空心板梁橋病害成因分析及防治方法

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院　重慶　400074)

一、引言

國(guó)家公路交通是城市之間的紐帶，而橋梁是典型的公路交通之一。近年來(lái)，我國(guó)的橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速。板橋多用于中小型跨徑橋梁，分為裝配式板橋和整體式板橋。

板橋外形簡(jiǎn)單、受載分析簡(jiǎn)便。在目前基本橋型的梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋和組合橋中，考慮經(jīng)濟(jì)的主要因素，中小跨徑橋梁一般采用裝配式空心板橋，該橋型有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是由于工程師在設(shè)計(jì)荷載時(shí)對(duì)實(shí)際荷載的估計(jì)存在誤差，對(duì)于變荷載和超重荷載作用下的分析缺乏系統(tǒng)的理論知識(shí)，使得結(jié)構(gòu)在動(dòng)力性能、振動(dòng)特性、疲勞特性等方面的研究不足?？招陌鍢蛟谶\(yùn)營(yíng)幾年之后，就會(huì)發(fā)生鉸縫斷裂、橋面板單根板受力現(xiàn)象。鉸縫破壞以后，橋面板之間無(wú)法傳遞剪力，同時(shí)改變橋面荷載的橫向分布，使車(chē)輛在橋梁上通行時(shí)造成橋面板撓度過(guò)大甚至斷板現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋梁的安全通行。

二、病害成因分析

(一)橋面鋪裝問(wèn)題

橋面鋪裝一方面與主梁各板連接保護(hù)橋面板，另一面直接與車(chē)輪接觸傳遞荷載?？招陌鍢虻臉蛎驿佈b將車(chē)輛荷載傳遞并將其均勻分配作用于橋面板。在外部環(huán)境作用下整個(gè)橋面系的鋪裝可以很好地解決太陽(yáng)暴曬、雨水沖刷腐蝕等問(wèn)題，但是一旦橋面鋪裝出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)影響整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)體系受力，傳遞的荷載不能均勻分配導(dǎo)致受力集中也會(huì)影響行車(chē)的安全性。在小型橋梁結(jié)構(gòu)中橋面鋪裝產(chǎn)生縱向裂縫尤為普遍，橋面系出現(xiàn)縱向裂縫長(zhǎng)期發(fā)展會(huì)導(dǎo)致單板受力。空心板梁橋從設(shè)計(jì)到施工都應(yīng)完全按照規(guī)定執(zhí)行。設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略對(duì)鉸縫承受彎矩的分析，鋪裝層、鉸縫混凝土、鉸縫鋼筋是受力的整體，鉸縫不僅傳遞剪力還傳遞彎矩，但在設(shè)計(jì)中很容易被忽略?？招陌辶簶蚣却嬖谥鴥?yōu)點(diǎn)同時(shí)缺點(diǎn)也十分突出，建筑高度小就會(huì)導(dǎo)致抗扭剛度不能抵抗扭轉(zhuǎn)變形，當(dāng)橋面上有重大荷載通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，在常年的累積下鉸縫就會(huì)出現(xiàn)損壞。其次，施工過(guò)程中鋼筋網(wǎng)未按規(guī)定要求布設(shè),鋼筋網(wǎng)的受荷載能力就會(huì)受到限制，混凝土鋪裝層厚度不均勻都會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的開(kāi)展。

(二)橋面滲漏水

排水系統(tǒng)的不完善以及橋面防水層的破壞都會(huì)造成橋面的滲漏水，從而導(dǎo)致橋梁的耐久性降低。發(fā)生滲漏水的部位主要存在于墩臺(tái)、梁間鉸縫、梁底裂縫處等幾個(gè)方面。外界侵入的水會(huì)腐蝕鋼筋混凝土，對(duì)橋面構(gòu)件耐久性產(chǎn)生顯著影響。伸縮縫維護(hù)得當(dāng)可以止水，但如果伸縮縫中嵌入垃圾或其他等雜物就會(huì)被行駛的車(chē)輛碾壓造成橡膠止水帶刺破,出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。另外許多老橋會(huì)用一些瀝青填縫、橡膠填縫等，但并不能防止?jié)B漏水現(xiàn)象。施工中橋面鋪裝厚度的差異經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間暴露在外部環(huán)境影響下，地表降水會(huì)漸漸滲入到空心板梁橋梁板。如果采購(gòu)的防水材料不能滿足防水要求，橋面鋪裝會(huì)出現(xiàn)脫落等病害，嚴(yán)重造成梁板空腔積水。

