小議常見橋梁病害的形式及成因
2011-05-19 來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)
摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和道路運(yùn)輸事業(yè)的日趨繁榮，人們對(duì)高等級(jí)、高標(biāo)準(zhǔn)的公路交通的需求也日益增加，因此，全國各地的公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修事業(yè)的發(fā)展也非常迅速；新建工程已有比較豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，在此不加細(xì)說，但養(yǎng)護(hù)維修項(xiàng)目，尤其是大型橋梁的養(yǎng)護(hù)維修業(yè)務(wù)卻是近幾年才逐漸發(fā)展壯大起來的熱門行業(yè)，其受重視的程度也越來越高。橋梁是公路交通系統(tǒng)中的重要組成部分，在公路運(yùn)輸事業(yè)中有著舉足輕重的地位，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，給國家和人民造成的損失將是巨大的。所以，主管部門都把橋梁維修養(yǎng)護(hù)工作擺在了極為重要的議事日程上來。
0 引言
橋連四海，路通八方，橋梁的興建與暢通，促進(jìn)了人類社會(huì)的文化和經(jīng)濟(jì)生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會(huì)帶來巨大的損失和災(zāi)難。近些年，人們已經(jīng)開始注意到了各種病害正在不同程度地侵?jǐn)_著我國正在服役的30多萬座既有橋梁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國存在安全隱患和耐久性問題的橋梁約占總數(shù)的50%，個(gè)別地方甚至超過了70%，在這些橋中危橋又占20%～30%，約有9597座。 如何對(duì)這些既有橋梁做出正確的檢測(cè)、評(píng)估及加固，目前理論上尚沒有很好的解決辦法，究其原因，主要是對(duì)病害及其發(fā)生機(jī)理缺乏系統(tǒng)、清楚的認(rèn)識(shí)。
1 橋梁病害的主要形式
鋼筋混凝土橋梁的病害主要有下列幾種形式：
1.1 裂縫 裂縫是鋼筋混凝土橋梁中最普遍、最常見的病害之一，不產(chǎn)生裂縫的橋梁幾乎沒有。而且裂縫往往是多種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。裂縫對(duì)鋼筋混凝土橋梁的危害程度不一，嚴(yán)重的裂縫如貫穿縫、網(wǎng)裂等將會(huì)嚴(yán)重危及橋梁的安全運(yùn)行。另外裂縫往往也會(huì)引起其它病害的發(fā)生與發(fā)展，如鋼筋銹蝕、凍融破壞等，這些病害與裂縫形成惡性循環(huán)，會(huì)對(duì)橋梁的耐久性產(chǎn)生很大的危害。
1.2 混凝土碳化及鋼筋銹蝕 混凝土碳化及鋼筋銹蝕現(xiàn)象在鋼筋混凝土橋梁中普遍存在。當(dāng)混凝土炭化和鋼筋銹蝕程度日漸嚴(yán)重后，橋梁必然會(huì)產(chǎn)生較多的順筋裂縫，這會(huì)造成橋梁使用安全性降低和使用壽命縮短。
1.3 剝蝕 剝蝕是從混凝土的外觀破壞形態(tài)著眼，對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面混凝土發(fā)生蜂窩麻面、露石、酥松起皮和剝落等病害的統(tǒng)稱。根據(jù)不同的機(jī)理可分為凍融剝蝕、沖磨和空蝕、水質(zhì)侵蝕、風(fēng)化剝蝕等。
1.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞 在鋼筋混凝土橋梁中，由于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位構(gòu)造不合理、施工中存在問題或年代久遠(yuǎn)等而引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)造老化、失穩(wěn)、變形過大等已在一定程度上影響了橋梁的安全運(yùn)行。
1.5 地基不均勻沉降引起的破壞 由于地基不均勻沉降引起的破壞對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也比較大，如翼墻和錐坡的下沉、滑動(dòng)、開裂，毛石墩臺(tái)的貫通縫等。
2 橋梁病害機(jī)理分析
2.1 裂縫 當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度或拉應(yīng)變大于其極限拉應(yīng)變時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生裂縫。橋梁裂縫又主要有以下幾種。
首先，超載裂縫。超載裂縫有可細(xì)分為：
①局壓裂縫：當(dāng)設(shè)計(jì)的混凝土抗壓強(qiáng)度不夠或超載使用時(shí)，在承壓應(yīng)力大部位，由于出現(xiàn)局部拉應(yīng)力，常常導(dǎo)致產(chǎn)生局壓裂縫，甚至?xí)植繅核?。特征：局壓區(qū)出現(xiàn)大體與壓力方向平行的多條短裂縫。
