝開裂、碎裂，進(jìn)而形成車轍和縱向貫通裂縫，縱向裂縫有規(guī)律性地分布重車方向板間較縫的上方，且縱向裂縫局部混凝土松散，形成坑槽，行車平順性降低。
在橋下觀察，重車半幅小橋涵較縫混凝土普/考試大/遍開裂、脫落，重車方向板間較縫混凝土呈塊狀剝落嚴(yán)重（與橋面鋪裝行車道縱向貫通裂縫相對應(yīng)），且存在嚴(yán)重的沿較縫滲水痕跡；單板受力病害均發(fā)生于重車方向小橋涵上；大部分單板受力小橋涵板端與橋臺背墻連接處的橋面鋪裝存在在橫向貫通裂縫；在重載車輛作用下，由于板間鉸縫橫向聯(lián)系失效，導(dǎo)致部分小橋涵行車道外的梁板底面跨中部位形成有規(guī)律的橫向貫通裂縫。
絕大部分單板受力的小橋涵為正交橋。
隨著運(yùn)營時間增長，重車半幅橋涵的受損數(shù)量和受損程度呈現(xiàn)不斷增多和嚴(yán)重的趨勢。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)的各梁板間橫向聯(lián)結(jié)主要依靠絞縫及砼鋪裝層實(shí)現(xiàn)，上述病害將導(dǎo)致橫向聯(lián)結(jié)失效，單板受力的存在削弱了橋涵上部結(jié)構(gòu)的整體性，降低了橋涵的整體承載能力，同時使得上部主要承重構(gòu)件處于非常不利的受力狀態(tài)，在重載車輛的作用下，對交通安全構(gòu)成隱患。
二、單板受力成因影響分析
經(jīng)調(diào)查研究并加以分析，形成單板受力的原因主要有以下幾點(diǎn)：
鉸縫施工質(zhì)量不易控制也是造成單板受力的一個主要原因。從現(xiàn)場可以看出，部分橋涵的鉸縫較寬，鉸縫混凝土松散、鉸縫振搗不密實(shí)現(xiàn)象普遍存在。鉸縫施工質(zhì)量不高可直接造成上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，導(dǎo)致整體承載能力降低。
小橋涵與大橋相比，恒載內(nèi)力所占比例小，活載內(nèi)力所占比例大的多，也就是說重車在小橋涵上的荷載效應(yīng)大，造成的破壞較嚴(yán)重。因此，在超載車輛的頻繁沖擊下極易造成小橋涵的損壞；小橋涵設(shè)計(jì)是按鉸接板法計(jì)算，鉸縫簡化為鉸傳遞剪力，鉸縫完好時，在設(shè)計(jì)荷載作用下，鉸縫能夠按假設(shè)情況正常傳遞剪力，但是在超重車輛，尤其是超載嚴(yán)重的車輛作用下，鉸縫并不能夠以情況傳遞剪力；鉸縫受剪過大導(dǎo)致鉸縫損壞。而且當(dāng)鉸縫橫向聯(lián)系損壞，形成單量受力時，荷載提高將近２倍，對梁板的受力非常不利。
小橋涵設(shè)計(jì)時，鉸縫企口較小，橫向聯(lián)結(jié)鋼筋較細(xì)，鋪裝防水砼層較薄，鋪裝鋼筋網(wǎng)配筋較細(xì)，降低了鉸縫橫向傳力。造成鉸縫所能承擔(dān)的剪力降低。橋面排水不良以及鋪裝防水性能差，也加劇了鉸縫的破損失效。
綜上所述，車輛超載是直接導(dǎo)致小橋涵單量受力的原因，同時鉸縫施工質(zhì)量較差也是形成單量受力的主要原因，而上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，鋪裝混凝土太薄、鋪裝鋼筋網(wǎng)配筋較細(xì)以及橋面防排水不良則加速了單板受力的形成。
三、單板受力的加固與維修
單板受力造成上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，整體性能較差，加速了上部結(jié)構(gòu)的破壞，給行車安全造成嚴(yán)重隱患。應(yīng)通過提高承載能力的方法根治，為此采取以下加固辦法：
銑刨橋面鋪裝，鑿除水泥砼鋪裝及鉸縫的剝落松散結(jié)構(gòu)。
在梁板頂面植筋，用環(huán)氧砂漿或其他粘合劑插入一定長度的豎向鋼筋，該鋼筋伸入鋪裝層，錨固筋頂部與鋪裝鋼筋進(jìn)行焊接，使橋面鋪裝與梁板共同參與受力。
提高鉸/考試大/縫混凝土標(biāo)號，在大企口鉸縫中增設(shè)鋼筋，在小企口鉸縫頂面增設(shè)鉸縫橫向聯(lián)結(jié)鋼板，以加強(qiáng)鉸縫橫向傳力增強(qiáng)上部承重構(gòu)件的橫向聯(lián)系。
加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)整體性，水泥砼橋面鋪裝厚度應(yīng)加大。改變原兩層橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為一層防水混凝土，加強(qiáng)橋面鋪裝的布筋加粗、加密鋪裝層鋼筋網(wǎng)中的橫向鋼筋，以實(shí)現(xiàn)有效的橫向傳力。
提高防水砼標(biāo)號，在防水混凝土中摻加防水劑和聚丙烯纖維，改善混凝土的抗裂、抗?jié)B性能。
澆筑鉸縫砼和橋面鋪裝前，必須用鋼刷除結(jié)合面上的浮皮，用水沖洗后澆筑，并振搗密實(shí)。位于行車道位置的板存在橫向裂縫，如果裂縫分部均勻、細(xì)密，在除去橋面鋪裝二期恒載的情況下閉合較好，可用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)并在板底粘貼一層高強(qiáng)度碳纖維布，粘貼碳纖維布不僅可以封閉裂縫，而且可以加固補(bǔ)強(qiáng)提高上部承生構(gòu)件的承載能力。
對于跨中已經(jīng)發(fā)生開裂，剛度降低的重車道下的梁板，如果裂縫較大，不能閉合、破壞嚴(yán)重，應(yīng)更換新梁板。
施工完成后應(yīng)加強(qiáng)交通管制，采取相應(yīng)的限載控制措施，設(shè)置超限運(yùn)輸檢查站，加大管理及查處力度，對超載車輛予以卸載后通行。
采取上述辦法加固后，經(jīng)過一年的汽車行駛，證明加固后橋梁能夠適應(yīng)大部分載重車輛安全通過，說明上述加固方法對消除單板受力病害非常有效。
