小议高速公路桥梁病害与加固
2010-11-01 来源：网络
某高速公路全长70km，单孔跨径在8m以上的桥梁有48座，其中绝大部分为单孔跨径在8-20m的中小桥。经过多年的运营，已经出现不同程度的病害并已严重影响到正常使用。基于此，对该路段的所有桥梁进行了详细的技术状况调查，并进行了荷载试验。依据调查的结果，对桥梁病害进行综合分类，找出其规律性，并通过对病害的机理分析，结合其它测试分析手段，为桥梁的技术改造提供可靠依据，这对新建桥梁也有一定的指导意义。
1.整体概况
通过单孔跨径在8m以上的48座桥梁进行调查，其分布基本满足正态分布，即大多数桥梁处于不好不坏的中间状态。调查的该路段桥梁以中小跨径桥梁为主，且斜交桥占有相当大的比例。在结构形式方面，该路段桥梁以简支单跨或多跨为主，结构形式相对简单，这也充分体现了高速公路的桥梁特色。下面将根据桥梁结构形式，截面类型、施工方式的不同，对病害进行分类、分析。
2.上部结构病害特性
2.1 开裂、破损桥面铺装。行车道铺装层破坏是路段内桥梁病害的共同特征之一。病害表现为铺装的纵横向裂缝，铺装层剥落，伸缩缝处铺装破损等形式。引起这—病害的主要原因是冲击荷载。荷载试验表明，绝大多数桥梁的冲击系数1+v均超出规范给定的值。造成冲击系数偏大的原因有车辆超速行驶、台后填土沉降、桥梁承重结构变形、桥面不平整等几方面因素。其次是桥梁承载结构功能减弱，如装配式板桥铰缝破坏；T梁桥横向联系削弱，使得行车道铺装的横向变形过大等，行车道铺装的纵向裂缝亦由此而产生。第三个原因是行车道铺装结构上存在的问题。早期修建的桥梁，由于当时人们对铺装功能、病害认识有限，往往存在配筋量偏小，钢筋直径过细，铺装与承载构铺装层的病害在高速公路上的危害性非常严重。首先，铺装层破损会使车辆冲击荷载进一步增大；其次，防水功能失效后，雨水渗入主梁中，使主梁受力钢筋锈蚀，这一点对于钢筋混凝土结构而言危害尤其严重。最后铺装层的破坏会改变设计荷载的横向分布状态，使得横向刚度变小、各梁板受力不均并使主梁实际高度变小纵向刚度减弱挠度增大。
2.2 桥头跳车和伸缩缝损毁。桥头跳车和伸缩缝损毁这类病害是相互关联的，台后填土沉降，引起桥头跳车，桥头跳车引起较大的冲击荷载直接作用在伸缩缝附近，造成伸缩缝破损，伸缩缝破坏直接危及墩台及承重结构的安全。雨水从伸缩缝处渗入墩台帽中，使台帽及盖梁钢筋锈蚀，混凝土保护层剥落。特别是对空心板桥，雨水有可能通过板端进入板内，板内长期积水将对板造成致命性的伤害。
2.3 主梁板裂缝装配式板桥。装配式板桥的裂缝主要表现为板底横向裂缝，集中在L/4-3L/4。这一区域的为受力裂缝，主要是由于行车道铺装层破坏，铰缝构造失效后，荷载横向分布不均使单板受力过大并开裂。在其它区域也出现宽度在0.25以上的裂缝，这些裂缝不是由活载引起的，而是在施工过程中，由于混凝土早期强度低及吊装不当引起的。
整体现浇板桥现浇板桥的裂缝非常复杂，既有纵向裂缝，又有横向裂缝，斜交桥中还有斜向裂缝，即裂缝方向与行车方向不一致，为裂缝方向朝钝角方向偏移。但裂缝主要以纵向裂缝（正交桥）或纵向偏钝角的裂缝（斜交桥）为主。单幅桥内，这些较宽的裂缝（0.3mm以上）有1-3道。显然，这些纵向裂缝是由横向力矩造成的，由于桥梁跨径不大（5-13m）而宽度较（12m），故横向力矩较大，但设计中对横向力矩的考虑不够重视，配筋数量不足。斜桥中的横向力矩较正交桥中的更大，板底开裂是由主拉应力引起的。由于裂缝的存在，受力钢筋受锈蚀，影响结构的耐久性。斜板桥不宜采用整体现浇的方式。