(三)主要結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕

橋梁承受外部荷載的作用，空氣、水等都對(duì)橋梁病害有著不可調(diào)控的影響。鋼筋在外界空氣和水的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋼筋銹蝕儼然成為了混凝土空心板梁橋的常見(jiàn)病害。當(dāng)混凝土保護(hù)層較薄、澆筑不密實(shí)時(shí)橋面的滲漏水會(huì)導(dǎo)致箍筋腐蝕，從而產(chǎn)生順筋脹裂裂縫的現(xiàn)象。施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)督，在條件充足時(shí)混凝土振搗不密實(shí)、混凝土碳化及雨水侵蝕容易引起主鋼筋銹脹開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致主筋裸露銹蝕。鋼筋在銹蝕后,發(fā)生銹蝕的物體體積膨脹,保護(hù)層出現(xiàn)順筋裂縫,鋼筋的屈服強(qiáng)度降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也逐漸下降。在工人操作中易出現(xiàn)混凝土振搗密實(shí)度不足、鋼筋與混凝土發(fā)生剝落現(xiàn)象。

(四)板梁裂縫

混凝土空心板梁的裂縫主要可分為梁底順筋縱向裂縫和橫向裂縫。橫向裂縫不引起主鋼筋剝落或銹蝕、裂縫寬度在允許值則視為正?，F(xiàn)象?？招牧喊逶诹旱醉樈羁v向裂縫可分為以下幾種情況討論:第一種是來(lái)自梁端的縱向裂縫。應(yīng)力在釋放過(guò)程中過(guò)快形成或應(yīng)力的不均勻釋放引起的較大壓應(yīng)力使梁端混凝土順筋劈裂，甚至有在放張預(yù)應(yīng)力筋時(shí)將鋼筋直接切斷現(xiàn)象。第二種情況是發(fā)生在空心板梁中部的縱向裂縫。一般由于空心板梁鋼筋保護(hù)層厚度不夠，預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致橫向泊松效應(yīng)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力使混凝土開(kāi)裂。第三種裂縫多為鋼筋銹蝕膨脹導(dǎo)致順筋開(kāi)裂，兩側(cè)具有明顯的高差。

三、病害防治方法

針對(duì)空心板梁橋病害的防治方法,主要從兩種途徑考慮。首先是防，對(duì)于一切的病害都要做到防病于未然。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮自然界雨水的流向以及橋面積水排放的問(wèn)題，避免橋面上的積水滲入到橋梁的主要結(jié)構(gòu)內(nèi)；排水設(shè)施要及時(shí)將雨水通過(guò)預(yù)設(shè)的管道排出。鉸縫構(gòu)造設(shè)計(jì)不能僅考慮抗剪設(shè)計(jì),還應(yīng)考慮到其抵抗橫向彎矩的限制。鉸縫構(gòu)造的加強(qiáng)除了在混凝土鋪裝層上適當(dāng)?shù)脑黾踊炷梁穸?，還可以可在橋面鋪裝底部鋼筋網(wǎng)處增加配筋率,提高空心板梁橋的強(qiáng)度。其次是治理，施工階段是影響橋梁病害的關(guān)鍵過(guò)程，因此加強(qiáng)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制對(duì)提高施工質(zhì)量、完成施工指標(biāo)起著關(guān)鍵性作用。施工質(zhì)量不僅關(guān)系到橋梁壽命的長(zhǎng)短,還會(huì)影響整個(gè)橋梁體系的安全。養(yǎng)護(hù)是整個(gè)流程的最后一步，但也是至關(guān)重要的?？招陌辶簶蚓S修和養(yǎng)護(hù)檢測(cè)不合格將直接導(dǎo)致整個(gè)橋梁工程的病害，工程中人員的每一個(gè)監(jiān)測(cè)細(xì)節(jié)都尤為重要。養(yǎng)護(hù)不足或養(yǎng)護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)處理會(huì)造成橋梁病害的發(fā)生發(fā)展。在實(shí)際工程中，應(yīng)該防止一切因小病害得不到及時(shí)處理而發(fā)展成大面積病害的現(xiàn)象。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)混凝土空心板橋梁遇到的典型病害分析得出鉸縫的損傷不可避免，但是通過(guò)橋梁的監(jiān)測(cè)管理研究可以將損傷值控制在一定的范圍內(nèi)。這樣，就避免了因鉸縫損傷進(jìn)一步破壞橋梁結(jié)構(gòu)。鉸縫損傷的研究仍需要大量實(shí)驗(yàn)深入地研究絞縫結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性以及疲勞損傷評(píng)估，進(jìn)一步對(duì)橋梁鉸縫破壞的各種原因進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)值模擬建立模型病害分析，提出鉸縫優(yōu)化和改進(jìn)措施。橋梁病害可以通過(guò)設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)的每一個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)防范。在我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展中空心板梁橋所占有的比例越來(lái)越大，在城鄉(xiāng)建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮的作用也愈加重要。橋梁建設(shè)質(zhì)量的保障，是提高空心板梁橋使用壽命的前提，也是減少橋梁病害發(fā)生的保證。