既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因
2014-08-21
目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時期，作為公路重要組成部分的橋梁，必須隨著公路技術(shù)等級的提高，而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國既有橋梁中鋼筋混凝土橋梁占較大比重，其技術(shù)狀況較差，一方面由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外，在此之前特別是50年代后期和60時年代建造的橋梁，大多數(shù)長期承受超過設(shè)計荷載的車輛荷載；另一方面由于橋梁設(shè)計、施工、養(yǎng)護、管理、周圍環(huán)境等方面的問題，以及橋梁在使用過程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因，導(dǎo)致既有鋼筋混凝土橋梁承載能力不夠，技術(shù)狀況急劇下降，或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象，這造成危橋增加，對行車的影響越來越大，使橋梁成為公路交通運輸?shù)?ldquo;頸口”，嚴重影響整條線路的暢通，也成為交通事故多發(fā)地點。本文根據(jù)我校二十余座橋梁檢測情況以及相關(guān)文獻，總結(jié)了既有鋼筋混凝土橋梁常見病害，并分析了病害的發(fā)生原因，這對于確定既有鋼筋混凝土橋梁的技術(shù)狀況，以便采用相應(yīng)的加固、改善措施，確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。
關(guān)鍵詞：既有鋼筋混凝土橋梁 病害
1 前言
我國橋梁大部分是建國以后興建的，橋齡一般在40年左右。橋梁的結(jié)構(gòu)類型：在一般的中小橋中，主要為鋼筋混凝土梁、板橋和石拱橋，少數(shù)為雙曲拱橋，承載能力較高。在大中型橋梁中，數(shù)量較多的為石拱橋和鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋，雙曲拱橋也不少，鋼筋混凝土肋拱橋和鋼梁橋為數(shù)較少。
目前公路建設(shè)已逐步由修建新公路為主而轉(zhuǎn)入改善提高干線公路為主的發(fā)展時期，根據(jù)公路建設(shè)的要求，主要干線公路要達到專用公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或不低于一般公路和二級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般干線公路也要達到一般公路的三級標(biāo)準(zhǔn)。作為公路重要組成部分的橋梁，必須隨著公路技術(shù)等級的提高，而提高其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力。我國現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況較差，主要表現(xiàn)為：（1）橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低。我國目前61.6％的中小橋分布在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的公路上，這些橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)大多為汽-13、拖-60或汽-15、掛-80，還有相當(dāng)一部分橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)僅為汽-10、履帶-50，甚至低于汽-10級。除按交通部1972年和1982年公布的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建造的橋梁能基本滿足近期交通外，在此之前特別50年代后期和60時年代建造的橋梁，大多數(shù)長期承受超過設(shè)計荷載的車輛荷載，導(dǎo)致承載能力不夠，技術(shù)狀況急劇下降，或是出現(xiàn)老化、破損、裂縫等現(xiàn)象，這造成危橋增加，對行車的影響越來越大，使橋梁成為公路交通運輸?shù)?ldquo;頸口”，嚴重影響整條線路的暢通，也成為交通事故多發(fā)地點；（2）橋梁設(shè)計、施工、養(yǎng)護、管理、周圍環(huán)境等方面的問題，以及橋梁在使用過程中遭受的意外災(zāi)害如地震、洪水、意外撞擊等原因，服役橋梁在營運多年以后在承載能力和使用性能方面存在不同程度的退化現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2000年底，我國公路上共查出危橋5176座，達186632延米，完全拆除這些危橋進行重建，需投入重建經(jīng)費41億元左右，而一般情況下橋梁加固改造費用約為新建橋梁費用的10-30%。雙曲拱橋加固改造費用約為新建橋梁費用的20-40%，若以橋梁加固改造費用為新建橋梁費用的40%計算，對我國查出的5176座危橋來說，對他們進行加固改造利用可節(jié)省投資近25億元。由此可見，通過加固改造充分利用現(xiàn)有橋梁，將會節(jié)省大量的公路建設(shè)投資，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。