2.4 装配式T梁桥。本路段装配式T梁（Rc）的病害比较严重，大多数的主梁可见梁底横向裂缝和腹板斜裂缝。跨中区域的腹板横向裂缝及竖向裂缝是正截面抗弯强度不足造成的，支座附近的斜裂缝是由于腹板抗剪强度不足引起的，但腹板密布的竖向裂缝不是受力裂缝，而是混凝土早期强度低而吊装过早或吊装方式不当引起的。加之后期养护不当，混凝土收缩引起更宽更多的腹板裂缝。严重的宿害还发生在横梁上。由于横梁连接均采用钢板焊接，大部分钢板已锈蚀，有的甚至已脱落。横梁的病害对主梁有严重影响。
3.下部结构的病害特性
下部结构的病害不是很普遍。病害的主要表现形式为桥台前墙、侧墙开裂。造成这—病害的原因主要是基础不均匀沉降同时由于桥台填料沉降，路面开裂，伸缩缝损坏，雨水渗入桥台中，使桥台侧向压力、横行压力大增，更加加剧了这一病害。
4.其它病害
4.1 防震挡块。基本上是80%以上的挡块出现了不同程度的病害，无以例外地在挡块根部开裂，斜向下往台帽及盖梁延伸，且以斜板桥最为严重。对于斜桥档块破坏比较容易解释，即斜板中，由于温度及活载作用，使桥面结构产生平面转动，即桥面系统有朝锐角方向的位移，而档块无足够的强度限制这种位移。正交桥中，则是由于铰缝失效，车道铺装层开裂，锚栓锈蚀而丧失其功能造成的。显然百分百现行的设计中，档块的尺寸偏小，配筋不足。
4.2 钢筋锈蚀。钢筋锈蚀在各结构部分均有出现，且以板底为最严重，钢筋的浇筑质量问题引起的。钢筋锈蚀也可由受力引起。在钢筋混凝士结构中，由于裂缝存在，大气及雨水的作用使钢筋产生锈蚀，钢筋变粗，挤开混凝土保护层，使其开裂甚至剥落。当然，钢筋锈蚀也和混凝土的碱骨料反应有关。
5.加固方法
针对桥梁病害，采用如下的加固方法：
行车道系加固。将原有的行车道铺装全部拆除，再将行车道表面清扫干净，必要时锚人适量短钢筋，配置1-2层钢筋网，浇筑10-20cm的整体化混凝土。考虑卸载作用及新旧混凝土的共同作用搠装拆除在主梁加固前实施，浇筑混凝土在主梁加固完成后进行。行车道加固的主要作用是提高桥梁横向刚庇改善荷载横向分布，同时增大主梁截面。粘贴加固。针对梁底拉应力大，主梁腹板主拉应力大，裂缝宽度超出规范的情况，对主梁进行粘贴加固补强。粘贴材料可采用碳纤维和钢板。依据强度考虑，碳纤维可采用C20、C30两种规格，采取单层加固补强，钢板可采用6mm的A3薄钢板，预制T梁的表面平整，混凝土强度高，可采用粘贴碳纤维而不宜粘贴钢板，主要考虑是T粱截面尺寸小，粘贴钢板对原结构扰动大。板桥中，如果混凝土表面强度低，混凝土不密实时不宜粘贴碳纤维，可采用粘贴钢板的方法。预制板桥中，铰缝破坏、横向剐度小时，可考虑在梁底横向粘贴钢板。现浇板桥中，整体横向刚度较大，补强以纵向为主。
喷射混凝土加固。有些预制板桥，板底混凝土质量特别低，主梁受力钢筋严重锈蚀，混凝土表面有大量的蜂窝麻面，铰缝完全失去其功能。荷载试验表明，此类桥梁基本是单板受力。单板强度、刚度低，则可考虑在板底增设纵向、横向受力钢筋，增大混凝土截面，但在板底浇筑混凝土很困难，可考虑采用喷射混凝土的方法。
主梁提升。在路面改造时，有些桥梁的桥面标高比改造设计标高低很多，有的达到30cm以上。如果不将主梁提高，则恒载太大，此时可考虑提升主梁。由于将主梁同时提升难度大，也不安全，可以将主梁横向联系切开，分段进行提升。
6.结论
6.1 行车道铺装层虽不是桥梁的主要承重结构，但对桥梁的安全起到至关重要的作用，无论是从设计、施工、养护等多个环节均应引起高度重视。
6.2 车辆冲击荷载对桥梁影响巨大，除了要保持路面、桥面平整外，有关部门既要对车辆轴载限制，还应对行车速度进行严格控制。
6.3 对于小跨径桥梁，不宜采用整体现浇结构，对于已建成的桥梁应采取措施将板底应力释放。
6.4 现行设计中防震档块尺寸偏小，配筋不足，应引起设计部门的重视。
6.5 桥梁防水是非常重要的环节，雨水对承载结构的侵蚀加剧裂缝发展及钢筋锈蚀。
参考文献：
【1】肖长礼 周冬久 魏道平，桥梁上部结构承载能力评定明，河南交通科技 2000 5。
