鋼砼梁橋病害成因與防治措施
2013-02-27 來源：筑龍網(wǎng)
鋼砼梁橋作為公路重要組成部分，其結構構造完整性和耐久性將直接影響到交通運營的安全和舒適性。本文針對砼及鋼砼梁橋結構性及耐久性降低、病害成因及其防治做深入探討。
1、橋梁病害分類
橋梁的病害可分為結構性病害和構造性病害。結構性病害是指橋梁受外界荷載影響，使既有結構整體承載能力有所下降的病害。此病害特點是由于其存在使整個結構承載力受很大影響。如：粱式橋的粱體裂縫、拱式橋的拱腳及拱頂?shù)钠茡p、鋼橋的腐蝕等。
構造性病害是指橋梁在使用中部分構件喪失功能．橋使用舒適性有所下降的病害。這類病害特點是其存在對整個橋梁承載能力無大的影響。這類病害包括：伸縮裝置失效、橋面鋪裝破損及橋頭跳車等。
2、梁式橋結構病害
鋼筋砼梁橋和預應力砼梁橋在我國公路橋梁中占很大比例。尤是新建公路橋，除極少數(shù)大跨徑橋梁外，多采用裝配式鋼筋砼或預應力砼空心板、T型梁或箱型梁。這主要是裝配式鋼筋砼或預應力砼梁式橋具有以下優(yōu)點：工期較短。構件預制可提早進行。上、下部可平行施工；可節(jié)約支架和模板，裝配式橋梁往往可采用無支或少支架施工，構件在預制場或工廠預制時采用模板和支架等易做到簡便合理，可反復使用；提高工程質量，裝配式梁橋構件在預制中易做到標準化和機械化。
作為砼結構和預應力砼結構，結構耐久性是其最大的優(yōu)點。除戰(zhàn)爭、地震、火災及水災導致砼結構和預應力砼結構破壞外，砼橋梁的裂縫問題是它的最大病害。鋼筋砼或預應力砼結構物是利用了鋼材與砼各自長處的結構。反過來說，由于屬相互彌補各自短處的結構，所以在應力集中處、鋼筋錨固處、鋼筋彎起點、鋼筋數(shù)量突減處、砼斷面突變處及應力應變最大處等都是易出現(xiàn)裂縫的部位?？蓮脑O汁、施工、養(yǎng)護、材料及外部環(huán)境等方面分析砼結構和預應力砼結構的裂縫，荷載作用下產(chǎn)生的裂縫作為結構病害考慮，其他裂縫作為構造病害考慮。
2．1 彎曲裂縫
梁上施加彎矩時，將產(chǎn)生彎曲裂縫。彎曲裂縫也稱垂直裂縫。對于彎構件和壓彎構件來說。彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的砼受拉區(qū)。
粱板結構的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展，負彎矩裂縫位于連續(xù)梁或懸臂梁板的支座附近，自上向下發(fā)展。隨著荷載增大，裂縫寬度增大，長度延伸，裂縫數(shù)增加，裂縫區(qū)域漸向兩側發(fā)展。
2．2 剪切裂縫
剪切裂縫也稱斜裂縫。首先發(fā)生在剪應力最大的部位。對受彎構件和受壓構件．往往發(fā)生在支座附近，由下部開始，沿著與軸線成25?！?O。左右的角度裂開。隨著荷載增大，裂縫長度不斷增長并向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫縫數(shù)不斷增多井分叉．裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向擴大。剪切裂縫一旦出現(xiàn)，就應加強觀察。如裂縫發(fā)展緩慢并限制在受拉區(qū)，是允許的，但如裂縫不斷發(fā)展或者裂縫已接近受壓區(qū)，則不論其寬度和撓度如何應及時給予必要的加固處理。
2．3 斷開裂縫
