农村公路中小桥梁病害分析与防治

余旺兵

(安徽省安庆市公路局岳西分局,安徽岳西 246600)

农村公路中小桥梁病害分析与防治

余旺兵

(安徽省安庆市公路局岳西分局,安徽岳西 246600)

对农村公路中小桥梁出现的病害,如“单板受力”、锈蚀、支座破坏、伸缩缝破坏、桥面铺装层裂缝以及河床冲刷等进行了归纳总结,并对病害形成的主要原因进行了详细分析并提出了相应的防治措施。最后,对桥梁管养提出了建议。

农村公路中小桥梁;病害;分析;防治

2008年对岳西县2条农村公路48座中小桥进行调查,其中存在各种病害的有31座,病害较严重构成危桥的6座。这些病害严重影响了桥梁的使用性能,如不及时修补和维护,还会造成主体结构的破坏,必将影响公路的正常运营。针对这些情况,有必要对病害做出正确的检查,掌握确切的病害情况,并制定出合理、科学、经济的防护维修方案。

1 病害种类及成因分析

1.1 单板受力

所谓单板受力,即重车通过桥梁时,受力单板(梁)与其它板(梁)的挠度差较大,使活载不能有效地横向分配,造成单板(梁)破坏。“单板受力”削弱了桥梁结构的整体作用,使承重构造处于极为不利的受力状态,降低了结构的耐久性,给行车安全带来严重隐患。对于中小跨径公路梁,由于施工及经济原因,梁板间多采用铰接形式,且设计通常按照简化的荷载横向分布理论进行计算。因此“单板受力”问题在此类桥梁中普遍存在,其原因是多方面的,主要是:

(1)板梁受建筑高度影响,在整体刚度和强度上弱于箱梁、T梁等结构,构造中采用铰缝来保证上部结构的整体性也偏弱,易出现“单板受力”病害。此外,结构上存在先天不足,在长期重车作用下造成板间联系失效,活载不能有效地横向分配,“单板受力”超过其允许范围,产生破坏。

(2)上部结构横向联系薄弱。铰缝混凝土强度偏低,铺装层钢筋细而疏。当铰缝和铺装层产生裂缝后,混凝土防水性能变差,水的渗透、软化、冻胀作用加速了病害的产生,给板体带来不稳定因素。

(3)构造原因。桥梁铺装层和板梁间联接薄弱,在病害的弹性变形阶段,板梁与铺装层变形不协调,使本应计入有效计算高度的铺装层起不到应有作用。特别是铰缝,有些还是素混凝土结构,不能与板梁及铺装层成为一体。

(4)施工质量问题。板梁结构是公路中小桥涵常用形式。作为确保整体受力的关键部位,铰缝混凝土浇筑质量较差。板梁的铰缝宽度一般为1cm,个别板梁顺直度不佳,宽度达3～4cm。部分铰缝混凝土因配比不合理、粗骨料多、水泥浆少,而未较好固结,出现开裂、脱落,尤其是行车道下板梁,混凝土脱落尤为严重,形成“单板受力”。

(5)行车道下板梁间铰缝失效,荷载横向分布系数增大,“单板受力”超过允许范围。

(6)支座的原因。桥梁设计中,空心板两端一般为4个支座。由于施工工艺等原因,个别支座脱空,形成“三条腿”的现象。当有车辆通过时,由于“三条腿”现象造成空心板的震动,使铰缝混凝土处于很不利的受力状态,久而久之,铰缝混凝土逐渐破碎脱落。

1.2 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素。由于各种物理化学原因,桥梁结构钢筋的锈蚀广泛存在,为了维持桥梁的正常运营,需要对出现锈蚀的桥梁进行维修。钢筋锈蚀主要是发生了电化学反应。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀,而氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。混凝士的碳化、大气污染等都使得混凝土中PH值下降,钢筋表面氧化膜处于酸性环境中,逐渐被腐蚀,这样氧化膜便被破坏了。钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥落,使截面有效尺寸减小,导致结构承载力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,断面积的减小会直接影响结构的抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。

1.3 支座破坏

支座破坏的原因主要可归纳为:支座安装的不平整;支座本身质量较差;设计选型不合理及施工中的其他原因。在正交桥梁中,支座的受力较为简单明确,其受力边界条件也容易满足,但是对于斜弯桥梁,由于超高和组合坡的影响,支座的标高是阶梯状分布的,若施工中未能严格按照设计标高布置的话,则可能造成某一个支座超载或脱空。支座脱空时,上部梁板的内力将进行重分布,显然局部部位可能超过设计的控制值,如铰接板板缝的失效;支座超载时,则会导致支座变形过大甚至支座被迫压、剪坏。此外,不同类型的支座其力学特性区别较大,尤其是抗震性能。因此,设计中应该充分结合本区域的地震情况以及桥梁的结构类型选择最佳的支座。

1.4 铺装层破坏

从调查的情况看,有相当比例的中小桥出现桥面铺装混凝土损坏,使桥面产生裂缝、坑槽,影响车辆的正常行驶。产生病害的主要原因是,施工质量存在问题,在施工中,往往出现铺装层厚度不均或薄于设计厚度,铺装层钢筋又未按设计要求布置,在浇注桥面混凝土时钢筋网往往已经紧贴桥面,桥面混凝土变成了素混凝土。于是,由于混凝土收缩、徐变及温度的影响,混凝土桥面表面产生龟裂,甚至在桥面的薄弱部位产生裂纹。另一种导致桥面铺装破坏的原因是梁间铰缝处的混凝土松动,桥面失去整体性受力,形成单片梁受力。另外,整体式板桥的板宽较大,在荷载作用下,除板的纵向发生弯曲外,横向也会发生弯曲。横向分布钢筋没有达到规定的用量,是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。桥面铺装层的受力复杂,病害时有发生。因此,必须对桥面铺装层的设计和施工均应予以足够的重视,以预防病害的发生。

