混凝土板梁橋典型病害損傷機理及養(yǎng)護措施

張志鋒

（河北高速公路集團有限公司宣大分公司，河北 張家口 075000）

0 引言

在我國公路交通建設日益發(fā)展的過程中，修建了大量橋梁，其中以混凝土橋梁為主?；炷翗嫾鳛橐环N消耗型構件，在使用時由于受到各方面因素的作用及影響，難免產(chǎn)生一些病害，嚴重時還會帶來不同程度的損傷。因此，分析混凝土橋梁的典型病害及其產(chǎn)生原因和損傷機理，并提出有效的養(yǎng)護措施是十分必要的。

1 混凝土橋梁病害及其產(chǎn)生原因

混凝土梁板橋的常見病害有以下幾種：裂縫、主梁下?lián)匣蛏蠐?、單板受力、鋼筋銹蝕與表面缺陷。這些病害都會影響橋梁的運行和安全性。為防止上述病害的發(fā)生，需要明確其產(chǎn)生原因和損傷機理。

1.1 鉸縫病害及其產(chǎn)生原因

鉸縫在空心板梁橋中屬于典型的薄弱環(huán)節(jié)，如果產(chǎn)生早期病害，會使其性能大幅下降，進而對結構橫向傳力造成很大的影響，出現(xiàn)單板受力等問題，縮短結構使用壽命。有很多學者對這一病害開展了分析研究，初步認為鉸縫破壞原因是受到反復荷載，導致疲勞破壞或鉸縫結構尺寸不足，使板之間的橫向力較小或受到自然災害等。設計方面的原因為鉸縫形式的選擇不合理或沒有充分考慮材料自身特性；施工方面的原因為鉸縫和空心板之間結合面未經(jīng)過有效處理；運營方面的原因為超限車與重載車多次作用，使鉸縫的損壞速度加快[1]。

1.2 支座病害及其產(chǎn)生原因

支座的主要作用是承擔和傳遞橋梁上部結構體系支承反力，并能在各方面因素綜合作用下實現(xiàn)自由變形。如果支座產(chǎn)生破損，將導致支座和梁體之間的接觸無法達到緊密，由此造成脫空，使上部結構體系的約束產(chǎn)生明顯變化，最終對梁體造成一定程度的損傷。目前，幾種常用的支座主要病害為：簡易支座主要病害包括老化、破損和失效；板式橡膠支座主要病害包括老化、臟污、破裂、外鼓與變形；盆式橡膠支座主要病害包括銹蝕、螺栓斷裂、脫焊與破損；聚四氟乙烯板式支座主要病害包括老化、臟污與破損；輥軸支座主要病害包括大位移爬動及傾斜；擺柱式支座主要病害包括混凝土剝落與露筋、螺母松動、墊板上翹、扭曲及斷裂[2]。

1.3 底板裂縫及其產(chǎn)生原因

超載狀態(tài)下，底板橫向分布的拉應力變大會使底板產(chǎn)生縱向裂縫，同時底板的縱向要比橫向先產(chǎn)生裂縫。導致梁底產(chǎn)生橫縱方向裂縫的主要原因為底板厚度不足，對預應力筋與底板施工質(zhì)量未能予以嚴格控制。底板的設計厚度不足及單板受力是導致底板出現(xiàn)裂縫的關鍵因素。此外，對預應力筋進行張拉時如果張拉應力過大也會使橫向拉應力超標，進而引起開裂。底板產(chǎn)生縱向裂縫的成因為在壓應力作用下出現(xiàn)縱向壓縮，并由于泊松效應使橫向也產(chǎn)生一定拉應力，最終導致裂縫[3]。

1.4 腹板裂縫及其產(chǎn)生原因

空心板梁橋腹板出現(xiàn)沿豎向分布的裂縫是因為板梁底部的實際配筋過大，使裂縫在腹板到受壓區(qū)之間消失，但裂縫中間往往較粗，使混凝土發(fā)生收縮引起裂縫寬度增大。使梁端腹板產(chǎn)生斜向裂縫的原因為梁端的抗剪能力未能達到要求。頂板和底板兩側與腹板之間的相交部位存在剪切特性，導致交界部位產(chǎn)生裂縫的原因為抗剪能力較低。此外，對于跨徑相對較大的裝配式空心板梁，其腹板產(chǎn)生裂縫的原因為采用先張法進行施工時對預應力進行放張操作不合理，如速度過快等。同時，如果板端范圍內(nèi)的橫向鋼筋配置數(shù)量不足，或蒸汽養(yǎng)護過程中溫度降低速度太快，都會造成裂縫[4]。

1.5 鋼筋或鋼絞線病害及其產(chǎn)生原因

相關學者借助有限元分析方法，結合工程實際情況，得出混凝土未能達到密實狀態(tài)與保護層厚度不足是使鋼筋產(chǎn)生銹蝕的關鍵因素。此外，如果混凝土構件長時間處在潮濕或存在侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境當中，則產(chǎn)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象的概率是其他構件的很多倍；如果橋梁的混凝土構件已經(jīng)產(chǎn)生裂縫或剝落等病害，則會使鋼筋銹蝕速度明顯加快。

