成樂高速公路橋梁病害成因分析及對策

張元澤 劉浩吾 蔣智勇

1 成樂高速公路橋梁健康狀況分析

作為“四川汶川‘5·12'地震災后恢復重建檢測”的一部分,對成樂高速公路進行了檢測。成樂高速公路在“5·12”汶川大地震中受到波及,但由于與震中距離較遠,地震的影響較弱,現場的檢測證實了此點。成樂高速公路于1999年11月完工,當年12月28日通車,迄今為止運行了近 8年。

檢測內容包括外觀檢測,混凝土強度試驗,裂縫檢測等。全線共檢測橋梁48座,其中主線橋29座,跨線橋 19座。根據JTG H11-2004公路橋涵養護規范中3.5.2條,全橋總體技術狀況評定等級采用綜合考慮橋梁各部件權重的綜合評定方法。評定結果:主線橋中,一類橋0座,二類橋21座,三類橋 8座;跨線橋中,一類橋8座,二類橋8座,三類橋3座。不難看出,整個成樂路橋梁的健康狀況不容樂觀,其中主線橋的病害較重,工程病害原因剖析要點如下:

1)設計規劃方面的原因。隨著經濟的快速發展,各種車輛的增加,車輛荷載的增大,導致公路橋梁(主線)實際承受的載貨遠大于預期的載荷值。這樣,在動荷載值增大,荷載頻率陡增的情況下,橋梁的一些主要承重構件就會在循環荷載的作用下因疲勞而破壞。

2)施工質量方面的原因。由于成樂高速公路路線長,建設周期短(近三年),沿線橋梁多,建設負擔重,難免造成一些疏忽,導致施工沒有嚴格按照相關技術工藝和質量的要求進行。這容易導致如橋面鋪裝、伸縮縫、支座、錐坡方面的病害形成。

3)養護監管不到位。如瀝青路面的坑槽未及時修補,會越來越大,越來越深;橋臺錐坡,臺、墩的擋塊長草等沒有及時清除,導致生物力及腐蝕破壞,造成開裂和失效;主要承重構件,如支座滑落沒及時更換,主梁出現縱、橫向裂縫沒有及時采取有效的處理措施,使得病害加重,承載力降低。

4)載荷條件不同,病害情況迥異。由于主線橋要承受巨大的車載作用,病害較多。

2 橋梁主要病害的成因分析及相關對策

2.1 橋面鋪裝層病害的成因分析及對策

1)病害成因分析:a.疲勞損壞。由于交通量不斷增大,在車輛動荷載的循環作用下,鋪裝層處于拉壓交替的狀態,車輪接觸面內鋪裝層受壓,接觸面周圍鋪裝層受拉,每天成千上萬次的拉壓交錯受力,導致了鋪裝層的疲勞損壞。b.材料的性質及鋪裝層過厚或過薄等。對于瀝青混凝土橋面鋪裝,路面基層的溫縮、干縮以及材料的性能、施工工藝、環境等均會導致鋪裝層裂縫的出現。c.承重構件結構形式不合理。d.橋面板剛度不足。在負彎矩的作用下,下部支撐梁的不均勻沉降導致鋪裝層產生裂縫。e.養護、監管不夠。

2)處治對策:a.加強對現役橋梁定期檢查和維護,對發現的病害及時進行處治。b.病害輕微的,可采取局部修補,灌縫的方式處治;病害嚴重的如大面積的網裂,疏松,泛油,防水層破壞等,應及時更換鋪裝層,并做好相關的防排水措施。選擇合適的施工方法,按相關施工工藝嚴格施工。c.采取有效的監管措施,加強監管。

2.2 伸縮縫病害的成因分析及對策

1)病害成因分析:a.伸縮縫選型不合理。造成安裝開口預留伸長量不足,橡膠條被拉斷或安裝閉口預留壓縮量不足,伸縮縫被擠死,擠壞伸縮縫兩側混凝土,使路面出現裂縫、坑槽等現象。b.地基不均勻沉陷。伸縮縫處地基的不均勻沉降及車輛荷載的作用,導致伸縮縫出現上下錯動和扭曲等變形。c.梁頭與臺背預留的混凝土縫隙不夠,施工不認真將梁或板澆長或臺背耳墻澆筑尺寸不符合圖紙要求,導致安裝的伸縮縫沒有足夠的伸縮空間。d.車輛掉落的堅硬物未及時清除,擠壓伸縮縫,造成橡膠板的損壞。

2)處治對策:a.及時更換已損壞的伸縮縫,并嚴格控制施工條件和質量。b.地基不均勻沉降造成的伸縮縫損壞,應先加固相應范圍的地基再更換。c.及時處理損壞的角鋼、螺栓,隨時緊固松動的螺母,對出現損壞的橡膠板,查明原因并及時更換,防止造成伸縮縫側邊結構的損壞。d.加強日常養護,及時清理車輛掉落的堅硬物,防止其阻塞伸縮縫。