②彎曲裂縫：當(dāng)受拉區(qū)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)往往出現(xiàn)彎曲裂縫。特征：彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊緣開始出現(xiàn)橫向裂縫，逐漸向中和軸展；用螺紋筋時(shí)，裂縫間可見短向次裂縫。
其次，網(wǎng)裂。當(dāng)混凝土出現(xiàn)縱橫相交的不規(guī)則裂縫時(shí)，稱為網(wǎng)裂或龜裂。主要有以下情況：
①混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)，引起混凝土澆筑時(shí)坍落度過低，使混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。
②混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于澆水不足或不及時(shí)或遇大風(fēng)天氣施工，混凝土表面急驟干燥，出現(xiàn)塑性收縮狀態(tài)，會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生不規(guī)則裂縫，一般深度較淺。
再次，鋼筋銹蝕引起的裂縫?；炷林袖摻畎l(fā)生銹蝕后，其銹蝕產(chǎn)物的體積比原來膨脹2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。當(dāng)膨脹應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫稱為鋼銹裂縫。鋼銹裂縫一般都為沿鋼筋長(zhǎng)度方向發(fā)展的順筋裂縫。
2.2 混凝土碳化及鋼筋銹蝕 混凝土碳化及鋼筋銹蝕現(xiàn)象在橋梁中比較普遍。也比較嚴(yán)重。調(diào)查表明，當(dāng)碳化深度接近或超過混凝土的保護(hù)層厚度時(shí)，混凝土內(nèi)的鋼筋已銹蝕。凡裂縫多、混凝土質(zhì)量差的橋梁，其鋼筋銹蝕程度也必然嚴(yán)重，產(chǎn)生的順筋裂縫也特別多。隨著鋼筋銹蝕的發(fā)生，混凝土開裂、剝落，鋼筋和混凝土的粘結(jié)力就不斷喪失，鋼筋截面積就減少，承載能力下降，從而降低了結(jié)構(gòu)的安全度，結(jié)構(gòu)損壞事故就可能發(fā)生。
2.3 剝蝕 根據(jù)不同的機(jī)理，剝蝕可分為凍融剝蝕、沖磨和空蝕、水質(zhì)侵蝕、風(fēng)化剝蝕等。
首先，凍融剝蝕：是指在水飽和或潮濕狀態(tài)下，由于溫度正負(fù)變化，結(jié)構(gòu)物的已硬化混凝土空隙水結(jié)凍膨脹，融解松弛，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，造成混凝土由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象。凍融剝蝕破壞會(huì)使鋼筋混凝土橋梁的墩臺(tái)、梁板、樁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有效截面積減小，并誘發(fā)鋼筋銹蝕，加速老化過程，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的承載能力和穩(wěn)定性下降。
其次，沖磨和空蝕?？瘴g破壞一般表現(xiàn)為在流過的墩臺(tái)上表面局部位置出現(xiàn)空蝕剝蝕坑，但其它部位完好，蝕坑深度有時(shí)達(dá)幾厘米；沖磨剝蝕一般面積較大，并具有一定的連續(xù)性。沖磨和空蝕破壞發(fā)展到一定程度可能誘發(fā)大面積的水力沖刷破壞。
再次，水質(zhì)剝蝕：包括硫酸鹽侵蝕；酸侵蝕；堿類侵蝕。
最后，風(fēng)化剝蝕：這是一種普遍的剝蝕現(xiàn)象，危害都不大，均為輕微剝蝕。
2.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞主要出現(xiàn)在伸縮縫和支座兩個(gè)部位：
首先，伸縮縫：破壞特征為由于設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料老化和施工的因素造成接縫處不平、跳車、滲漏的現(xiàn)象。
其次，支座：破壞特征為由于設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料老化和施工的因素造成支座偏位以至支撐不穩(wěn)、墊塊壓碎、功能喪失。甚至引起其他病害。
2.5 地基不均勻沉降引起的破壞 這類病害除上述由于地基不均勻沉降引起的橋梁墩臺(tái)的裂縫外，主要還有翼墻和錐坡的下沉、滑動(dòng)、傾斜、開裂、毛石墩臺(tái)的貫通縫、塊石松動(dòng)等。由于各種施工原因造成的橋頭跳車也歸納到此部分。
橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以承受作用于其上的重力和附加力；結(jié)構(gòu)各部必須具有足夠的剛度，以使其在荷載作用下不產(chǎn)生過大的撓曲和變形；結(jié)構(gòu)各部尺寸必須具有適當(dāng)大小，以使其承受軸向壓力時(shí)的構(gòu)件不發(fā)生屈曲，喪失穩(wěn)定性。同時(shí)結(jié)構(gòu)也要具有較高的耐久性。由于作用荷載的隨機(jī)性、材料強(qiáng)度的離散性、制造與施工質(zhì)量的分散性、計(jì)算假定的近似性，致使在長(zhǎng)期使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害。