根據(jù)橋梁破損狀況和性質(zhì)，查明現(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁的病害程度和原因?qū)τ诖_定橋梁的技術(shù)狀況，以便采用相應(yīng)的加固、改善措施，確保既有橋梁的安全性和使用性具有重要意義。
2 既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因
常見鋼筋混凝土梁、板，雙曲拱橋在建造或運營一段時間后往往會伴有病害的發(fā)生，產(chǎn)生病害既有外界因素也有內(nèi)部因素。根據(jù)我校對湖南省常寧北門橋、長永高速路跨線等20余座舊橋檢測情況，結(jié)合其它文獻資料，現(xiàn)把既有鋼筋混凝土橋梁常見病害及其產(chǎn)生原因總結(jié)如下[1~7]。
2.1混凝土質(zhì)量問題
2.1.1 混凝土開裂
鋼筋混凝土橋梁開裂是一種較為普遍的現(xiàn)象。對既有橋梁進行檢測評估時，常需要對結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫進行分析。裂縫有很多種，不同類型的裂縫產(chǎn)生的原因不同，對結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的影響也不同。橋梁施工期主要會產(chǎn)生收縮裂縫、沉降裂縫、溫度作用產(chǎn)生的裂縫；使用期除了受力裂縫外，主要是隨時間發(fā)展的耐久性裂縫：縱向銹蝕裂縫、凍融循環(huán)作用引起的裂縫，堿骨料反應(yīng)引起的裂縫，鹽類及酸類侵蝕引起的裂縫。根據(jù)不同作用裂縫形態(tài)也有所不同，常見的有橫向裂縫（由于荷載、收縮以及溫度作用引起），剪切裂縫、斜裂縫（由于荷載作用或結(jié)構(gòu)錯位移動引起），X型交叉裂縫（由于地震作用）。因而，在進行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性分析時，必須根據(jù)裂縫形態(tài)、走向、寬度、深度分清裂縫產(chǎn)生原因。由于雙曲拱橋是拱肋、拱波、拱板組合受力，開裂情況較為嚴重，下面著重分析雙曲拱橋裂縫種類和產(chǎn)生原因。
雙曲拱橋是本身橫向、縱向整體性較差，再加上是少筋或無筋預(yù)制拱肋和拱波，以縱向開裂為主，其次有橫向變形或受力縫產(chǎn)生；拱肋混凝土剝落與露筋現(xiàn)象也不少。
?。?）拱肋與拱波結(jié)合面縫：是由于截面組合較薄弱造成。
?。?）拱肋徑向縫：主要是由于橋臺變位而產(chǎn)生，一般均出現(xiàn)在3L/8至5L/8。
?。?）波頂縱縫：主要由于主拱圈橫向聯(lián)系不夠，使活載橫向分布趨向不利或由于橫隔梁尺寸偏小，主共橫向整體性差。，導(dǎo)致在拱波受力薄弱處波頂開裂。
（4）拱腳截面拱背徑向縫：主要由于橋臺變位而產(chǎn)生。一般不設(shè)錨入臺座的拱背鋼筋的雙曲拱，裂縫集中在拱腳截面，對拱腳截面的彎矩起卸載作用，并無有害作用。但為了防止水滲漏與冰凍等的有害風(fēng)化影響，當(dāng)裂縫寬度>0.2mm時，宜加以封閉。
?。?）腹拱圈拱頂或拱頂附近出現(xiàn)沿橋橫向的裂縫。主要由于未設(shè)置伸縮縫或變形縫或伸縮縫或變形縫不能正常工作。
（6）拱上建筑裂縫：腹拱、立墻由于施工質(zhì)量導(dǎo)致的混凝土壓碎、剪斷或錯位等，必須進行整修、加固或局部改建。
2.1.2 混凝土表面缺陷
根據(jù)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。對于鋼筋混凝土橋上部結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，缺陷往往以表面裂縫、蜂窩（混凝土局部酥松，砂漿少，石子多，石子之間出現(xiàn)空隙，形成蜂窩狀孔洞的）、麻面（混凝土表面局部缺漿、粗糙，或有許多小凹坑，但無鋼筋外露現(xiàn)象）、空洞（混凝土內(nèi)部有空隙，局部沒有混凝土，或蜂窩特別大的現(xiàn)象，它常發(fā)生在鋼筋密集處或預(yù)留孔洞和預(yù)埋件處）、露筋、剝落（混凝土表面的砂、水泥漿脫落，粗骨料外露現(xiàn)象）、游離石灰（是由內(nèi)部滲出、附在混凝土構(gòu)件表面的附著物，通常為呈白色的石灰類附著物的總稱）、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。
