鋼筋混凝土橋梁病害的檢查、常見病因及預(yù)防
2015-04-17
一、橋梁檢查的目的和意義
1.檢定現(xiàn)有橋梁的實(shí)際承載能力，為橋梁的使用及維修加固提供必要的依據(jù)
近年來隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，特大型工業(yè)設(shè)備運(yùn)輸、集裝箱運(yùn)輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運(yùn)行，都給現(xiàn)有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的荷載等級設(shè)計(jì)建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現(xiàn)，更是造成這些橋梁雪上加霜?，F(xiàn)有道路上的橋梁由于營運(yùn)使用多年，主要部位出現(xiàn)缺陷，如裂縫、錯(cuò)位、沉降等，通過對現(xiàn)有橋梁進(jìn)行檢查，了解其各部位損壞的程度，核定其承載能力，為橋梁的維修加固提供必要的依據(jù)。
另外，當(dāng)橋梁遭受特大災(zāi)害時(shí)，如因地震、洪水等而受到嚴(yán)重?fù)p壞或在建造、使用過程中發(fā)生嚴(yán)重缺陷（如質(zhì)量事故、過度的變形和嚴(yán)重裂縫以及意外的撞擊受損斷裂等），均須通過對其檢查，核定其承載能力。為橋梁的管養(yǎng)提供可靠依據(jù)。
2.建立和積累必要的技術(shù)資料，建立橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)庫。
現(xiàn)有橋梁大多資料不全，尤其是年代久遠(yuǎn)的橋梁，更是缺乏資料，需要通過檢查，重新建立和積累技術(shù)資料，系統(tǒng)地收集這些橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)，建立橋梁數(shù)據(jù)庫，為加強(qiáng)科學(xué)管理和提高橋梁管養(yǎng)技術(shù)水平提供必要條件，并能指導(dǎo)今后的橋梁養(yǎng)護(hù)、加固、與維修工作。
3.檢驗(yàn)橋梁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，確定工程的可靠度，推動(dòng)和發(fā)展舊橋評定及新結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論 。
通過對現(xiàn)有橋梁的檢查，對于一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后，可評定其設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量，確定工程的可靠度；對采用新型結(jié)構(gòu)的橋梁，可驗(yàn)證理論的實(shí)踐性和可靠性，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及結(jié)構(gòu)形式加以改進(jìn)，使其更臻完善；對經(jīng)過維修加固的橋梁，可檢驗(yàn)維修加固質(zhì)量，并驗(yàn)證加固方案的合理性與可靠性。
通過檢查，還可了解橋梁實(shí)際受力狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)的安全承載能力和使用條件。
二、橋梁現(xiàn)場病害的檢查
橋梁結(jié)構(gòu)的使用效能及耐用年限，主要由設(shè)計(jì)、施工和所用材料質(zhì)量而定。由于設(shè)計(jì)、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷使橋梁結(jié)構(gòu)在先天上存在著某些薄弱點(diǎn)。另外，橋梁在營運(yùn)使用中又會(huì)受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影響往往疊加在一起，再遇上荷載和外力的臨界組合，很容易使橋梁發(fā)生不可預(yù)見的損壞。一處或某幾處局部的損壞又可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，波及到更多的位置，發(fā)展成更大的損壞，乃至危及橋梁的安全。所以，橋梁檢查就是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期病害，在尚未出現(xiàn)更大損傷之前就能采取維修養(yǎng)護(hù)措施，以控制病害發(fā)展或把病害清除，從而確保橋梁的正常使用。
