城市快速路高架橋梁結(jié)構(gòu)常見病害分析

文/上海高架養(yǎng)護(hù)管理有限公司 褚劍峰

20世紀(jì)90年代上海市開始建設(shè)城市快速路網(wǎng)，從最早的內(nèi)環(huán)高架、南北高架，到中環(huán)、嘉閔高架等大型樞紐網(wǎng)。城市快速路所采用的主體結(jié)構(gòu)主要為高架橋梁，因而對(duì)于高架橋梁結(jié)構(gòu)安全檢測和養(yǎng)護(hù)，是保障城市快速路網(wǎng)正常運(yùn)營的重要工作之一。

城市快速路的里程較長，空心板梁、T梁、小箱梁、寬箱梁，是城市高架橋梁采用的主要上部結(jié)構(gòu)主梁形式。空心板梁橋及T梁橋的下部結(jié)構(gòu)多為鋼筋混凝土立柱和矩形蓋梁，倒T蓋梁也廣泛應(yīng)用。倒T蓋梁最大優(yōu)勢(shì)是在視覺上可以大大降低蓋梁結(jié)構(gòu)高度，大箱梁橋的下部結(jié)構(gòu)基本為鋼筋混凝土立柱加系梁，立柱上端根據(jù)箱梁支座間距的要求需設(shè)向兩側(cè)的弧度，增大立柱上端部橫向尺寸，并根據(jù)受力要求設(shè)置上系梁。在支座形式方面，空心板梁、T梁及小箱梁多采用板式橡膠支座，大箱梁多采用盆式橡膠支座或球型鋼支座，高架橋梁典型的寬箱梁和空心板梁結(jié)構(gòu)斷面形式，如圖1所示。

圖1　高架橋梁常采用的寬箱梁和空心板梁結(jié)構(gòu)形式

基于上述城市快速路高架橋梁結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合多年來城市快速路高架橋梁檢測與養(yǎng)護(hù)工作經(jīng)驗(yàn)，本文選取典型結(jié)構(gòu)形式的常見病害進(jìn)行探討，并深入分析病害產(chǎn)生的原因、外觀特征及后續(xù)維修建議，在一定程度上為業(yè)內(nèi)開展結(jié)構(gòu)橋梁檢測與養(yǎng)護(hù)工作，提供參考借鑒意義。

混凝土寬箱梁底面空洞

上部結(jié)構(gòu)單箱多室的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，是城市高架橋梁常用的主梁形式之一，連續(xù)箱梁由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載作用，跨中正彎矩大大減小，跨越能力增大，并且整體結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、動(dòng)力性能好等優(yōu)點(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)體量大，多采用現(xiàn)場澆筑施工。當(dāng)施工質(zhì)量控制不利時(shí)，容易因澆筑振搗不密實(shí)而導(dǎo)致箱梁底面形成局部空洞病害，典型病害示意如圖2所示。

圖2　混凝土箱梁底面局部空洞病害

類似空洞病害的主要特征如下，空洞位于混凝土箱梁底面，位置往往對(duì)應(yīng)腹板正下方，有些空洞周圍存在蜂窩空洞，空洞面積較小但深度較深，大部分空洞內(nèi)普通鋼筋已裸露，甚至存在預(yù)應(yīng)力波紋管外露，典型病害示意如圖3所示。

圖3　箱梁底面空洞內(nèi)鋼筋及波紋管外露

空洞產(chǎn)生的主要原因是腹板下方底板鋼筋綁扎較密，預(yù)應(yīng)力波紋管保護(hù)層厚度偏小，混凝土局部振搗不密實(shí)。此類病害如不及時(shí)處理，容易導(dǎo)致空洞內(nèi)部外露的鋼筋銹蝕，甚至影響波紋管內(nèi)的鋼絞線耐久性，應(yīng)進(jìn)行局部灌漿填實(shí)、封閉，恢復(fù)結(jié)構(gòu)完整性。

倒T形蓋梁斜向擠裂

高架橋梁建設(shè)常采用斷面為倒T形的橋墩蓋梁，目的是降低對(duì)橋下路線行車的影響，滿足道路的凈空要求。研究表明，倒T形蓋梁具有截面小、剛度大的優(yōu)點(diǎn)，但限于其構(gòu)造也會(huì)出現(xiàn)多種受力開裂病害，典型病害示意如圖4所示。

倒T形蓋梁頂部與兩側(cè)主梁梁端設(shè)置雙伸縮縫，目的是適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的溫度變形，梁端與蓋梁側(cè)面之間的空隙充足，大部分位置未接觸，但在防撞墻根部位置，由于澆筑混凝土?xí)r脫模控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致局部存在混凝土及鋼筋凸起堵塞物，與蓋梁形成局部硬接觸，當(dāng)兩側(cè)防撞墻受升溫?zé)崦浻绊懭菀自谠撐恢卯a(chǎn)生擠壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蓋梁腹板劈裂，病害示意如圖5所示。