鋼筋砼構件受拉時，進入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構件在荷載作用下，產(chǎn)生的裂縫均沿正截面開展，裂縫間距有一定的規(guī)律性。受拉構件在受力較小時，砼和鋼筋均承受拉力，拉應力值較小，不超過砼的抗拉極限．這是未出現(xiàn)裂縫構件的工作狀態(tài)。隨著內(nèi)力增加，砼內(nèi)拉應力達到其受拉極限，產(chǎn)生裂縫并退出工作，全部拉力由鋼筋承擔，這是允許出現(xiàn)裂縫構件的工作狀態(tài)。荷裁繼續(xù)增大，鋼筋應力達到流動極限，鋼筋伸長率較大，裂縫寬度超過設計規(guī)范允許寬度的許多倍，這多為使用所不允許或構件將近破壞的狀態(tài)。
2．4 扭曲裂縫
砼構件受扭轉與彎曲同時作用而產(chǎn)生的裂縫稱為扭曲裂縫 該裂縫一般呈45。傾斜方向。鋼筋砼構件在扭曲作用下，產(chǎn)生的裂縫一般有許多條，裂縫出現(xiàn)后砼保護層剝落，扭曲產(chǎn)生的扭矩改由鋼筋承擔，直至鋼筋滑動時構件完全破壞。
2．5 局部應力引起的裂縫
局部應力引起的裂縫，主要表現(xiàn)在：墩臺支座處受到較大局部應力；構件突然受到?jīng)_擊荷載；預應力梁錨固端受到較大局部應力而引起的裂縫。
3、鋼筋砼梁式橋病害處治及預防
鋼筋砼梁式橋包括簡支梁、懸臂梁及連續(xù)梁橋。這些橋梁在運營過程中由于各種原因出現(xiàn)裂縫，導致承載能力下降，不滿足運營要求，那么就要對這些橋梁進行處治、加固。下面對目前常用較有效的處治加固技術做一介紹。
3．1 下?lián)问筋A應力拉桿——噴射砼加固
鋼筋砼梁式橋出現(xiàn)病害需要處治加固時，如果橋下凈空能夠滿足通車、通航要求，可采用在粱下設置預應力拉桿，并噴射砼作為保護層進行加固。加固設計時一般采用粗鋼筋作為拉桿，兩端錨固在梁端部，中間用單柱、雙柱或多柱支撐在梁底部，然后噴射一層5 cm～8 cm厚砼作保護層，與原砼梁組合受力。，在加固過程中可通過改變支撐的位置和調整拉桿預應力方式來滿足提高承載力需要。按照施加預應力的不同方式，可以分為3種施工方法：
（1）橫向收緊張拉法 該法是將鋼拉桿分兩層布置于梁底的兩側，在靠近梁的支座處向上彎起，與固定在梁端的鋼制u型錨固板焊接。在鋼拉桿的彎起處用短柱將鋼拉桿支撐在粱底，縱向每隔一定距離設一道撐棍和鎖緊螺栓。通過收緊器將拉桿橫向收攏而產(chǎn)生縱向預應力，以抵抗荷載引起的彎矩。
（2）縱向張拉法。此法將預應力拉桿沿梁底布置，兩端向上彎起，穿過翼板上的斜孔伸至橋面。拉桿端部設有絲扣，用軋絲錨錨固在梁頂?shù)腻^固槽內(nèi)。此法區(qū)別橫向收緊張拉法的主要點是縱向張拉是直接縮短拉桿的長度以產(chǎn)生預應力。
?。?）豎向頂撐張拉法。此法是先在粱端設置u型錨固板，沿梁底安裝拉桿，并把拉桿的丙端焊在錨固板上，然后在梁的1，4跨徑和跨中分別設置3個施力夾具。夾具應固定于梁腹或橫隔梁上的承托架上，以給拉桿施加預應力。
3．2 預應力鋼絲束一噴射砼加固
該法是沿梁腹側面按拋物線形敷設預應力鋼絲束，在梁底每隔一定距離（5or．m～100 cm）設置一個定位箍圈，或在粱腹上埋設定位梢，用來固定鋼絲柬幾何形狀。鋼絲束兩端穿過梁端翼板上斜孔伸至梁頂錨固。對鋼絲束施加預應力后，再噴射砼作保護層。防止腐蝕。由于設置預應力鋼絲束將會增加梁上緣壓應力，可能會造成橋面板損壞，所以當驗算橋面板強度不足時，應同時考慮加厚橋面板，井使新舊砼結合為整體，共同受力。必要時可在原橋面上布設一層鋼筋網(wǎng)，再現(xiàn)澆一層砼橋面板，增加橋面板抗壓強度。這種加固技術用的設備簡單，不減少橋下凈空，采取半邊施工措施和噴射砼作鋼絲束保護層，可不中斷橋上交通進行加固補強。
