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《河北高速雜志》高速公路混凝土橋梁病害及其成因分析
來源:滄南養護工區 作者:孫樹利 發布時間:2013-01-23 09:53:06 查看次數:6026

《河北高速雜志2012年12月28日報道

在高速公路橋梁養護檢查過程中,發現服役中的混凝土橋梁,由于建設和使用等方面的因素,不同程度的存在各種病害及損傷。全面了解和掌握橋梁的缺陷和損傷情況,客觀判別其對橋梁結構的影響,對橋梁使用功能的發揮和行車安全具有十分重要的意義。

根據高速公路混凝土橋梁自身結構特點,其缺陷及損傷情況按橋面系、上部結構、支座、下部結構四個部位進行歸類。

1     橋面系

1.1橋面鋪裝

橋面鋪裝的病害主要為橫向裂縫、縱向裂縫、局部坑槽、修補后二次破損、橋頭跳車、橋頭與路堤連接處開裂等病害。經綜合各方面的因素分析主要有以下幾個方面的原因:

(1)橋面鋪裝病害產生的原因與車流量的日益增加有直接的關系。特別是連續梁橋的橋面橫向裂縫大都位于聯間結合部,且主要出現在行車道,超車道較少,表明與活載作用有直接的關系。其原因是由于橋面鋪裝與路基段存在剛度差異,造成通行車輛在此形成沖擊荷載,剛性鋪裝層無法有效地減弱荷載的沖擊作用,在荷載的長期作用下造成橫向裂縫的形成和橋面混凝土鋪裝層的破損。

(2)水泥混凝土橋面鋪裝,混凝土澆筑后,水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發現象,引起失水收縮,是在初凝過程中發生的收縮,也稱之為凝縮,此時骨料與膠合料之間也產生不均勻的沉縮變形,如果混凝土養護不良就會出現龜裂及收縮裂縫。

(3)橋面鋪裝混凝土面板下不密實,在重載車的作用下,混凝土面板產生斷裂。

(4)搭板下的路基與橋臺存在不均勻的沉降,導致搭板底部出現脫空現象,在重載車的作用下,搭板混凝土產生斷裂。

(5)鋪裝層與橋面板和主體結構變形不協調,產生附加內力從而引起橋面裂縫。

(6)由于目前高速公路的橋面病害治理施工是不斷交施工,在施工過程中接縫位置的混凝土初凝階段受車輛震動影響,對后期的混凝土強度產生不利影響,在縱向的施工接縫位置容易產生啃邊或破損。

1.2排水設施

高速公路橋面排水系統存在的主要病害是泄水孔的堵塞、泄水管銹蝕損壞,經分析主要有以下幾個方面的原因:

(1)橋面雜物未及時清理、在下雨、雪后,雜物隨著水流至泄水孔部位造成堵塞;

(2)泄水孔疏通不及時,在雜物不斷的填充下導致泄水孔完全堵塞;

(3)橋面鋪裝改建或橋面瀝青罩面時忽視泄水孔收水口的處理,導致泄水孔表面粗糙不利排水,還容易掛攔雜物引起堵塞;

(4)橋面鋪裝改建施工時忽略原有的泄水孔而直接加鋪橋面,導致橋面水無法排除,橋面積水在護欄基座與橋面附近,水從護欄基座與梁板接縫位置滲出,這也在一定程度上增加了梁板混凝土的鋼筋銹脹破壞。

1.3護欄、防撞墻、欄桿

護欄存在的病害主要是基座存在大面積的剝裂、剝落、麻面或鋼筋銹蝕;波形梁護欄鋼管立柱、防阻塊缺失;鋼筋混凝土防撞墻護欄混凝土表層的剝裂脫落、鋼筋銹蝕等。

混凝土表層剝落、露筋,是由于鋼筋保護層較薄,鋼筋在外部環境的侵蝕下產生銹蝕,鋼筋銹蝕膨脹導致混凝土剝落、露筋。波形梁鋼護欄立柱、防阻塊缺失主要是由于立柱與基座套筒或護欄板與防阻塊之間的連接不牢,在車輛刮蹭過后出現松動而被人為的盜取。

1.4伸縮裝置

伸縮縫的病害主要是存在砂石等雜物堵塞,錨固混凝土破損和橫橋向裂縫,防水橡膠條老化、開裂、滲漏等病害,個別伸縮縫出現抵攏,型鋼斷裂,鋼梁擠死等。產生病害的原因主要有以下幾個方面:

(1)交通量增加、重車增多、甚至超限車輛的運行是伸縮縫產生上述病害的主要原因。特別是橋臺位置的伸縮縫,橋面鋪裝與路基段存在剛度差異,在車輛荷載的反復沖擊作用下,最易遭到破壞。

(2)伸縮縫的安裝質量也是誘發上述病害產生的一個非常重要的方面,如伸縮縫出現抵攏現象就是由于設計值偏小或施工中定位不準造成的。

(3)落入伸縮裝置的砂土、雜物未能及時認真地清掃,使伸縮量不能保證。

2  上部結構

2.1鋼筋混凝土空心板

鋼筋混凝土空心板主要病害為底板橫橋向裂縫、堿蝕、鉸縫勾縫砂漿脫落、鉸縫滲水、梁板混凝土剝裂鋼筋銹蝕等。鋼筋混凝土空心板病害分析主要有以下幾點:

