九江長江大橋公路橋正橋病害現(xiàn)狀及原因分析
2017-09-18
1工程概況
九江長江大橋位于江西、湖北、安徽三省交界,座落在江西省九江市和湖北省黃梅小池口的長江上,是兩千多公里的京九鐵路大干線上跨越長江的一座現(xiàn)代化的特大公鐵兩用橋梁。大橋全長13941m,其中鐵路橋全長7675m,公路橋全長4460m,正橋鋼梁1806m,上層為公路,下層為鐵路,鐵路為雙線,公路設(shè)雙向四車道和兩側(cè)人行道。九江長江大橋1973年12月26日正式動工修建,1992年5月全橋鋼梁合攏, 1992年底公路橋工程完成, 1993年1月公路橋建成通車,1994年鋪通雙股無縫線路, 同年10月1日開通鐵路,通過工程列車,1996年9月1日正式開通運(yùn)營。
大橋正橋總體布置見圖1所示,橫斷面布置如圖2所示。
九江長江大橋自建成通車以來已有十多年歷史,在此段時間內(nèi),我國的公路和鐵路交通運(yùn)輸業(yè)得到了空前的發(fā)展,運(yùn)輸量成幾何級數(shù)增加,大橋?yàn)榇俗龀隽撕艽蟮呢暙I(xiàn)。但與此同時,大橋也承受了超負(fù)荷的作用,遭受了自然的侵蝕、車輛對橋面結(jié)構(gòu)的撞擊、船舶對橋墩的撞擊,發(fā)生了橋枕失效、公路橫梁加勁肋下腹板產(chǎn)生裂紋、正橋公路橋橋面破損、混凝土行車道板與縱梁脫空、混凝土行車道板底面崩裂破損、公路橋伸縮縫損壞、部分吊桿TMD減振器失效等多種病害,有的病害還相當(dāng)嚴(yán)重,在全橋各處普遍都有發(fā)生。
2 病害現(xiàn)狀
2007年,相關(guān)部門對九江長江大橋公路橋進(jìn)行全面檢測和評估,認(rèn)為大橋整體結(jié)構(gòu)目前狀態(tài)良好,但因超載車輛的作用,部分行車道板、橋面鋪裝、伸縮縫等構(gòu)件損傷較為嚴(yán)重,急需進(jìn)行維修加固。大橋公路正橋病害主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
2.1鋼橫梁
公路正橋鋼橫梁的主要病害為在公路鋼縱梁支承處加勁板下端位置的腹板出現(xiàn)了一些裂縫,裂縫區(qū)域如圖3所示,全橋共發(fā)現(xiàn)該種橫梁加勁板下端腹板裂縫的病害151處。
根據(jù)檢測報告對全橋主桁內(nèi)鋼橫梁出現(xiàn)腹板裂縫的病害進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):小型伸縮縫位置處的鋼橫梁出現(xiàn)病害占絕大多數(shù),全橋共有48片橫梁出現(xiàn)腹板裂縫,其中44片橫梁位于小型伸縮縫位置;全橋共有151處加勁板區(qū)域的橫梁腹板出現(xiàn)裂縫,其中146處位于小型伸縮縫位置處的鋼橫梁。
2.2行車道板與縱梁間墊層
公路正橋混凝土行車道板與公路縱梁之間有一混凝土墊層,公路正橋混凝土行車道板擱置在該墊層之上,并通過預(yù)埋在混凝土行車道板中的螺栓,將混凝土行車道板與公路縱梁連在一起。
混凝土行車道板與公路縱梁之間的墊層為素混凝土結(jié)構(gòu),該墊層的寬度與公路縱梁上翼板一致,設(shè)計厚度分2.3cm、3.9cm和4.0cm三種?；炷列熊嚨腊迮c公路縱梁支承部位病害表現(xiàn)為:混凝土墊層松動、破碎、脫落,繼而導(dǎo)致混凝土行車道板與公路縱梁之間的連接螺栓松動、局部脫空,行車道板局部橫向開裂。普查時發(fā)現(xiàn)車輛駛過局部脫空處時,行車道板局部下?lián)?、跳動?