要及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的病害，就必須對橋梁進(jìn)行檢查。橋梁結(jié)構(gòu)的檢查，是保證橋梁正常使用、進(jìn)行維修加固的重要依據(jù)。沒有正規(guī)的檢查就不可能有合理的維修。病害發(fā)現(xiàn)得越早，維修工作量就越小；發(fā)現(xiàn)得越晚，維修工作量就越大。檢查不及時(shí)或不充分就有可能使橋梁病害得不到發(fā)現(xiàn)而潛藏著隱患。因此，檢查橋梁結(jié)構(gòu)的目的在于隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況和安全狀態(tài)，總結(jié)設(shè)計(jì)、施工、使用和維修的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
三、橋梁常見的缺陷和病害
鋼筋混凝土橋梁在修建或運(yùn)營一段時(shí)間后往往會(huì)伴有病害的發(fā)生，如橋頭跳車、混凝土開裂、鋼筋誘蝕等，對混凝土橋梁產(chǎn)生不同程度的損傷，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，降低其使用性能及使用壽命。下面介紹對這些橋梁病害的分析及病害的處理及預(yù)防措施。
1.上部構(gòu)造的缺陷和病害
主梁或主拱圈受拉部位開裂、破損、承載力下降；橋面鋪裝有裂縫、沉陷、龜裂；橋頭跳車；防水層排水功能不完善；水滲漏病害引起鋼筋銹蝕、混凝土剝離；支座位置不正確或損壞引起傾斜、錯(cuò)臺(tái)及位移等。
注意：裂縫是橋梁最常見的缺陷和主要病害，而橋梁的病害往往也是從裂縫形成而開始的。因此，我們應(yīng)對橋梁裂縫病害引起高度重視。
2.下部墩臺(tái)及基礎(chǔ)的病害
基礎(chǔ)的缺陷和病害主要表現(xiàn)為：承載力不足而使基礎(chǔ)不均勻沉陷；基礎(chǔ)的滑移和傾斜，以及基底局部沖空；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的異常應(yīng)力和開裂。
橋墩、橋臺(tái)缺陷和病害主要表現(xiàn)為：水平、豎向和網(wǎng)狀裂縫；混凝土脫落、空洞、材料老化；受外力沖擊產(chǎn)生破壞；鋼筋外漏和銹蝕；結(jié)構(gòu)變形、位移等。
3.公路橋梁病害及成因分析
?。?）設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，承載能力不足。橋梁的承載能力是根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的荷載等級來確定的，早期建造的橋梁，特別是二十世紀(jì)六、七十年代建造的橋梁，設(shè)計(jì)荷載大多偏低。隨著交通量的增加和荷載等級的提高，原有橋梁已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今交通的需要，有些橋梁已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重病害。
?。?）通行能力不足。這主要表現(xiàn)在橋面寬度不足；橋梁平面線形、縱斷面線形標(biāo)準(zhǔn)太低；橋上通車凈空或橋下通車凈空不足。
?。?）人為及自然因素引起結(jié)構(gòu)的損壞。比如超出設(shè)計(jì)最高水位的洪水、泥石流、浮冰、冰凍、地震、強(qiáng)風(fēng)、船舶撞擊等作用，河道不恰當(dāng)開挖，橋梁基礎(chǔ)下存在巖溶、礦山坑道等，引起橋梁結(jié)構(gòu)的局部損壞。
?。?）自然老化。早期公路橋梁的設(shè)計(jì)齡期為50年，隨著時(shí)間的推移，已建橋梁會(huì)不斷損壞和老化，其承載力、剛度、延性和穩(wěn)定性不斷下降，這是一個(gè)不可改變的客觀規(guī)律。 轉(zhuǎn)（5）超期服役。這部分橋梁并不是太多，但主要是建造時(shí)期較早，比如五、六十年代建造的橋梁，設(shè)計(jì)使用壽命只有30年-50年，這些橋梁目前仍有部分在使用當(dāng)中。
?。?）超負(fù)荷使用。隨著我國改革開放的深入，交通運(yùn)輸業(yè)競爭在不斷加劇。按路線等級或者預(yù)期設(shè)計(jì)荷載等級來說，這一部分設(shè)計(jì)荷載等級并不低，但由于一些特殊的原因，橋梁使用荷載大大超出設(shè)計(jì)荷載，致使橋梁長期處于超重荷載作用下運(yùn)營，加速了橋梁的損壞。
?。?）設(shè)計(jì)、施工的先天不足。有些橋梁設(shè)計(jì)上不是很合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理不合理，橋梁在早期運(yùn)營時(shí)其缺陷并不
明顯，運(yùn)營一定時(shí)間后，病害逐漸顯現(xiàn)出來。有些橋梁由于受施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工手段等的限制和影響，存在一定的技術(shù)缺陷，隨著運(yùn)營時(shí)間的增加，其病害也逐漸顯露、發(fā)展。