2 養(yǎng)護策略

2.1 預防性養(yǎng)護

預防性養(yǎng)護主要是指在橋梁預設壽命周期內(nèi)，為使橋況始終良好，并延長橋梁的使用壽命而采取的一系列措施。同時，在養(yǎng)護工作中，需要在不增設公路系統(tǒng)及其附屬設施的條件下，實現(xiàn)延緩退化、保持或改進系統(tǒng)功能性狀況的目標。

2.2 養(yǎng)護時機選擇

（1）根據(jù)橋梁技術狀況和時間之間的關系，以橋梁退化模型為依據(jù)對橋梁技術狀況不斷退化過程中遵循的規(guī)律進行預測，并在退化到三類橋之前立即開展預防性養(yǎng)護工作。

（2）將橋梁養(yǎng)護費用作為核心，創(chuàng)建相應的數(shù)學模型，然后通過對矯正性養(yǎng)護與預防性養(yǎng)護之間費用的對比，確定使養(yǎng)護費用達到最少時的養(yǎng)護周期，最終將其作為最佳養(yǎng)護時機。

2.3 板梁裂縫處理

對空心板梁產(chǎn)生的裂縫和下?lián)系目刂婆c修復，很多學者也進行了相應的分析研究。例如，從設計角度采取以下方法對底板裂縫進行有效控制：

（1）適當增加底板的厚度；

（2）在梁端交界部位設置橫向肋板；

（3）在底板上補充必要的上下鋼筋；

（4）適當增加底板中縱向鋼筋的直徑。在板梁混凝土施工中嚴格控制水泥用量，并在混凝土達到初凝狀態(tài)后立即進行養(yǎng)護，通過灑水等措施有效降低箱內(nèi)混凝土溫度，也能起到預防底板產(chǎn)生早期裂縫的作用。

對于裂縫情況比較嚴重的梁板，相關學者還對其加固措施進行了研究。例如，當裂縫寬度超過0.2mm時（包括0.2mm），可采用注漿壓漿的方法來修復，當裂縫寬度小于0.15mm時，可采用表面處治的方法來修復。在裂縫走向上粘貼雙向纖維布可實現(xiàn)對裂縫的全覆蓋，也可以先結合裂縫的實際寬度通過封閉或灌注來處理，并在橫向通過粘貼鋼跳板起到阻止裂縫發(fā)展的作用。對于截面承載力未能達到要求而產(chǎn)生的裂縫，考慮其屬于結構性裂縫，因此建議先對裂縫實施封閉處理，然后再通過粘貼鋼板來實現(xiàn)有效加固。

除了以上常規(guī)的加固方法外，還可通過體外預應力法對空心板梁進行加固處理。實踐表明，采用該方法進行加固處理后，橋梁實際承載能力將得到很大程度的提升，且結構性能也得到了很好的改善，值得大范圍推廣應用。

2.4 鉸縫的預防性養(yǎng)護

對鉸縫這一薄弱部位，一部分學者以提高鉸縫初始性能為切入點進行了分析和研究，同時也取得了良好成效，能提高鉸縫初始性能的方法有：①在鉸縫的頂部填入瀝青膠泥；②在鉸縫的下半部分填入環(huán)氧樹脂；③在鉸縫的上半部分填入環(huán)氧混凝土；④更換RPC鉸縫；⑤在鉸縫的混凝土中適量摻加粉煤灰；⑥在鉸縫的混凝土中適量摻加鋼纖維。還有一些學者認為引入新結構也能增強鉸縫自身橫向傳力能力，如帶伸縮鋼筋的鉸縫或在鉸縫中設置縱向鋼筋，以此增強鉸縫和空心板之間接觸位置的抗彎及抗剪能力。對于當前應用范圍比較廣闊的深鉸縫，若能適當增加其寬度，并在鉸縫中進行縱向鋼筋與箍筋的設置，則能為混凝土的振搗提供便利，進而保證工程的施工質(zhì)量，徹底解決以往鉸縫容易開裂與失效的問題。對已經(jīng)損傷的鉸縫，目前比較常用的加固方法包括以下幾種：①在橋面設置補強層；②采用植筋法進行加固；③通過粘貼鋼板進行加固；④采用體外預應力法進行加固。此外，還根據(jù)工程的實際情況，提出了操作更為簡單的加固方法，例如對漏水析白的鉸縫，可以在鉸縫的分布方向上鑿除鋪裝層，然后鋪設鋼筋網(wǎng)，最后用具有微膨脹特性的混凝土進行澆筑，以此形成一個全新的鋪裝層結構，實現(xiàn)對鉸縫的有效加固。

3 結語

綜上所述，混凝土板梁橋作為當前應用較多的橋型，因受到不同方面因素的影響可能產(chǎn)生一些病害，由于這些病害勢必會對橋梁的正常運營造成影響，所以需要在掌握其產(chǎn)生原因和損壞機理的基礎上，及時采取有效的養(yǎng)護措施進行養(yǎng)護，同時還要針對已經(jīng)產(chǎn)生的病害采取措施及時修復，以此確保橋梁始終處于良好的運營狀態(tài)。