就病害程度而言,絕大部分墊層病害都是處于“一般”程度,即是局部墊層開裂、松動和破裂,“一般”病害占所有墊層病害的85%。另外,行車道板支承墊層病害主要出現(xiàn)在主桁內(nèi)側(cè)的鋼縱梁處。
2.3行車道板及濕接縫
公路正橋行車道板在縱梁支撐處(單向板負(fù)彎矩處)普遍存在滲水(下雨時)現(xiàn)象,在三大拱的第7、8、9孔和連續(xù)梁的第10、11孔的2#、3#和4#縱梁支撐處較為嚴(yán)重。因行車道板支撐處滲水,導(dǎo)致公路鋼縱梁上翼板頂面嚴(yán)重銹蝕,頂面露出部分已完全看不到油漆涂裝的痕跡,有的部位顯露出縱梁上翼板頂面鋼板層狀銹蝕,上翼板側(cè)面有層狀剝落,縱梁下翼板有明顯的因行車道板頂面開裂滲水流下的銹跡和污跡,下翼板和腹板的油漆涂裝受到嚴(yán)重?fù)p害。車道板支承處滲水病害主要出現(xiàn)在主桁內(nèi)側(cè)的鋼縱梁處
行車道板下表面存在混凝土崩裂、剝落,剝落處橫向受力鋼筋裸露,有的橫向受力鋼筋存在明顯彎折和變形。另外,正橋各孔行車道板底部混凝土保護(hù)層普遍偏薄,在一些行車道板底面位置,出現(xiàn)露筋和鋼筋銹蝕。行車道板底表面存在橫橋向裂縫。橫向裂縫一般都位于行車道板梗腋處或靠近梗腋處,裂縫寬度都較細(xì),一般在0.2mm以下。行車道板底面都有大量的網(wǎng)狀裂縫,這些網(wǎng)狀裂縫在性質(zhì)上屬于收縮裂縫,網(wǎng)狀裂縫分布和長短較為隨機(jī),在行車道板底面各處都有發(fā)生,網(wǎng)狀裂縫的寬度一般都在0.2mm以下。檢測發(fā)現(xiàn):混凝土剝落、露筋、裂縫等病害基本分布在1#和5#公路縱梁兩側(cè)的行車道板下表面。
同時,行車道板縱向濕接縫和橫向濕接縫普遍存在空洞、坑洼、錯臺、開裂、露筋等病害,以及有滲水流過遺留的銹跡,部分濕接縫部位還存在鋼筋外露、彎折變形等。在載重車駛過時,縱向濕接縫開裂處下?lián)狭枯^大,有較明顯的折角現(xiàn)象和外露鋼筋塑性彎折變形現(xiàn)象。
2.4橋面鋪裝及泄水系統(tǒng)
公路正橋橋面橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為:三大拱外側(cè)為4cm中粒式瀝青混凝土+3cm細(xì)粒式瀝青混凝土;其余均為5cm粗粒式瀝青混凝土+4cm中粒式瀝青混凝土+3cm細(xì)粒式瀝青混凝土,如圖4所示。
橋面鋪裝層的病害表現(xiàn)為:高低差、變形、磨損、破裂和裂縫。正橋各孔都有大面積龜裂、縱橫向裂縫、車轍、橋面下陷以及防水層漏水等病害。泄水系統(tǒng)主要病害為泄水孔局部堵塞和泄水管銹蝕,橋面積水現(xiàn)象嚴(yán)重。
2.5伸縮縫
公路正橋伸縮縫分為兩種,其一為各聯(lián)之間的梳形鑄鋼伸縮縫,一共有5條。其二為各橋孔中的公路橋面系之間的RG-80型鋼伸縮縫,一共有49條(其中正橋47條,正橋與引橋連接區(qū)域的梳型伸縮縫外側(cè)各1條)。
各種伸縮縫裝置一般具有的缺陷往往表現(xiàn)在伸縮縫本身的破壞損傷、錨固件損壞、橡膠件剝離及損壞、接頭周圍部位后鋪筑料的剝落、凹凸不平等。
2.6人行道等附屬設(shè)施