2.3 橋頭跳車的成因分析及對策

1)病害成因分析:a.路橋結構剛度相差很大,變形不協調。b.路基施工沒達到設計要求,臺后壓實度未達到標準,高填土路堤出現壓縮變形。c.路面水的滲入,使路基軟化;水土流失造成橋頭路基下沉。d.橋頭路堤及錐坡范圍內地基在填筑前清理不徹底,尤其是軟土路基處理不好。e.臺后填土材料應用不當,或填土的含水量過大。

2)處治對策:a.跳車較輕、沉陷面積不大、路面基層沒有破壞的橋頭,采用混凝土填補找平。b.跳車較嚴重、沉陷面積較大、路面基層出現破壞的橋頭,清除已破壞的舊基層,采用剛性、半剛性基層,重鋪混凝土。c.路面基層未破壞、整體范圍下沉較大、變形較快的橋頭,經查實是因橋頭路基軟弱造成的,采用鋼花管注漿方式加固路基,并在面層找平。d.因防護不當、水毀造成的基礎掏空等情況產生的沉陷,視具體情況,采取相應的措施先將破壞根源處理好后,再處理基層和面層。

2.4 梁、板和墩臺病害成因分析及對策

1)病害成因分析:a.混凝土的剝落、露筋、銹蝕主要是因為混凝土保護層過薄導致。本次檢測多次發現現澆板保護層厚度不足的情況,鋼筋的痕跡肉眼可見。多處有混凝土剝落、露筋、銹蝕。產生這種病害的物理原因是水分的滲入和高低溫的交替影響出現凍融循環,很多次這種凍融作用破壞了混凝土的微觀結構,導致裂縫的產生。b.車輛的超載超重對橋梁產生很大的沖擊力,在沖擊力的頻繁作用下,鉸縫和橫向聯系被破壞,出現了單板受力的情況;梁板的抗彎能力不足常導致梁板橫向裂縫的產生;梁板的橫向鋼筋配置不足常導致跨中附近縱向裂縫的產生。混凝土保護層過薄,預應力筋周圍局部應力過大,或添加劑使鋼筋銹蝕、鼓脹等會導致沿著鋼筋向的裂縫產生。c.地震作用或地基的不均勻沉陷引起上部梁體橫向擠壓致使墩臺外側擋塊出現裂縫。輕型墩臺蓋梁出現豎向裂縫多因為應力過大或基礎不均勻沉降引起。d.支座脫空主要是由施工不當引起。

2)處治對策:a.對梁板露筋銹蝕,先對銹蝕筋作除銹處理,再采用鋪鋼筋網、噴漿,或采用粘貼碳纖維材料的方式處治。b.對梁板縫寬未超過規范要求的,建議采用環氧膠封閉或灌縫處治,對縫寬超過規范要求的,建議先灌縫,再采用粘貼鋼板或FRP材料的方法處治;單板受力情況,先通過粘貼FRP材料(或鋼板)或采用體外預應力加固的方式補強后,再通過加強梁板間的橫向聯系來提高橋梁的整體剛度。FRP材料具有輕質,高強,耐久,使用靈活,安裝成本低,加固效果明顯等優點,目前在國內外已獲得了較廣泛的研究和應用,在條件允許的情況下建議優先選用。c.擋塊開裂不嚴重的采取灌漿等措施加固修復,開裂嚴重或損毀的要更換;墩臺蓋梁出現裂縫應先探明原因,必要時先處理地基,再對蓋梁進行粘貼FRP材料(或鋼板),施加體外預應力或增加梁高等方法加固。d.對局部脫空達30%以上的支座應進行調整,主要是采用鋼板進行墊實、墊平;由墩臺地基的沉降引起時,先對地基進行加固,再對支座進行處理或更換;支座缺失或失效的應盡快安裝合適的支座。

2.5 附屬設施的病害成因分析及對策

1)病害成因分析:

a.錐、護坡填土夯實度不夠,后期沉陷嚴重。

b.路面超載,臺內填土壓力過大,對兩側產生擠壓是導致錐、護坡外傾及坡面網裂的主要原因,坡面植物根系也會導致坡面的網裂。

c.跨線橋的病害主要是因為養護監管不足,人為破壞和自然環境的作用導致。

2)處治對策:

a.對沉陷過大和外傾嚴重的錐、護坡,建議換用砂卵石、碎石等優質填料,并夯擊密實。

b.對沉陷輕微的,清除表面植物和腐蝕物后,對裂縫進行灌漿處治。

c.加強對跨線橋的日常養護:修補防拋網,對護欄底座混凝土開裂、露筋處進行處理。

3 結語

造成成樂高速公路病害的原因可歸納為設計、施工和管養三個方面。事實上,上述病害是國內許多高速公路具有的病害現象,具有一定的代表性和借鑒意義。成樂高速公路工程實踐的重要啟示是:設計、施工和管養單位應該通過密切配合,信息共享,建立各地區各類橋梁的健康檔案。這樣有利于設計方在新橋建設和舊橋加固時有據可依,便于吸取經驗,改進橋梁的結構形式,改善受力情況;有利于施工方改進施工工藝,改善施工質量;有利于管養單位掌握各類橋梁的病害情況和病害成因,做到管養時有的放矢,提高效益。同時,應密切關注國內外技術發展趨勢,加強技術創新和觀念創新,不斷完善設計、施工及管養方法,力求系統化。

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