圖4　倒T形蓋梁受擠壓、斜向開裂實(shí)景

圖5　倒T形蓋梁受擠壓、斜向開裂病害圖示

倒T型蓋梁頂面車輛沖擊會(huì)導(dǎo)致該病害進(jìn)一步發(fā)展，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致劈裂部位與蓋梁整體分離，形成高墜隱患。后續(xù)維修應(yīng)首先清理倒T蓋梁兩側(cè)與防撞墻之間的混凝土碎塊、鋼筋等凸起堵塞物，防止防撞墻擠壓病害開展，再對(duì)劈裂面內(nèi)注漿或局部粘貼鋼板加固。

支座混凝土墊石沉陷

支座墊石是支座與墩臺(tái)或上部結(jié)構(gòu)之間的連接部件，其平整度和強(qiáng)度直接影響支座的使用性能，進(jìn)而對(duì)橋梁的安全性、適用性、耐久性產(chǎn)生重要影響。

寬箱梁梁底設(shè)置的球型鋼支座或盆式支座，往往需要在支座上方設(shè)置墊石以調(diào)整高程，支座墊石具有混凝土體積小、受力大、應(yīng)力集中、分布鋼筋密、施工精度高等特點(diǎn)，在箱梁支座檢測工作中，支座上墊石的外觀狀況應(yīng)是歸為重點(diǎn)檢測內(nèi)容之一。上墊石往往因先天施工質(zhì)量控制不良而導(dǎo)致存在澆筑不密實(shí)、混凝土開裂、鋼筋外露等病害，典型病害示意如圖6所示。

圖6　盆式支座上墊石混凝土破損、露筋

支座上墊石混凝土不密實(shí)、破損病害持續(xù)發(fā)展，可能因墊石被局部壓潰而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)主梁發(fā)生沉降，進(jìn)而導(dǎo)致主梁梁端位置姿態(tài)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)橋面型鋼伸縮縫產(chǎn)生高差，影響行車舒適性，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){橋梁結(jié)構(gòu)安全。

當(dāng)支座本身工作性能正常，病害主要集中于支座上墊石時(shí)，可對(duì)上墊石不密實(shí)、破損部位鑿除后重新澆筑修復(fù)。若主梁姿態(tài)已發(fā)生局部不均勻沉降時(shí)，則要以墩柱為支點(diǎn)或搭設(shè)支架，用千斤頂將梁端頂起，將橋面伸縮縫兩側(cè)姿態(tài)調(diào)整到位后，鑿除并重新澆筑上墊石混凝土，待達(dá)到強(qiáng)度后撤除千斤頂，恢復(fù)支座承重。

高架橋高墜隱患

對(duì)以往發(fā)生過的事故總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，高架橋梁高墜隱患的排查應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面。

橋墩墩頂及蓋梁上的建筑垃圾，特別是堆積的模板和混凝土碎塊；無蓋梁式橋墩對(duì)應(yīng)的箱梁梁端間隙內(nèi)夾雜的模板、泡沫等建筑垃圾；防撞墻伸縮縫處間隙過小的位置、容易擠裂混凝土從而剝落高墜；主梁梁底或預(yù)應(yīng)力蓋梁外側(cè)面的封錨端混凝土也容易破損、剝落，典型病害示意如圖7所示。

圖7　蓋梁外側(cè)面封錨混凝土剝落、高墜

橋下火災(zāi)事故

橋下易燃物一旦發(fā)生火災(zāi)，將直接灼燒梁底表面混凝土，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷。上海某高架匝道橋下火燒事故現(xiàn)場，如圖8所示 。

圖8　混凝土結(jié)構(gòu)火燒后導(dǎo)致表層開裂、剝落

對(duì)于火災(zāi)事故現(xiàn)場橋梁結(jié)構(gòu)的檢測，可以先對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場的燃燒情況、過火面積、過火時(shí)間、過火的最高溫度進(jìn)行初步判斷并記錄。火燒損傷程度具體可以根據(jù)混凝土剝落的深度、裂縫的大小、混凝土表面顏色、錘子的敲擊聲等多方面判別。最后，根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定受損結(jié)構(gòu)受火溫度和損傷等級(jí)。

橋梁受火燒影響的結(jié)構(gòu)部位應(yīng)及時(shí)修復(fù)，先用高壓水槍將梁底及橋墩過火區(qū)域沖洗干凈，再對(duì)外露的鋼筋進(jìn)行表面處理，然后用環(huán)氧砂漿或其他可靠修補(bǔ)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)體截面恢復(fù)。