公路正橋其它病害主要包括人行道、交通信號、標(biāo)志、標(biāo)線、照明設(shè)施等。人行道構(gòu)件包括人行道板、欄桿、欄桿基座、護(hù)欄等,其中人行道板和欄桿基座為混凝土結(jié)構(gòu),欄桿和護(hù)欄為鋼結(jié)構(gòu),公路正橋人行道構(gòu)件的狀況直接與行人的安全和適用性相關(guān)。檢查發(fā)現(xiàn),沒有構(gòu)件發(fā)生斷裂和缺件,整體結(jié)構(gòu)保存完好,能夠發(fā)揮正常的功能,鋼結(jié)構(gòu)表面油漆和混凝土保護(hù)層狀態(tài)良好,沒有因質(zhì)量和風(fēng)化而剝落的現(xiàn)象。公路正橋人行道構(gòu)件的主要病害為個別地方有破損或露筋的現(xiàn)象,一些配電設(shè)施安全性較差。
2.7病害綜述
九江長江大橋公路橋的主要病害為:
(1)鋼橫梁在縱梁支承位置處加勁板下端的橫梁腹板局部區(qū)域有橫橋向裂縫。
(2)行車道板與公路縱梁間的水泥砂漿墊層破損。
(3)行車道板在縱梁位置的支承處存在滲水現(xiàn)象。
(4)行車道板下表面存在混凝土崩裂、破損、露筋、橫向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。
(5)行車道板的施工接縫存在錯臺、開裂、破損、露筋。
(6)部分行車道板有下?lián)犀F(xiàn)象。
(7)縱梁墊塊支座存在銹蝕,滑動支座喪失滑動能力。
(8)橋面鋪裝層存在破損、開裂、不平整、積水等。
(9)伸縮縫存在鋼構(gòu)件銹蝕、斷裂、破損,螺栓缺失,橡膠老化等。
3病害原因分析
3.1個別分析
(1)公路正橋橫梁加勁板下端的橫梁腹板裂縫
該病害主要分布在RG-80型伸縮縫處的橫梁,是由于車輛超重、伸縮縫處的跳車、支承偏載、應(yīng)力集中和鋼構(gòu)件疲勞等原因造成的。
(2)公路正橋行車道板與公路縱梁間的墊層
該病害在全橋分布比較廣泛,比較嚴(yán)重的主要集中于行車道位置處的縱梁,主要原因是車輛超重、路面不平整致使車輛沖擊力增大和墊層本身施工質(zhì)量等。
(3)公路正橋行車道板間的施工濕接縫
行車道板間的施工濕接縫主要存在混凝土塊破損、崩裂、露筋、滲水等病害,產(chǎn)生該類病害的主要原因是車輛超載、模板偏移和施工質(zhì)量欠缺等。
(4)公路正橋行車道板
行車道板在公路縱梁位置的支承處有滲水現(xiàn)象,主要集中于主桁內(nèi)側(cè)的縱梁位置;行車道板的下表面普遍存在網(wǎng)狀、橫向裂縫和局部混凝土崩裂、露筋等病害,該類病害在全橋分布比較廣泛,特別是縱橋向施工接縫兩側(cè)的區(qū)域。主要病害原因是施工接縫由于施工質(zhì)量致使行車道板的連接區(qū)較弱,導(dǎo)致行車道板在車輛荷載作用下的受力與設(shè)計不符,另外車輛超重、橋面滲水也是關(guān)鍵的因素。
(5)公路正橋公路縱梁支座
縱梁支座主要存在銹蝕,滑動支座喪失滑動能力。主要是由于橋面板滲水和缺少養(yǎng)護(hù)造成的。
(6)橋面鋪裝
公路正橋部分的橋面鋪裝普遍存在損傷,如開裂、不平整、積水等。主要原因是由于過橋車輛流量大、載重車過多及車輛超重等。
(7)伸縮縫
伸縮縫的病害比較嚴(yán)重,如鋼構(gòu)件銹蝕、斷裂、螺栓缺失、橡膠老化等。主要是由于車輛的超重引起。
3.2概括分析
(1)車輛超載