1.5 伸缩缝破坏

伸缩缝破坏的病害占此次调查中桥梁病害的20%,因此防治伸缩缝破坏也不容忽视。据目前国内的调查和研究表明,伸缩缝病害出现的原因有以下几个方面:

(1)由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统,缝顶与现浇桥面混凝土同高,上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩,因此,通车后沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂,冬季加宽,夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下,桥面铺装层由裂缝处向里逐渐剪坏,出现啃边或大范围的坑槽,给日后修补带来了更大的困难。

(2)由于选型不当引起的伸缩缝损坏。

(3)由于桥墩台施工及梁(板)预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。

(4)设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起,冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。

(5)板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。

(6)板式橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。

(7)“反开槽法”施工操作不认真引起伸缩缝处跳车。目前运用“反开槽法”施工修筑的伸缩装置有毛勒缝或暗式伸缩缝等。“反开槽法”施工虽然从理论上解决了伸缩缝端头跳车的问题,但若施工时操作不当,车辆通过时仍有明显的反应。

1.6 河床冲击严重,基桩混凝土剥落、漏筋

近年来由于桥上下游采砂采矿严重,经洪水冲刷,河床标高急剧下降,桥梁基桩裸露,基桩混凝土剥落、漏筋。

2 病害处理方案

(1)对于“单板受力”问题,应该坚持“预防为主”的原则。可选用的预防与补救措施有:①设计阶段:依据梁板间纵向铰缝受力特性,有针对性地采取有利措施,将病害消灭在萌芽状态。如采用尺寸较大的铰缝、缝内设置足够的拉接钢筋,包括纵向钢筋和交叉横向短筋。②施工阶段:加强施工质量控制,尤其是在对铰缝、铺装层的比较容易出现病害的部位施工时,必须有严格按照设计要求施工,保证混凝土浇注与钢筋定位的质量。③运营阶段:加强管理机制,对超载超限车辆控制出入;必须通过时,须在行车道行驶,避免进入超车道;通过桥梁时,只允许一辆重车行驶。

(2)对于钢筋锈蚀问题,在出现锈蚀的区域修复时,首先要清除所有锈蚀区域的混凝土,然后对钢筋采用喷砂法和超高压水枪进行喷射除锈处理,如果钢筋严重锈蚀,应根据验算结果确定修复部位并增加钢筋数量,以确保钢筋含筋率,然后浇注高强混凝土。当混凝土层较薄无法立模施工时,可采用喷射混凝土浇注。

(3)在中小跨径桥梁中,采用无缝桥梁可以避免出现伸缩缝病害;另外,为减少缝的数量,避免桥台处接缝过于集中,桥台处的两道伸缩缝可移至中墩,桥长40m以下的单跨桥可只设一端伸缩缝,桥台处按桥面连续的方法处理。

(4)对于桥面铺装病害,可以采用新近开发的冷轧带肋钢筋和钢纤维混凝土材料防护。冷轧带肋钢筋与普通钢筋相比,设计强度大幅度提高,与混凝土粘结握裹力强。同时,冷轧带肋钢筋网有良好的整体刚度,不易变形,在桥面混凝土施工时不会出现局部钢筋网陷落的情况。采用了钢纤维混凝土这一新型高强复合材料来对桥面修理、补强,既可提高桥面的抗裂性、耐磨性、耐久性,又可延长桥梁的使用寿命和减少维修。此外,国外还有一种聚丙烯合成纤维材料,可用作混凝土中钢筋加强系统,加入这种材料可代替钢筋网作为次要受力筋,对控制混凝土裂缝有良好的效果。对于裂缝问题,可以通过提高结构的含筋率来预防病害,对于已出现裂缝的桥梁可以采用“植筋”技术和在混凝土表面涂抹环氧树脂等保护层的方法处治。

为防止河床的进一步冲刷,桥梁养护部门一方面应同有关方面进行协调,严禁在桥位上下游采砂、采矿;另一方面,要在桥梁的上下游设置拦水坝等构造物,防止河床的冲刷,保护桥墩台基础。对桥梁墩台混凝土剥落、主筋外露,锈蚀严重的问题,处理的方法是对损坏部分凿毛,露出坚硬的混凝土,将原断面尺寸加大,布设构造钢筋,支设钢模板,浇注扩大基础混凝土。

3 结论与建议

农村公路对地方经济的发展起着举足轻重的作用,是地方联系国省干线的纽带,但建养投资相对较少,因此,采用科学的措施保证农村公路的畅通,特别是保证桥梁的安全使用,具有十分重要的意义。通过上述分析,结合农村公路桥梁的实际情况,可以对桥梁“单板受力”、锈蚀、支座、伸缩缝和桥面铺装、河床冲刷等病害提出综合防治措施,以求彻底解决混凝土桥梁的病害问题,保证桥梁安全使用。

在桥梁的管养上应注意以下几点:①桥梁检查工作制度化、科学化。各级养护单位要充分认识桥梁养护的重要性,把桥梁养护作为工作重点。要求养护人员具有扎实的专业理论知识和丰富的实践经验,经常参加业务培训;同时要配备必要的桥梁检查设备。②进一步抓好桥梁技术档案管理,对桥梁进行科学的评价分析,采用合理的维修计划,优化使用桥梁养护资金。③加强对大件运输车辆、超重车辆的管理。④加大对桥梁养护资金的投入,彻底改变“重建轻养”的思想。

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U445.7+1

A

1671-8275(2010)01-0032-02

2009-10-26

余旺兵(19692),男,安徽岳西人,安庆市公路局岳西分局工程师。

责任编辑:钱让清