3．3 增大構件截面加固
部分橋梁．修建時荷載等級低。面對交通業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出荷載等級偏低，承載能力不足。其主要原因之一是原橋截面偏小，不能滿足荷載等級提高要求。對這部分橋梁可采用增大構件截面法進行加固。增大構件截面途徑有增加受力主筋截面、加大砼截面、加厚橋面板和噴錨加固等方法。增焊主筋法；當結構因主筋應力超過容許范圍而又受到橋下凈空限制不宜加大截面高度時，可采用只增焊主筋法進行加固 主要工序有：增焊主筋、增設箍筋、卸除部分恒載和恢復保護層等。增大梁肋法：對屬于T型截面橋，常因原截面高度不夠或面積過小，導致承載能力不足和病害的發(fā)生。對于這些橋梁通常是將梁的下緣加寬、加強，擴大截面面積，并在新砼截面中增設受力主筋。主筋在靠近支座處彎上與原結構主筋焊在一起。在澆筑砼時，保證新舊砼問黏結良好，須在澆筑砼前，先將結合部位的舊砼表面鑿毛，露出骨料。清洗干凈。同時每隔一定距離鑿露出主筋，以便通過錨固鋼筋將新增加的主筋與原結構中的主筋連接在一起。新增加的砼一般采用懸掛模板現(xiàn)場澆筑。
4、鋼砼橋耐久性降低的原因及防治
鋼砼橋耐久性降低除自然災害或意外事故外，主要源于以下幾方面及復合作用：鋼筋腐蝕、砼碳化、凍融循環(huán)、堿一骨料反應、機械磨損等。其中鋼筋腐蝕是主因。
鋼筋腐蝕通常由兩種原因造成：砼碳化造成鋼筋表面局部環(huán)境的pH值降低，使鋼筋鈍化膜脫鈍；由于砼遭受氯離子污染，而使鋼筋表面鈍化膜破壞 其中后者是造成近代鋼砼橋破壞的主因。砼中氯離子有兩種來源：砼拌和時加入的，如最早使用的速凝劑CaCI：；環(huán)境中的除冰鹽或海水等。
砼凍融循環(huán)主要發(fā)生在寒冷地區(qū)，表現(xiàn)在幾方面：橋面砼由于受除冰鹽的影響而遭受溫度沖擊，形成累積損傷．造成砼表面剝落；橋墩在湖水或河水水面附近的部分，會遭受凍融循環(huán)破壞，發(fā)生表面剝蝕，當然電有流水的撞擊破壞。
砼橋遭受堿一骨料反應破壞，即堿硅反應 可在砼灌注許多年后發(fā)生。
對鋼筋腐蝕防護，主要采取以下措施：阻銹劑；陰極保護；防滲涂層；環(huán)氧涂層鋼筋；非金屬筋；采用低滲透性的高性能砼技術等。
對于防止砼碳化，主要采用防碳化涂層和采用高性能砼來實現(xiàn)。
對砼的防凍融循環(huán)破壞，最有效的是采用引氣砼技術，即通過在砼中拌和時加入引氣劑，產(chǎn)生適量的小氣泡來提高砼的抗凍標號。
對砼的堿一骨料反應破壞，主要通過以下途徑防治：不采用有堿活性的骨架；采用低堿活性的骨料時，摻加適量礦物摻合料，如粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等；加入化學外加劑。
5、結語
任何橋梁，在交付運營及在使用中，總會產(chǎn)生一定程度的破壞。如不及時處理，癇害會越來越嚴重．最終危及橋的安全 對橋梁病害必須及時維修處理，但更重要的是從設計、施工中去預防病害的發(fā)生，降低后期維修保養(yǎng)費用。
