鋼筋混凝土梁橋的常見病害與處理

趙志剛 郝繼峰

隨著時間的推移,任何公路橋梁都將成為舊橋,都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害。在我國,大部分二十世紀六七十年代修建的、設計荷載標準較低的鋼筋混凝土梁橋仍在服役,截止目前,部分橋梁工作狀況較差或已經成為危橋。顯然將這些橋梁全部拆除重建,既不現實,也不科學,更不應該。因此,我們要在不斷提升技術等級的公路改造、改建過程中,對此類橋梁采取相應的措施,進行維修、加固或改造,以提高其承載能力。

1 概況[1]

中小跨徑的鋼筋混凝土簡支梁橋是我國最常見的公路橋梁結構形式之一,此類橋梁的結構簡單,施工方便,對地基承載力的要求也不高,常用于跨徑在25 m以下的公路橋梁建設中。為了改善結構受力條件和使用性能,地質條件較好時,中小跨徑的鋼筋混凝土梁橋也可修建成連續梁橋。

此類橋梁上部主要結構形式有板梁、肋梁、箱梁等,下部多采用柱式墩、臺。

2 常見病害

伸縮裝置在橋梁的正常使用過程中起到了十分重要的作用,但對于伸縮裝置的病害,卻常常被忽視,例如一些橋梁伸縮裝置的橡膠條缺損或堵塞砂土等現象。目前的部分舊橋在墩臺處設置簡易伸縮裝置,若一直未進行維修或更換,就會出現破損、脫落、漏水、跳車等現象。其中漏水是尤為嚴重的問題,它不僅影響伸縮縫的正常使用,長此以往還會對梁體(端部)和墩臺造成嚴重的侵害,導致梁體和墩臺出現裂縫,混凝土破損、剝落、鋼筋外露銹蝕現象,從而影響結構的安全性或耐久性(見圖1)。

若梁體之間的橫向聯系構件(鉸縫、橫隔板或橫隔梁)薄弱或已損壞,就會在橋面上出現縱向裂縫(位于梁體的鉸縫或接縫處),甚至會出現混凝土破損,鋼筋外露等現象。此類病害對梁體的危害很大,因為梁體長時間處于“單板(梁)受力”的狀態,就很容易出現裂縫、斷裂等結構性病害,存在嚴重的安全隱患(見圖2)。究其原因,可能是由于設計、施工或超載車輛的長期通行所造成的。因此,對于此類問題應盡快采取措施加以處理,以防止出現嚴重事故。

連續梁的橋面在墩頂位置也容易出現橫向裂縫,多是由于結構的負彎矩值較大,而梁體的連續鋼筋和橋面連續鋼筋配置較少而造成的(見圖3)。伴隨著裂縫的發展,若有雨水進入,就會侵蝕鋼筋,影響結構的耐久性。更重要的是此病害改變了結構的受力體系,伴隨著墩頂負彎矩值的逐漸減小,使得跨中正彎矩值逐漸增大,從而使連續梁在跨中也會產生裂縫,影響結構的承載能力和安全性(見圖4)。

鋼筋混凝土梁體出現裂縫的現象非常普遍,產生的原因也是多方面的,如施工時的養護條件未達到要求、混凝土的收縮徐變、結構的承載能力不足等。根據裂縫產生的原因,一般可分為結構性裂縫和非結構性裂縫。但是,無論是何種類型的裂縫,一旦其寬度超過規范[2,3]允許的限制,就要采取措施加以處理。1)對于非結構性裂縫(梁體出現的縱向裂縫),若裂縫寬度較大且深度超過鋼筋的保護層厚度,遇到水分或潮濕空氣的侵入,就會使鋼筋發生銹蝕,從而影響結構的耐久性和承載能力。2)若梁體出現結構性裂縫,諸如板梁底面的橫向裂縫,肋梁側面的豎向裂縫、箱梁腹板的斜向裂縫(支座附近)等,均是結構承載能力不足的具體表現,對于此類病害,必須采取加固措施以提高結構的承載能力。

3 處理方案及具體措施[4,5]

對于病害不是很嚴重的伸縮裝置,要及時進行維修處理,比如對損壞的橡膠條進行更換,此方法已經很成熟且效果明顯。但是當伸縮裝置破損嚴重或維修存在困難時,就要對損壞的伸縮裝置進行更換。安裝新的伸縮裝置時,一般需要在梁端或臺帽上植入一定量的鋼筋,且槽口新澆混凝土強度等級應比原結構混凝土提高一級,宜采用早強混凝土,必要時可采用鋼纖維混凝土。對于已經出現病害的梁體或墩臺也要進行相應的處理,例如:對梁體或墩臺上的裂縫進行封閉或灌注是必不可少的,若梁端或墩臺混凝土出現破損,則要將破損的混凝土鑿除,對鋼筋進行除銹,必要時重新布置鋼筋,然后采用環氧砂漿或比原結構強度等級高一級的混凝土進行修補。

對梁體的鉸縫進行維修時,需要將原鉸縫混凝土鑿除,增加一定量的鉸縫鋼筋(若存在困難時,可在梁體上部增加橫向鋼筋),然后再利用高標號水泥砂漿重新澆灌鉸縫。在重新澆筑橋面混凝土時,也可適當增加橫向鋼筋,這對增強結構的橫向聯系將會起到一定的作用。對于肋梁或箱梁的橫隔板(梁)進行維修時,常采用增設U形鋼板或增大截面的形式。若存在“單板(梁)受力”的梁體出現了病害,也要根據要求對其進行維修或加固,以提高梁體的承載能力,其具體方式在下文中敘述。

解決連續梁墩頂出現橫向裂縫與處理梁體鉸縫的原理基本相同,需要在梁端和橋面現澆層內重新布置鋼筋,以增強結構在墩頂的連續。對梁體跨中出現的病害,處理方式與“單板(梁)受力”梁體一樣。

若梁體裂縫屬于非結構性裂縫,一般對裂縫進行表面封閉或壓力灌注即可。這兩種工藝目前已經成熟且效果良好。如果梁體裂縫屬于結構性裂縫,就要進行結構計算,若確屬梁體的承載能力不足造成的病害,就要對梁體進行加固處理或更換梁體。目前最常用的加固方式是在梁體表面粘貼鋼板或纖維復合材料(一般采用碳纖維),必要時,可對加固后的梁體進行荷載試驗,以確定梁體的實際承載能力。若通過計算,梁體的承載能力嚴重不足,采取加固措施仍不滿足荷載等級要求,或加固費用昂貴,則要考慮對該梁體進行更換。

4 結論及建議

由此可見,加強對現有鋼筋混凝土梁橋的日常養護及檢查是非常必要的,以便及時發現其存在的病害,采取措施加以處理,避免災害發生。若能針對鋼筋混凝土橋梁經常出現的病害,在橋梁的設計、施工以及運營管理方面加以重視,對于防止病害的發生將起到至關重要的作用。

[1]邵旭東.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2003:10.

[2]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3]JTG H11-2004,公路橋涵養護規范[S].

[4]JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].

[5]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術規范[S].