桥梁常见缺陷与改造

2011-08-15何新建

科技传播 2011年5期

何新建

河南省路桥建设集团有限公司，河南商丘 476000

在桥梁工程中，时常有蜂窝、麻面、露筋、啃边等一些影响到外观质量的缺陷。从这些发现的缺陷当中，我们知道，大多数缺陷的存在，在一定程度上已经或多或少地影响到了桥梁的耐久性以及观感质量。为了能有效消除或减少这类质量通病的存在，以保证桥梁的耐久性和表观质量，笔者结合自身多年工作经验，对桥梁结构中常见缺陷、产生原因及改造措施提出了一些观点。

1 桥梁常见缺陷

交通运输任务日益繁重，交通量剧增，由于过去设计和施工受时代限制，桥梁结构表现出了一系列的缺陷，发生了这样那样的病害，具体有以下几种常见的缺陷问题。

1.1 桥梁承载能力不足

桥梁承载能力不足是指按照现行需要通行的车辆进行验算不能满足强度要求。桥梁设计荷载偏低。造成这种问题的原因也是多方面的，从历史的局限性上来说，在我国公路事业的发展当中，大量的桥梁是在当时的经济环境下建设的，已经不能适应当今国民经济快速发展的需要。从设计方面来说，主要是设计结构不合理，计算错误，施工图不完善。桥梁设计方案的选择是由当地的水文地质条件、施工技术和方法、经济指标和使用要求等诸多因素所决定了。如果这些结构选择或布局不合理，都会是桥梁在运营当中出现这样或那样的缺陷。同样，在桥梁的设计计算当中，由于计算错误等原因，可能给桥梁带来先天不足问题。

1.2 桥梁出现裂缝

桥梁裂缝是桥梁最常见的缺陷和主要病害，而病害往往是从裂缝形成而始；裂缝是结构变形的结果，是桥梁状况的外在表现。因此，重视裂缝研究，找出裂缝的原因，对于桥梁维修和加固有着直接的意义。桥梁裂缝主要有以下类型：

1）荷载引起裂缝

混凝土桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生裂缝，其裂缝产生原因有：在设计阶段，结构受力假设与实际受力不符；结构安全系数不够；结构设计时不考虑施工的可行性；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足等。在施工阶段，施工场地随便堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

2）温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩特性，当外部环境或结构内部温度发生变化时混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。

3）收缩引起的裂缝

在工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。混凝土收缩裂缝的特点大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量；骨料品种；水灰比；外掺剂；养护方法等。

1.3 墩台缺陷

桥梁墩台位于桥梁上部结构和基础之间，它关系到桥跨结构在平面和高程上的位置。墩台结构将上部结构的荷载传递给基础；桥台使桥梁与路堤相联系，并承受桥头填土的水平土压力，起着挡土墙的作用；桥墩则将相邻两孔的桥跨结构连接起来。桥墩的强度和稳定性在一定的程度也决定了桥梁的耐久性。墩台的主要病害有以下类型：止浮装置的损害；限制移动装置的损害；辊轴的偏移和下降；销子和辊轴的破坏；支座构件裂痕；螺母松动；带头螺栓固定螺栓的脱落；滑动面、滚动面锈死；下底板的破裂；各构件的腐蚀；插座相互间接触。支座底板：锚栓切断；填充砂浆裂缝；支座底板混凝土碎裂；支座垫石压坏、剥离。

2 桥梁结构加固与改造

2.1 桥梁上部结构加固与改造

桥梁上部结构加固与改造技术主要有以下方法：

1）增大梁截面加固方法

它的主要类型有，增焊主筋加固法；增大梁肋加固法；加厚桥面板加固法；喷射混凝土加固法；

2）粘贴加固方法与技术

它的主要类型有，粘贴钢板加固法；粘贴钢筋加固法；粘贴玻璃加固法；粘贴碳纤维加固法；粘贴芳纶纤维布加固法。

3）体外预应力加固方法与技术

预应力加固是指运用预应力的原理，在增设构件或原有构建中，施加了一定初始应力的一种加固方法。运用此方法加固桥梁时应考虑以下问题：施加预应力的方式方法；预应力损失的估计和减少预应力损失的措施；以及预应力加固的计算等。运用此技术的加固法主要有，水平预应力补强拉杆加固法；下撑式预应力补强拉杆加固法；组合式预应力补强拉杆加固法。

2.2 桥梁下部结构加固与改造

桥梁的下部结构包括：墩台和基础，他们直接承受桥梁上部结构的荷载，并将荷载在传递给地基的受力结构。这里如果出现问题，则桥梁也就不可避免。其加固改造方法主要有：

1）扩大基础加固方法与技术

基础加固的常用方法有：扩大基础加固法、增补桩基法和人工地基加固法等。墩台的常用加固法有：用钢筋混凝土套箍或护套加固贯通裂缝的墩台法；用支撑法或曾建挡土墙处理墩台滑移；用顶升加固产生过大沉降的桥梁结构等。

2）旋喷加固方法与技术

旋喷注浆法是利用工业钻机将旋喷注浆置于预计的地基加固深度，借助注浆管的旋转和提升运动，用一定的压力从喷嘴中喷射浆液，冲击土体，把土和浆液搅拌成混合体，随着凝聚固结，形成一种新的有一定强度的人工地基。

3 桥梁结构抗震加固

桥梁抗震设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。

3.1 桥梁延性抗震设计

目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。

3.2 桥梁抗震设计的措施

1）体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。

2）提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。