钢筋混凝土梁桥的常见病害与处理

2010-11-06赵志刚郝继峰

山西建筑 2010年5期

赵志刚郝继峰

随着时间的推移,任何公路桥梁都将成为旧桥,都会因各种原因不同程度地存在缺陷、病害。在我国,大部分二十世纪六七十年代修建的、设计荷载标准较低的钢筋混凝土梁桥仍在服役,截止目前,部分桥梁工作状况较差或已经成为危桥。显然将这些桥梁全部拆除重建,既不现实,也不科学,更不应该。因此,我们要在不断提升技术等级的公路改造、改建过程中,对此类桥梁采取相应的措施,进行维修、加固或改造,以提高其承载能力。

1 概况[1]

中小跨径的钢筋混凝土简支梁桥是我国最常见的公路桥梁结构形式之一,此类桥梁的结构简单,施工方便,对地基承载力的要求也不高,常用于跨径在25 m以下的公路桥梁建设中。为了改善结构受力条件和使用性能,地质条件较好时,中小跨径的钢筋混凝土梁桥也可修建成连续梁桥。

此类桥梁上部主要结构形式有板梁、肋梁、箱梁等,下部多采用柱式墩、台。

2 常见病害

伸缩装置在桥梁的正常使用过程中起到了十分重要的作用,但对于伸缩装置的病害,却常常被忽视,例如一些桥梁伸缩装置的橡胶条缺损或堵塞砂土等现象。目前的部分旧桥在墩台处设置简易伸缩装置,若一直未进行维修或更换,就会出现破损、脱落、漏水、跳车等现象。其中漏水是尤为严重的问题,它不仅影响伸缩缝的正常使用,长此以往还会对梁体(端部)和墩台造成严重的侵害,导致梁体和墩台出现裂缝,混凝土破损、剥落、钢筋外露锈蚀现象,从而影响结构的安全性或耐久性(见图1)。

若梁体之间的横向联系构件(铰缝、横隔板或横隔梁)薄弱或已损坏,就会在桥面上出现纵向裂缝(位于梁体的铰缝或接缝处),甚至会出现混凝土破损,钢筋外露等现象。此类病害对梁体的危害很大,因为梁体长时间处于“单板(梁)受力”的状态,就很容易出现裂缝、断裂等结构性病害,存在严重的安全隐患(见图2)。究其原因,可能是由于设计、施工或超载车辆的长期通行所造成的。因此,对于此类问题应尽快采取措施加以处理,以防止出现严重事故。

连续梁的桥面在墩顶位置也容易出现横向裂缝,多是由于结构的负弯矩值较大,而梁体的连续钢筋和桥面连续钢筋配置较少而造成的(见图3)。伴随着裂缝的发展,若有雨水进入,就会侵蚀钢筋,影响结构的耐久性。更重要的是此病害改变了结构的受力体系,伴随着墩顶负弯矩值的逐渐减小,使得跨中正弯矩值逐渐增大,从而使连续梁在跨中也会产生裂缝,影响结构的承载能力和安全性(见图4)。

钢筋混凝土梁体出现裂缝的现象非常普遍,产生的原因也是多方面的,如施工时的养护条件未达到要求、混凝土的收缩徐变、结构的承载能力不足等。根据裂缝产生的原因,一般可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。但是,无论是何种类型的裂缝,一旦其宽度超过规范[2,3]允许的限制,就要采取措施加以处理。1)对于非结构性裂缝(梁体出现的纵向裂缝),若裂缝宽度较大且深度超过钢筋的保护层厚度,遇到水分或潮湿空气的侵入,就会使钢筋发生锈蚀,从而影响结构的耐久性和承载能力。2)若梁体出现结构性裂缝,诸如板梁底面的横向裂缝,肋梁侧面的竖向裂缝、箱梁腹板的斜向裂缝(支座附近)等,均是结构承载能力不足的具体表现,对于此类病害,必须采取加固措施以提高结构的承载能力。

3 处理方案及具体措施[4,5]

对于病害不是很严重的伸缩装置,要及时进行维修处理,比如对损坏的橡胶条进行更换,此方法已经很成熟且效果明显。但是当伸缩装置破损严重或维修存在困难时,就要对损坏的伸缩装置进行更换。安装新的伸缩装置时,一般需要在梁端或台帽上植入一定量的钢筋,且槽口新浇混凝土强度等级应比原结构混凝土提高一级,宜采用早强混凝土,必要时可采用钢纤维混凝土。对于已经出现病害的梁体或墩台也要进行相应的处理,例如:对梁体或墩台上的裂缝进行封闭或灌注是必不可少的,若梁端或墩台混凝土出现破损,则要将破损的混凝土凿除,对钢筋进行除锈,必要时重新布置钢筋,然后采用环氧砂浆或比原结构强度等级高一级的混凝土进行修补。

对梁体的铰缝进行维修时,需要将原铰缝混凝土凿除,增加一定量的铰缝钢筋(若存在困难时,可在梁体上部增加横向钢筋),然后再利用高标号水泥砂浆重新浇灌铰缝。在重新浇筑桥面混凝土时,也可适当增加横向钢筋,这对增强结构的横向联系将会起到一定的作用。对于肋梁或箱梁的横隔板(梁)进行维修时,常采用增设U形钢板或增大截面的形式。若存在“单板(梁)受力”的梁体出现了病害,也要根据要求对其进行维修或加固,以提高梁体的承载能力,其具体方式在下文中叙述。

解决连续梁墩顶出现横向裂缝与处理梁体铰缝的原理基本相同,需要在梁端和桥面现浇层内重新布置钢筋,以增强结构在墩顶的连续。对梁体跨中出现的病害,处理方式与“单板(梁)受力”梁体一样。

若梁体裂缝属于非结构性裂缝,一般对裂缝进行表面封闭或压力灌注即可。这两种工艺目前已经成熟且效果良好。如果梁体裂缝属于结构性裂缝,就要进行结构计算,若确属梁体的承载能力不足造成的病害,就要对梁体进行加固处理或更换梁体。目前最常用的加固方式是在梁体表面粘贴钢板或纤维复合材料(一般采用碳纤维),必要时,可对加固后的梁体进行荷载试验,以确定梁体的实际承载能力。若通过计算,梁体的承载能力严重不足,采取加固措施仍不满足荷载等级要求,或加固费用昂贵,则要考虑对该梁体进行更换。