[分享]中小跨径混凝土桥的病害及处理措施

发表于2019-10-25    10人浏览    0人跟帖    总热度:10  

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1 中小跨径混凝土桥梁常见病害

早期设计施工的桥梁在长期重荷载、大交通量的运营情况下,大部分都出现了不同程度的病害。特别是混凝土拱桥,具有一定的超载能力,只要找到病害的原因,并进行相应的处治,其大多数是可以继续运营的。

20 世纪70 年代以后修建的大量中小跨径混凝土桥梁( 服务期满30 年) ,将进入桥梁维修的高峰期,透彻研究桥梁病害的根源是桥梁维修的根本所在。因此,研究桥梁病害机理与防护对策,并及时采取处治和防范措施,可延长现有桥梁的使用寿命,同时,在设计和修建新桥梁时,选用合适的材料和结构形式,以延缓病害的发生,从而减少桥梁养护工作量,节省养护费用。

美国公路战略研究项目( SHRP) 报告统计,1986年,美国修复因钢筋锈蚀引起的桥梁损坏花费200 亿美元,而且该费用还在以每年5 亿美元的速度递增,由此可见,用于既有病害桥梁的维修加固费用非常昂贵。同时,旧桥加固工作困难大,技术要求高,因此更需对桥梁结构的病害进行合理分析,对症下药,找出合理的处治方法,以节省资金和施工周期。既有桥梁加固和改造实践表明: 利用既有桥梁加固,不仅提高桥梁技术标准,与拆除另建新桥相比,工期短、资金省,而且对现有交通运输影响小,有的甚至是在不中断交通的情况下,完成桥梁的加固与拓宽。

2 常见病害成因分析

中小跨径混凝土桥梁存在的一些常见病害有: 钢筋锈蚀、伸缩缝破坏、桥面裂缝和支座破坏等。

1) 锈蚀病害

钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素。由于种种原因,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映。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀。氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。混凝土的“碳化”、大气污染以及混凝土过高的Cl - 含量都使得混凝土中pH 值下降,钢筋表面氧化膜处于酸性环境中,逐渐被腐蚀。我国西部地区,因工业污染形成的“酸雨”普遍存在,为桥梁中钢筋的锈蚀提供了合适的外部环境。同时,冬季普遍采用撒盐的方法防止桥面冰冻,富含Cl - 的盐水渗入混凝土结构内,大大加速了钢筋的锈蚀。

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截面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的中小跨径混凝土桥梁来说,截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。锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。由此可见,钢筋锈蚀对桥梁结构的危害是十分严重的,有时甚至是致命的。

2) 冻融病害

冻融现象也是造成桥梁病害,影响桥梁结构承载能力和寿命的主要原因之一。西部地区受天气影响极易产生冻融现象,长期反复作用易造成结构产生裂缝。有些桥梁进行了加固处理,新浇混凝土和后补混凝土结合不好,易产生裂缝,而冻融作用又加剧了这种作用。冻融病害主要是以下几方面引起: ①自然因素的影响; ②桥梁本身混凝土的施工质量不高,排水设施存在缺陷; ③后期养护薄弱。

3) 伸缩缝病害

据目前的调查和研究表明,伸缩缝病害出现的原因有以下几方面: 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( 或路面表层) 由缝处向里逐渐剪坏,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映。⑧材料选用不当引起的伸缩缝损坏。

导致伸缩缝出现损坏的原因很多,由于伸缩缝受力复杂,有产品本身问题,也有设计和施工的问题。从设计上看: 设计师在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型。而往往对产品的性能了解不全面,忽视了产品的相应技术要求,诸如过渡段混凝土的长度、厚度、标高、预埋件的位置及深度,而且也没有在设计图上标注清楚。这其中很多问题要等产品运到工地安装甚至安装后才能发现,但为时已晚。从施工上看: 伸缩缝安装是桥梁施工的最后几道工序之一,为了赶进度,施工马虎,不按安装程序要求施工,例如,板式橡胶缝的预埋螺栓位置不准,与锚固钢筋脱离,BF 缝的预埋钢筋根本没有预埋长度,且固定钢板下混凝土不密实、有空隙、毛勒型伸缩缝施工则容易发生预留槽清理深度不够,冲冼不干净,顺序不对,模板不密贴造成混凝土漏浆,事后清理不干净,浇捣混凝土后,没有养护,形成收缩裂缝,另外,安装后混凝土没有达到强度就提前开放交通也是造成伸缩损坏的原因,因为过渡段的锚固混凝土早已产生早期损伤。