對于公路混凝土橋梁，由于某一缺陷的日積月累的變化，加上環(huán)境的影響，有擴大的危險。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)。另外，在混凝土公路橋中，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，其它則多為促進缺陷發(fā)展的原因。
2.2 鋼筋銹蝕
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；一種是因為保護層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落，既先銹后裂。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)幾乎無保護層，在大氣環(huán)境作用下鋼筋銹蝕得相當(dāng)嚴重。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，此種病害對橋梁的危害也是不可忽視的。保護層太薄或露筋，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)，直到長期的大氣作用導(dǎo)致鋼筋嚴重銹蝕后才引起注意，再花費人力、物力進行維修養(yǎng)護。
2.3 橋面系損壞
瀝青混凝土橋面擁包、車轍，水泥混凝土橋面出現(xiàn)龜裂：拱橋的瀝青柔性橋面年久失修，加上拱腔柔性填料的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的擁包、車轍；對于梁橋的混凝土橋面因橋面連續(xù)處理不當(dāng)而導(dǎo)致?lián)p壞的居多；行車道、人行道界限極不明確，人行道面層破損嚴重；混凝土欄桿一方面因混凝土老化剝落，露筋嚴重，另一方面因橋窄，大部分被汽車撞掉，而又不能得到及時修復(fù)，掉人下橋的現(xiàn)象也不少；伸縮裝置因施工不當(dāng)或其產(chǎn)品本身的原因破壞后，得不到及時恢復(fù)，絕大多數(shù)均被用瀝青混凝土或其它路面材料填塞，使之失去主梁伸縮作用，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，欄桿起拱，無法保持其良好的使用性能，也影響其外觀形象。
2.4橋頭跳車
對運營數(shù)年后，鋼筋混凝土橋梁橋頭跳車是一種普遍的病害現(xiàn)象，從調(diào)查情況來看，臺后路面與橋臺路面高差普遍在2～3cm，個別橋甚至達到6～7cm。橋臺跳車一方面使行車不平穩(wěn)，增加汽車故障率；另一方面，對橋臺和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大沖擊力，誘發(fā)或加重橋梁病害；第三，影響伸縮縫和支座的損壞。
引起橋頭跳車的主要原因是橋臺后填土及路基與橋臺間的不均勻沉降。臺后施工一般采用回填土，當(dāng)回填土密實度達不到要求，或分層夯實厚度偏大，均會造成回填土沉降顯著加大，且這種沉降在較長時間內(nèi)才能達到穩(wěn)定。另外，橋臺一般采用樁基或落于持力層較好的天然地基上，其沉降量在施工完畢后已完成，這就導(dǎo)致二者在運營一段時間后產(chǎn)生沉降差。
2.5 橋臺變位
第一，設(shè)計或施工時基礎(chǔ)埋置深度不夠，或地基置于不良地基上，如軟土地基、淺層卵石上；第二，原設(shè)計跨徑普遍較小，極大地壓縮了河床過水?dāng)嗝?，?dǎo)致橋孔通水不暢，局部沖刷增大，加速了基礎(chǔ)沖刷，第三，位于彎道上的橋梁，由于河道改變及水流的長期作用，迎水面處橋面錐坡基礎(chǔ)更易被沖空。導(dǎo)致基礎(chǔ)變位、脫空，造成墩臺下沉、開裂，進而影響主體受力結(jié)構(gòu)。
2.6 橋頭接線，線形差，影響行車安全
一方面由于修建時為節(jié)省投資和減少拆遷工作，出現(xiàn)橋頭接線長度不夠，縱坡過大，以及平曲線半徑過小等不合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況；另一方面，由于我國經(jīng)濟發(fā)展較快，橋梁改建工作趕不上公路改建工作，造成寬路窄橋，嚴重影響橋梁的通過能力，又增加了行車的危險。
3 結(jié)語
從以上病害可見，我國既有鋼筋混凝土橋梁產(chǎn)生病害原因從大的方面來看，主要有4方面的原因：第一，由于經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，原有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，導(dǎo)致現(xiàn)有橋梁超載嚴重；第二，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，加上日常維修養(yǎng)護未到位，汛期一到，橋孔泄洪能力差，造成橋毀人亡；第三，施工質(zhì)量問題。如施工時偷工減料造成混凝土不密實、有孔洞，質(zhì)量差；第四，養(yǎng)護管理跟不上。由于橋梁缺乏經(jīng)常性的維修養(yǎng)護，發(fā)生的問題不能及時解決，造成“小病不治釀成大病”。
參考文獻：
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