(1)鋼筋混凝土空心板底板產生橫橋向裂縫,是不可避免的,是正常的,也是規范允許的。縫寬較小的橫橋向裂縫對板的整體承載能力影響不大,但會降低底板的抗裂能力。加上底板開裂后,會加速鋼筋的銹蝕速度,降低結構的耐久性,隨著時間的延長,會降低空心板的承載能力。

(2)鋼筋混凝土空心板鉸縫勾縫脫落、鉸縫開裂滲水也是促使空心板橫橋向裂縫產生的另一個重要原因。空心板采用企口鉸縫,鉸縫本身的傳力性能差、變形大,各板間橫向連接弱,單板分配的力比理論計算大。加上交通量日益增大,超限車輛增多,活載的增加造成板底開裂和鉸縫破壞。

(3)橋面及空心板內積水不能順利排出,致使板底部鋼筋出現銹蝕,引起混凝土的銹脹破壞,在板底表現為混凝土表層的剝裂或裂縫,同時板底出現大面積的堿蝕滲水痕跡。

(4)預制板在預制施工期間養生不當也會在梁板底面產生裂縫。

(5)混凝土表層剝落、露筋,是由于鋼筋保護層較薄,鋼筋在外部環境的侵蝕下產生銹蝕,鋼筋銹蝕膨脹導致混凝土剝落、露筋,鋼筋混凝土結構一旦出現鋼筋銹脹破壞以后,病害的發展將非常迅速,這對鋼筋混凝土構件的耐久性是非常不利的。病害的持續發展將會對對結構承載能力及使用功能產生較大影響。

2.2預應力混凝土空心板

預應力混凝土空心板主要病害為縱向裂縫,其他病害如板底堿蝕滲水、橫向裂縫縫、混凝土表層剝裂鋼筋銹蝕等病害原因同鋼筋混凝土空心板。據調查,全國不同省份的許多先張法預應力混凝土空心板底板均不同程度的出現縱向裂縫,是較為普遍的現象。分析其原因,主要有構造原因、施工原因、縱向預應力產生的橫向應變等。

3   支座

支座的病害主要是老化開裂、剪切變形、脫空、固定支座銷釘剪斷、活動支座鋼板銹蝕等。經分析病害產生的主要原因有以下幾個方面:

(1)支座質量低劣。主要表現為原材料不規范、橡膠層厚度不夠或不均勻、橡膠與鋼板粘結力不夠等。

(2)施工質量不達標,由于施工單位技術或質量控制不嚴,支座脫空、安裝位置不精確等現象普遍存在,四氟滑板支座采用普通鋼板或鋼板表面砂漿未清除干凈等現象也屢見不鮮,從而造成個別支座受力集中或不能正常滑動。

(3)在設計過程中,計算考慮不周,支座選用失誤,造成個別支座無法承受過大的車輛偏載作用或無法抵消梁體過大的伸縮變形。

(4)橋面水沿伸縮縫或臺頂裂縫經臺頂流出時造成支座鋼板銹蝕的主要原因,另外部分橋梁在進行伸縮縫改建施工時,將鑿除的施工垃圾直接堆積于臺頂,支座周圍被垃圾掩埋,在外部水進入后很難及時的排出增加了支座老化、鋼板銹蝕的速度。

4   下部結構

下部結構主要病害形式為臺身豎向、斜向及橫向裂縫,柱式臺、肋板臺臺帽裂縫,墩臺混凝土剝落、麻面及鋼筋銹蝕等。分析其原因主要有以下幾方面:

(1)勘測、設計原因

橋涵地質勘察資料可能不準確,地基承載能力降低進而地基下沉引起臺身裂縫。

(2)施工原因

按照《公路橋涵施工規范》,輕臺必須在安裝梁板后才可以進行臺背填土,且在梁板安裝前振動壓路機不得靠近臺身位置,但是在施工中由于某種原因在梁板未安裝時,就進行臺背填土,用振動壓路機靠近臺身碾壓,并且填土達到1~2m后才進行梁板安裝。這種違規操作消弱臺身抵抗填土及振動壓路機產生的荷載效應的能力,已給臺身留下隱患。

(3)活載原因

隨著經濟發展,交通流量增大,大型超載、超限車輛增多,遠遠大于設計荷載,活載引起豎向壓力、沖擊力及臺后土壓力增大,從而引起臺身開裂。

(4)基礎或地基產生了不均勻沉降,臺帽及墻體水平鋼筋不能有效地抑制地基不均勻沉降,從而導致了橋臺開裂。另外,從裂縫的發展方向看,樁柱式橋臺中樁上部和兩樁之間的裂縫分別是因墻體的抗拉強度、剪切強度不足所引起。

(5)橋臺混凝土表層剝落、露筋,是由于鋼筋保護層較薄,鋼筋在外部環境的侵蝕下產生銹蝕,鋼筋銹蝕膨脹導致混凝土剝落、露筋。

混凝土橋梁各部位的缺陷、損傷對橋梁的使用功能和行車安全產生不同程度的影響,養護過程中,要加強對橋梁技術狀況和質量的檢查,及時掌握橋梁的缺陷和損傷情況,并對其進行科學客觀的研究分析,采取行之有效的技術手段的措施,在保證行車安全的前提下,使橋梁的使用功能得到充分發揮。

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