4) 桥面铺装病害

交通量不断增大,车辆动荷载的反复作用,容易使桥面破损开裂,大大影响了行车的舒适和安全。桥面铺装病害,包括不规则的网状裂缝,较规则的纵向、横向裂缝以及较严重的破裂等病害。这不仅增加了维修费用,甚至导致大面积翻修。同时,桥面铺装直接承受高速行车的冲击、剪切与磨耗,并直接承受气候的影响,日晒升温、日落降温,并与主梁( 板) 存在一定的变化差异。所以桥面铺装的受力不仅定性分析困难,尤其难以定量计算。桥面铺装层的受力复杂,病害时有发生。因此,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。桥面下沉、栏杆及人行道系损坏等病害,主要是由于缺乏养护造成的。养护部门对桥梁养护不够重视,造成桥梁长期失养,外观损坏严重,排水不畅,而桥面铺装过去又多为泥结碎石结构,强度低,防水性能差,桥面水容易渗入结构。而结构的膨胀变形反过来又会影响桥面铺装。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。

5) 混凝土的开裂。混凝土开裂是中小跨径混凝土桥梁常见病害中较为常见的一种。这种病害危害严重,一旦混凝土开裂,将会影响到混凝土桥梁的整体承载能力,并且也将严重影响到桥梁的使用寿命。在桥梁的混凝土结构开裂以后,对内部钢筋结构的隔离和保护作用大大降低,外部的空气和水分与混凝土结构内部的钢筋接触以后,会造成钢筋的腐蚀。混凝土桥梁的开裂有很多种形式,开裂的位置则主要集中在桥梁的腹板和底板位置。

混凝土开裂现象是一个渐变过程,随着开裂现象的发生,开裂程度的增强度也在日渐上升。混凝土开裂的问题主要起因是混凝土材料配备、材料含量不合标准、不合当地实际状态以及人工施工过程中的失误与实施不当,混凝土开裂对整个桥梁系统的影响都是很巨大的;

6) 混凝土的脱落。在桥梁的混凝土结构中,经常会出现混凝土的剥离现象,这也就是我们所说的混凝土脱落,主要病害形式有酥松起皮、蜂窝麻面、露骨等。当混凝土出现脱落病害后,会使桥梁的有效截面积减小,从而对混凝土结构的有效承载力造成不利影响,外部侵蚀性物质也会通过脱落处进入,对桥梁混凝土结构的内部造成侵蚀,使混凝土结构整体遭到破坏。

首先近年来,车辆在运行过程中对桥梁所产生的碾压作用也有显著的增长,从而使得桥梁结构比较容现磨损或者是开裂脱落的问题,其次是在结构应用的过程中会出现非常明显的冻融现象,这样一来也就会使得混凝土开裂现象出现的几率更大,在一些温度相对较低的地区,会因为寒冷天气使得影响而产生一些不安全因素,如果这一现象得不到有效的控制,就会使得混凝土结构的裂缝开裂脱落现象更加严重,而在工程建设中,如果不能保证排水的效果,这一脱落现象也会有所加剧。

3 中小跨径混凝土桥梁主要病害的处理措施

3.1钢筋锈蚀的处理

在施工的过程中,如果发现钢筋自身腐蚀的情况并不是很严重,在工程施工的过程中就可以在混凝土结构表面的位置上涂上一层除锈剂,同时还要让其逐渐的进入到混凝土结构当中,这样就起到了非常好的防腐蚀作用,从而使得桥梁自身的质量和性能也得到了非常好的保障,如果桥梁的钢筋结构腐蚀现象比较明显,在工程建设的过程中,必须要首先将钢筋表面上存在的混凝土清理掉,在产生腐蚀的钢筋位置焊接相同类型和相同标号的钢筋,此外还要在钢筋的表面涂上防锈剂。在做好这项工作之后,要用混凝土和砂浆做好封堵处理,只有这样,才能更好的保证施工的质量和水平。

