钢砼梁桥病害成因与防治措施
2013-02-27 来源：筑龙网
钢砼梁桥作为公路重要组成部分，其结构构造完整性和耐久性将直接影响到交通运营的安全和舒适性。本文针对砼及钢砼梁桥结构性及耐久性降低、病害成因及其防治做深入探讨。
1、桥梁病害分类
桥梁的病害可分为结构性病害和构造性病害。结构性病害是指桥梁受外界荷载影响，使既有结构整体承载能力有所下降的病害。此病害特点是由于其存在使整个结构承载力受很大影响。如：粱式桥的粱体裂缝、拱式桥的拱脚及拱顶的破损、钢桥的腐蚀等。
构造性病害是指桥梁在使用中部分构件丧失功能．桥使用舒适性有所下降的病害。这类病害特点是其存在对整个桥梁承载能力无大的影响。这类病害包括：伸缩装置失效、桥面铺装破损及桥头跳车等。
2、梁式桥结构病害
钢筋砼梁桥和预应力砼梁桥在我国公路桥梁中占很大比例。尤是新建公路桥，除极少数大跨径桥梁外，多采用装配式钢筋砼或预应力砼空心板、T型梁或箱型梁。这主要是装配式钢筋砼或预应力砼梁式桥具有以下优点：工期较短。构件预制可提早进行。上、下部可平行施工；可节约支架和模板，装配式桥梁往往可采用无支或少支架施工，构件在预制场或工厂预制时采用模板和支架等易做到简便合理，可反复使用；提高工程质量，装配式梁桥构件在预制中易做到标准化和机械化。
作为砼结构和预应力砼结构，结构耐久性是其最大的优点。除战争、地震、火灾及水灾导致砼结构和预应力砼结构破坏外，砼桥梁的裂缝问题是它的最大病害。钢筋砼或预应力砼结构物是利用了钢材与砼各自长处的结构。反过来说，由于属相互弥补各自短处的结构，所以在应力集中处、钢筋锚固处、钢筋弯起点、钢筋数量突减处、砼断面突变处及应力应变最大处等都是易出现裂缝的部位。可从设汁、施工、养护、材料及外部环境等方面分析砼结构和预应力砼结构的裂缝，荷载作用下产生的裂缝作为结构病害考虑，其他裂缝作为构造病害考虑。
2．1 弯曲裂缝
梁上施加弯矩时，将产生弯曲裂缝。弯曲裂缝也称垂直裂缝。对于弯构件和压弯构件来说。弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的砼受拉区。
粱板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展，负弯矩裂缝位于连续梁或悬臂梁板的支座附近，自上向下发展。随着荷载增大，裂缝宽度增大，长度延伸，裂缝数增加，裂缝区域渐向两侧发展。
2．2 剪切裂缝
剪切裂缝也称斜裂缝。首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和受压构件．往往发生在支座附近，由下部开始，沿着与轴线成25。～5O。左右的角度裂开。随着荷载增大，裂缝长度不断增长并向受压区发展，裂缝缝数不断增多井分叉．裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。剪切裂缝一旦出现，就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区，是允许的，但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和挠度如何应及时给予必要的加固处理。
2．3 断开裂缝
钢筋砼构件受拉时，进入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下，产生的裂缝均沿正截面开展，裂缝间距有一定的规律性。受拉构件在受力较小时，砼和钢筋均承受拉力，拉应力值较小，不超过砼的抗拉极限．这是未出现裂缝构件的工作状态。随着内力增加，砼内拉应力达到其受拉极限，产生裂缝并退出工作，全部拉力由钢筋承担，这是允许出现裂缝构件的工作状态。荷裁继续增大，钢筋应力达到流动极限，钢筋伸长率较大，裂缝宽度超过设计规范允许宽度的许多倍，这多为使用所不允许或构件将近破坏的状态。
2．4 扭曲裂缝
砼构件受扭转与弯曲同时作用而产生的裂缝称为扭曲裂缝 该裂缝一般呈45。倾斜方向。钢筋砼构件在扭曲作用下，产生的裂缝一般有许多条，裂缝出现后砼保护层剥落，扭曲产生的扭矩改由钢筋承担，直至钢筋滑动时构件完全破坏。
2．5 局部应力引起的裂缝
局部应力引起的裂缝，主要表现在：墩台支座处受到较大局部应力；构件突然受到冲击荷载；预应力梁锚固端受到较大局部应力而引起的裂缝。
3、钢筋砼梁式桥病害处治及预防
钢筋砼梁式桥包括简支梁、悬臂梁及连续梁桥。这些桥梁在运营过程中由于各种原因出现裂缝，导致承载能力下降，不满足运营要求，那么就要对这些桥梁进行处治、加固。下面对目前常用较有效的处治加固技术做一介绍。
3．1 下撑式预应力拉杆——喷射砼加固
