混凝土板梁桥典型病害损伤机理及养护措施

2023-01-09张志锋

交通世界 2022年12期

张志锋

（河北高速公路集团有限公司宣大分公司，河北张家口 075000）

0 引言

在我国公路交通建设日益发展的过程中，修建了大量桥梁，其中以混凝土桥梁为主。混凝土构件作为一种消耗型构件，在使用时由于受到各方面因素的作用及影响，难免产生一些病害，严重时还会带来不同程度的损伤。因此，分析混凝土桥梁的典型病害及其产生原因和损伤机理，并提出有效的养护措施是十分必要的。

1 混凝土桥梁病害及其产生原因

混凝土梁板桥的常见病害有以下几种：裂缝、主梁下挠或上挠、单板受力、钢筋锈蚀与表面缺陷。这些病害都会影响桥梁的运行和安全性。为防止上述病害的发生，需要明确其产生原因和损伤机理。

1.1 铰缝病害及其产生原因

铰缝在空心板梁桥中属于典型的薄弱环节，如果产生早期病害，会使其性能大幅下降，进而对结构横向传力造成很大的影响，出现单板受力等问题，缩短结构使用寿命。有很多学者对这一病害开展了分析研究，初步认为铰缝破坏原因是受到反复荷载，导致疲劳破坏或铰缝结构尺寸不足，使板之间的横向力较小或受到自然灾害等。设计方面的原因为铰缝形式的选择不合理或没有充分考虑材料自身特性；施工方面的原因为铰缝和空心板之间结合面未经过有效处理；运营方面的原因为超限车与重载车多次作用，使铰缝的损坏速度加快[1]。

1.2 支座病害及其产生原因

支座的主要作用是承担和传递桥梁上部结构体系支承反力，并能在各方面因素综合作用下实现自由变形。如果支座产生破损，将导致支座和梁体之间的接触无法达到紧密，由此造成脱空，使上部结构体系的约束产生明显变化，最终对梁体造成一定程度的损伤。目前，几种常用的支座主要病害为：简易支座主要病害包括老化、破损和失效；板式橡胶支座主要病害包括老化、脏污、破裂、外鼓与变形；盆式橡胶支座主要病害包括锈蚀、螺栓断裂、脱焊与破损；聚四氟乙烯板式支座主要病害包括老化、脏污与破损；辊轴支座主要病害包括大位移爬动及倾斜；摆柱式支座主要病害包括混凝土剥落与露筋、螺母松动、垫板上翘、扭曲及断裂[2]。

1.3 底板裂缝及其产生原因

超载状态下，底板横向分布的拉应力变大会使底板产生纵向裂缝，同时底板的纵向要比横向先产生裂缝。导致梁底产生横纵方向裂缝的主要原因为底板厚度不足，对预应力筋与底板施工质量未能予以严格控制。底板的设计厚度不足及单板受力是导致底板出现裂缝的关键因素。此外，对预应力筋进行张拉时如果张拉应力过大也会使横向拉应力超标，进而引起开裂。底板产生纵向裂缝的成因为在压应力作用下出现纵向压缩，并由于泊松效应使横向也产生一定拉应力，最终导致裂缝[3]。

1.4 腹板裂缝及其产生原因

空心板梁桥腹板出现沿竖向分布的裂缝是因为板梁底部的实际配筋过大，使裂缝在腹板到受压区之间消失，但裂缝中间往往较粗，使混凝土发生收缩引起裂缝宽度增大。使梁端腹板产生斜向裂缝的原因为梁端的抗剪能力未能达到要求。顶板和底板两侧与腹板之间的相交部位存在剪切特性，导致交界部位产生裂缝的原因为抗剪能力较低。此外，对于跨径相对较大的装配式空心板梁，其腹板产生裂缝的原因为采用先张法进行施工时对预应力进行放张操作不合理，如速度过快等。同时，如果板端范围内的横向钢筋配置数量不足，或蒸汽养护过程中温度降低速度太快，都会造成裂缝[4]。