?。?）養(yǎng)護(hù)維修及加固措施不當(dāng)。有些橋梁的技術(shù)缺陷則是由于養(yǎng)護(hù)維修不恰當(dāng)引起的。比如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁本身自重過大，承載力相對提高較小或未提高；橋面排水處理不當(dāng)，橋面滲水；又如支座維修不當(dāng)，改變了整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)等。有些橋梁則是加固不當(dāng)引起的。比如加固施加的預(yù)應(yīng)力大小或者位置不恰當(dāng)，引起結(jié)構(gòu)的二次病害；又如結(jié)構(gòu)體系改變不合理，致使結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位應(yīng)力超限等。
四、對病害的處理及預(yù)防措施
橋梁裂縫常用的處理方法主要有裂紋注漿、表面涂裝、保護(hù)層修補(bǔ)、充填法等，并主要采用自行研制的各種修補(bǔ)材料。在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對存在裂紋、出現(xiàn)堿骨料反應(yīng)、碳化深度過大及受鹽害腐蝕的大量混凝土橋梁進(jìn)行維修。從修補(bǔ)效果來看，結(jié)構(gòu)物的劣化速度得到了相對控制，基本起到了提高結(jié)構(gòu)耐久性的目的。
1.橋梁裂縫加固和修補(bǔ)方法。
橋梁裂縫處理與加固應(yīng)結(jié)合進(jìn)行。加固的目的一方面是為了恢復(fù)或提高梁體的承載能力(縱向加固），提高橋梁的橫向剛度(橫向加固），另外是為了減小裂縫的產(chǎn)生和進(jìn)一步的發(fā)展。常用的橋梁縱向加固方法：上部結(jié)構(gòu)加固時(shí)可采用橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、增大截面和配筋法、粘貼鋼板法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、體外預(yù)應(yīng)力法等，下部結(jié)構(gòu)加固時(shí)可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、增補(bǔ)樁基加固法、混凝土套箍法、墩臺(tái)拓寬法和橋臺(tái)新建擋土墻加固法；橋梁橫向加固方法有：增設(shè)預(yù)應(yīng)力橫隔板、提高橋梁的橫向剛度。
新材料新工藝的采用：在改善混凝土的使用性能和耐久性方面，有各種混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)，以聚丙烯纖維為代表的高性能纖維混凝土的應(yīng)用，堿一骨料反應(yīng)抑制劑以及滲透型鋼筋阻銹劑的推廣使用等。自從20世紀(jì)90年代后期以來，我國引進(jìn)國外修補(bǔ)裂縫的先進(jìn)材料和技術(shù)，就是碳纖維加固。這種材料與方法的突出優(yōu)點(diǎn)是：對橋的自重影響不大，達(dá)到加固的補(bǔ)強(qiáng)效果，使用壽命長；國內(nèi)已有多家生產(chǎn)廠家，但其造價(jià)較高。
2.注重橋梁裂縫病害的處理效果。
橋梁裂縫病害的處理效果主要取決于修補(bǔ)材料的質(zhì)量與相應(yīng)的施工工藝水平，早期橋梁裂縫修補(bǔ)，對不同部位，采用不同的材料和施工方法，橋柱和橋的縱、橫梁的裂縫修補(bǔ)材料，普通采用鋼板加固方法；而橋面則采用瀝青澆灌方法。前者使用的材料與方法的缺點(diǎn)是：增加橋梁的荷載，施工難度大，優(yōu)點(diǎn)是牢固可靠；后者的材料和方法的缺點(diǎn)是：瀝青容易老化，修補(bǔ)不久又產(chǎn)生裂縫，只堵漏，不補(bǔ)強(qiáng)；優(yōu)點(diǎn)是施工方便快捷?；炷亮芽p引起水分滲入是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的通道。鋼筋銹蝕損壞的修復(fù)傳統(tǒng)采取“打補(bǔ)丁”的辦法，即局部鑿除松動(dòng)的混凝土，露出銹蝕鋼筋，除銹后抹上水泥砂漿。實(shí)踐中多次發(fā)現(xiàn)效果不佳，同時(shí)還給補(bǔ)丁四周的鋼筋帶來更嚴(yán)重的銹蝕問題。近年來，國外開發(fā)了一種新的修復(fù)技術(shù)：在結(jié)構(gòu)表面涂上一層遷移型有機(jī)阻銹劑，它可以通過混凝土遷移到鋼筋表面，使鋼筋再鈍化。
五、結(jié)束語
任何一座橋梁，從交付運(yùn)營時(shí)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(jì)、施工中去預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費(fèi)用。