九江長江大橋公路橋原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽-20級,即一個車隊(duì)中只能有一輛車載重可達(dá)30T,其它均等于或小于20T,而當(dāng)前橋跨實(shí)際承受的公路活載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該標(biāo)準(zhǔn)。例如從大橋收費(fèi)管理中心的過橋車輛稱重數(shù)據(jù)看,24小時的過橋車輛中有60%的車輛超過30T,而且絕大部分車輛的重量都在20T～50T,每日都有重量超過80T的車輛通過。根據(jù)車輛超重對橋跨構(gòu)件(公路鋼橫梁、行車道板等)的影響分析,超載導(dǎo)致了公路鋼橫梁在加勁板下端橫梁腹板區(qū)域開裂、行車道板上緣拉應(yīng)力超限、墊層局部壓應(yīng)力過大等。
(2)疲勞效應(yīng)
主要是指公路橫梁的裂縫,由于端橫梁存在車輛偏載效應(yīng),端橫梁在設(shè)計汽車活載的偏載下并不會產(chǎn)生拉應(yīng)力,但在重型車輛作用下,會出現(xiàn)拉應(yīng)力超標(biāo),特別是端橫梁一直承受著因車輛產(chǎn)生的反復(fù)反向疲勞荷載作用使得橫梁局部區(qū)域腹板裂縫擴(kuò)展。
(3)新老規(guī)范的差異
該橋設(shè)計和建設(shè)開始時間較早,于1973年動工。老規(guī)范對于混凝土保護(hù)層的厚度規(guī)定偏低,導(dǎo)致了部分行車道板出現(xiàn)混凝土崩裂、露筋和銹蝕。
(4)施工質(zhì)量
此處的施工質(zhì)量主要是指行車道板間現(xiàn)場澆注的混凝土施工接縫問題。由于行車道板施工接縫是在現(xiàn)場立模澆注混凝土,限于當(dāng)時的模板和施工技術(shù),施工接縫普遍存在錯臺、開裂、滲水等,導(dǎo)致行車道板的整體連接性能下降和整體受力性能降低,甚至改變了行車道板的受力模式和內(nèi)力分布模式。
(5)病害的循環(huán)作用
由于上述幾個因素造成了公路橫梁腹板開裂、墊層破損、鋪裝層破損、行車道板損傷、伸縮縫損壞等,從而導(dǎo)致公路橋面的整體受力性能降低、局部開裂滲水,造成鋼筋和部分鋼構(gòu)件的銹蝕,這些反過來又影響到路面車輛的行駛,使得車輛的沖擊效應(yīng)增加,形成惡性循環(huán)。
特別說明的是,車輛超載、超限是公路正橋出現(xiàn)病害的最主要原因。一次特殊超重車輛即可引發(fā)公路橫梁腹板開裂、墊層壓碎、行車道板開裂,結(jié)構(gòu)一旦損傷即不可恢復(fù)。結(jié)構(gòu)開裂處會發(fā)生應(yīng)力重分布,導(dǎo)致局部應(yīng)力大和應(yīng)力集中,引發(fā)新的裂縫出現(xiàn),經(jīng)常性的超載又導(dǎo)致病害的不斷出現(xiàn)。
4總結(jié)
通過對九江長江大橋公路橋正橋檢測、病害統(tǒng)計及其原因分析,有助于全面掌握大橋運(yùn)營多年后的實(shí)際狀態(tài),可以對其安全性、適用性和耐久性進(jìn)行評估,并及時做出養(yǎng)護(hù)維修等決策,使大橋繼續(xù)安全可靠的發(fā)揮作用。
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