3.2冻融病害的处理

冻融病害主要由以下几方面引起:一是自然因素的影响,二是桥梁本身混凝土的施工质量不高,排水设施存在缺陷;三是后期养护薄弱。对于自然因素所导致的问题发生,目前认为是很难进行相关措施的实施的,人类也只能考虑在可预测范围内对自然因素的改变做出及时判断,以尽可能减少损失。除此之外,混凝土质量问题需要相关部门对混凝土的质量生产进行监督修正,确保流入市场的混凝土符合施工标准规范。后期护养问题需要设立专门监护人员,及时对出现冻融病害初期表现的地域进行汇报,并追查分析、记录情况,以便有关部门及时有效做出新的决议。冻融病害的现象不能彻底消除,但是通过在合适时间内进行有效防范,冻融病害的发生能够受到减缓抑制。

3.3伸缩缝病害的处理

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,或者从施工的角度进行预防,具体措施如下:

(1) 切缝之前,即按需检测沥青面层的平整度,与实际平整度情,相结合,对是否对切割面宽度进行扩大进行分析,若加大切割宽度之后,路面仍未能符合伸缩缝安装要求,则要求该路面进行返工处理。通过检查合格之后,应满足施工图纸的要求,确定开槽宽度,通过准确放样,在打上线之后通过切割机实施割缝处理,运用贴胶带纸或盖塑料布的方法对锯缝线以外的沥青混凝土路面实施保护,避免锯缝中产生的粉末对路面产生污染。锯缝的开展应处于整齐且顺直的状态,并将沥青混凝土路面切透,防止在开槽过程中,缝外沥青混凝土发生松动现象。

(2) 运用风镐实施开槽时,应将深度控制在12cm 以下,开槽后应运用打毛处理的方式对槽内混凝土进行施工,清除所有杂物,使其处于干净状态,确保新旧混凝土处于有效结合。当梁与梁之间有不符合要求的间隙存在时,应运用措施进行处理,并将槽内的预埋筋和锚固筋实施理顺并扶直,运用除锈操作的方法对预埋筋进行处理。当原有桥梁或桥台预埋钢筋出现不足的现象时,应补打足够数量的膨胀螺栓,使型钢的安装质量得到有效保障。在开槽后,应不得出现车辆通过的现象,避免槽两侧边缘有施工人员和其他人员踩踏现象产生,对混凝土施工质量造成影响。

(3) 在伸缩缝装置安装之前,对比安装时的气温,若出场温度有较大出入存在时,应有效调整组装定位空隙值,将伸缩缝定位宽度的允许误差实施控制,使其保持在± 2mm,将误差作为一个统一的符号,避免在同一条缝上有不同位置的正负误差出现。

3.4桥面铺装病害的处理

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,与混凝土黏结握裹力强。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。采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料,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,早期强度高,可提前通车,具有明显的技术经济效益和社会效益,有着很好的发展前景。

3.5混凝土的开裂与脱落

处理桥梁混凝土结构的开裂问题主要是要提高混凝土的密实性能,这也是我们封闭裂缝的一个有效措施。我们要努力提高混凝土的密实性,把混凝土裂缝的宽度保持在0.15 mm 以内,这样可以有效避免混凝土受到外界空气和水分影响。如果混凝土结构出现裂缝,使用的补救方式应该是压力注浆、表面封闭,以及在裂缝处粘贴碳纤维等。为了提高桥梁混凝土的密实性能,可以利用渗透性结晶材料来渗入混凝土结构中的各种贯通毛细孔内部。桥梁混凝土结构出现脱落现象,就必须及时采取措施进行补救。可以先将即将脱落的混凝土移除,随后再使用混凝土或砂浆等其他材料补足。为了保证脱落处的补救效果,必须采用高粘结力、高膨胀系数的混凝土或砂浆,使其具有足够的变形强度、较高的抗渗性以及密实性。

《来源于科技文献,由本人分析整理,以技术会友,广交天下朋友》


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