1.5 钢筋或钢绞线病害及其产生原因

相关学者借助有限元分析方法，结合工程实际情况，得出混凝土未能达到密实状态与保护层厚度不足是使钢筋产生锈蚀的关键因素。此外，如果混凝土构件长时间处在潮湿或存在侵蚀性介质的环境当中，则产生钢筋锈蚀现象的概率是其他构件的很多倍；如果桥梁的混凝土构件已经产生裂缝或剥落等病害，则会使钢筋锈蚀速度明显加快。

2 养护策略

2.1 预防性养护

预防性养护主要是指在桥梁预设寿命周期内，为使桥况始终良好，并延长桥梁的使用寿命而采取的一系列措施。同时，在养护工作中，需要在不增设公路系统及其附属设施的条件下，实现延缓退化、保持或改进系统功能性状况的目标。

2.2 养护时机选择

（1）根据桥梁技术状况和时间之间的关系，以桥梁退化模型为依据对桥梁技术状况不断退化过程中遵循的规律进行预测，并在退化到三类桥之前立即开展预防性养护工作。

（2）将桥梁养护费用作为核心，创建相应的数学模型，然后通过对矫正性养护与预防性养护之间费用的对比，确定使养护费用达到最少时的养护周期，最终将其作为最佳养护时机。

2.3 板梁裂缝处理

对空心板梁产生的裂缝和下挠的控制与修复，很多学者也进行了相应的分析研究。例如，从设计角度采取以下方法对底板裂缝进行有效控制：

（1）适当增加底板的厚度；

（2）在梁端交界部位设置横向肋板；

（3）在底板上补充必要的上下钢筋；

（4）适当增加底板中纵向钢筋的直径。在板梁混凝土施工中严格控制水泥用量，并在混凝土达到初凝状态后立即进行养护，通过洒水等措施有效降低箱内混凝土温度，也能起到预防底板产生早期裂缝的作用。

对于裂缝情况比较严重的梁板，相关学者还对其加固措施进行了研究。例如，当裂缝宽度超过0.2mm时（包括0.2mm），可采用注浆压浆的方法来修复，当裂缝宽度小于0.15mm时，可采用表面处治的方法来修复。在裂缝走向上粘贴双向纤维布可实现对裂缝的全覆盖，也可以先结合裂缝的实际宽度通过封闭或灌注来处理，并在横向通过粘贴钢跳板起到阻止裂缝发展的作用。对于截面承载力未能达到要求而产生的裂缝，考虑其属于结构性裂缝，因此建议先对裂缝实施封闭处理，然后再通过粘贴钢板来实现有效加固。

除了以上常规的加固方法外，还可通过体外预应力法对空心板梁进行加固处理。实践表明，采用该方法进行加固处理后，桥梁实际承载能力将得到很大程度的提升，且结构性能也得到了很好的改善，值得大范围推广应用。

2.4 铰缝的预防性养护

对铰缝这一薄弱部位，一部分学者以提高铰缝初始性能为切入点进行了分析和研究，同时也取得了良好成效，能提高铰缝初始性能的方法有：①在铰缝的顶部填入沥青胶泥；②在铰缝的下半部分填入环氧树脂；③在铰缝的上半部分填入环氧混凝土；④更换RPC铰缝；⑤在铰缝的混凝土中适量掺加粉煤灰；⑥在铰缝的混凝土中适量掺加钢纤维。还有一些学者认为引入新结构也能增强铰缝自身横向传力能力，如带伸缩钢筋的铰缝或在铰缝中设置纵向钢筋，以此增强铰缝和空心板之间接触位置的抗弯及抗剪能力。对于当前应用范围比较广阔的深铰缝，若能适当增加其宽度，并在铰缝中进行纵向钢筋与箍筋的设置，则能为混凝土的振捣提供便利，进而保证工程的施工质量，彻底解决以往铰缝容易开裂与失效的问题。对已经损伤的铰缝，目前比较常用的加固方法包括以下几种：①在桥面设置补强层；②采用植筋法进行加固；③通过粘贴钢板进行加固；④采用体外预应力法进行加固。此外，还根据工程的实际情况，提出了操作更为简单的加固方法，例如对漏水析白的铰缝，可以在铰缝的分布方向上凿除铺装层，然后铺设钢筋网，最后用具有微膨胀特性的混凝土进行浇筑，以此形成一个全新的铺装层结构，实现对铰缝的有效加固。