钢筋砼梁式桥出现病害需要处治加固时，如果桥下净空能够满足通车、通航要求，可采用在粱下设置预应力拉杆，并喷射砼作为保护层进行加固。加固设计时一般采用粗钢筋作为拉杆，两端锚固在梁端部，中间用单柱、双柱或多柱支撑在梁底部，然后喷射一层5 cm～8 cm厚砼作保护层，与原砼梁组合受力。，在加固过程中可通过改变支撑的位置和调整拉杆预应力方式来满足提高承载力需要。按照施加预应力的不同方式，可以分为3种施工方法：
（1）横向收紧张拉法 该法是将钢拉杆分两层布置于梁底的两侧，在靠近梁的支座处向上弯起，与固定在梁端的钢制u型锚固板焊接。在钢拉杆的弯起处用短柱将钢拉杆支撑在粱底，纵向每隔一定距离设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收拢而产生纵向预应力，以抵抗荷载引起的弯矩。
（2）纵向张拉法。此法将预应力拉杆沿梁底布置，两端向上弯起，穿过翼板上的斜孔伸至桥面。拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固在梁顶的锚固槽内。此法区别横向收紧张拉法的主要点是纵向张拉是直接缩短拉杆的长度以产生预应力。
（3）竖向顶撑张拉法。此法是先在粱端设置u型锚固板，沿梁底安装拉杆，并把拉杆的丙端焊在锚固板上，然后在梁的1，4跨径和跨中分别设置3个施力夹具。夹具应固定于梁腹或横隔梁上的承托架上，以给拉杆施加预应力。
3．2 预应力钢丝束一喷射砼加固
该法是沿梁腹侧面按抛物线形敷设预应力钢丝束，在梁底每隔一定距离（5or．m～100 cm）设置一个定位箍圈，或在粱腹上埋设定位梢，用来固定钢丝柬几何形状。钢丝束两端穿过梁端翼板上斜孔伸至梁顶锚固。对钢丝束施加预应力后，再喷射砼作保护层。防止腐蚀。由于设置预应力钢丝束将会增加梁上缘压应力，可能会造成桥面板损坏，所以当验算桥面板强度不足时，应同时考虑加厚桥面板，井使新旧砼结合为整体，共同受力。必要时可在原桥面上布设一层钢筋网，再现浇一层砼桥面板，增加桥面板抗压强度。这种加固技术用的设备简单，不减少桥下净空，采取半边施工措施和喷射砼作钢丝束保护层，可不中断桥上交通进行加固补强。
3．3 增大构件截面加固
部分桥梁．修建时荷载等级低。面对交通业发展呈现出荷载等级偏低，承载能力不足。其主要原因之一是原桥截面偏小，不能满足荷载等级提高要求。对这部分桥梁可采用增大构件截面法进行加固。增大构件截面途径有增加受力主筋截面、加大砼截面、加厚桥面板和喷锚加固等方法。增焊主筋法；当结构因主筋应力超过容许范围而又受到桥下净空限制不宜加大截面高度时，可采用只增焊主筋法进行加固 主要工序有：增焊主筋、增设箍筋、卸除部分恒载和恢复保护层等。增大梁肋法：对属于T型截面桥，常因原截面高度不够或面积过小，导致承载能力不足和病害的发生。对于这些桥梁通常是将梁的下缘加宽、加强，扩大截面面积，并在新砼截面中增设受力主筋。主筋在靠近支座处弯上与原结构主筋焊在一起。在浇筑砼时，保证新旧砼问黏结良好，须在浇筑砼前，先将结合部位的旧砼表面凿毛，露出骨料。清洗干净。同时每隔一定距离凿露出主筋，以便通过锚固钢筋将新增加的主筋与原结构中的主筋连接在一起。新增加的砼一般采用悬挂模板现场浇筑。
4、钢砼桥耐久性降低的原因及防治
钢砼桥耐久性降低除自然灾害或意外事故外，主要源于以下几方面及复合作用：钢筋腐蚀、砼碳化、冻融循环、碱一骨料反应、机械磨损等。其中钢筋腐蚀是主因。
钢筋腐蚀通常由两种原因造成：砼碳化造成钢筋表面局部环境的pH值降低，使钢筋钝化膜脱钝；由于砼遭受氯离子污染，而使钢筋表面钝化膜破坏 其中后者是造成近代钢砼桥破坏的主因。砼中氯离子有两种来源：砼拌和时加入的，如最早使用的速凝剂CaCI：；环境中的除冰盐或海水等。
砼冻融循环主要发生在寒冷地区，表现在几方面：桥面砼由于受除冰盐的影响而遭受温度冲击，形成累积损伤．造成砼表面剥落；桥墩在湖水或河水水面附近的部分，会遭受冻融循环破坏，发生表面剥蚀，当然电有流水的撞击破坏。
砼桥遭受碱一骨料反应破坏，即碱硅反应 可在砼灌注许多年后发生。
对钢筋腐蚀防护，主要采取以下措施：阻锈剂；阴极保护；防渗涂层；环氧涂层钢筋；非金属筋；采用低渗透性的高性能砼技术等。
对于防止砼碳化，主要采用防碳化涂层和采用高性能砼来实现。
对砼的防冻融循环破坏，最有效的是采用引气砼技术，即通过在砼中拌和时加入引气剂，产生适量的小气泡来提高砼的抗冻标号。
对砼的碱一骨料反应破坏，主要通过以下途径防治：不采用有碱活性的骨架；采用低碱活性的骨料时，掺加适量矿物掺合料，如粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等；加入化学外加剂。
5、结语
任何桥梁，在交付运营及在使用中，总会产生一定程度的破坏。如不及时处理，痫害会越来越严重．最终危及桥的安全 对桥梁病害必须及时维修处理，但更重要的是从设计、施工中去预防病害的发生，降低后期维修保养费用。
