空腔積水對空心板橋的危害分析及防治措施

劉 恒 曹曉斌 曾芙霞

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

混凝土空心板橋是橋梁上部結(jié)構(gòu)較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，相較于其他橋型，空心板橋內(nèi)部的空腔不但可以節(jié)約材料也極大程度減輕了梁板自重，增大了截面的抗彎慣性矩，且其具有結(jié)構(gòu)受力明確、施工方便、造價低等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于中小跨徑橋梁和大型橋梁的引橋部分。

在橋梁檢測過程中發(fā)現(xiàn)，大量在役空心板橋由于養(yǎng)護不到位，除了出現(xiàn)其他橋梁類似的結(jié)構(gòu)性病害，還隨著運營時間的增加出現(xiàn)了不同程度的空腔積水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。

1 病害調(diào)查

對于混凝土施工質(zhì)量較好的空心板橋，早期的積水不易從外觀檢測過程中被發(fā)現(xiàn)，可以采用地質(zhì)雷達進行探測。地質(zhì)雷達采用便攜微機控制，通過高頻電磁波來確定介質(zhì)內(nèi)部物質(zhì)分布規(guī)律，是一種快速高效的無損檢測方法，可以達到直觀效果。地質(zhì)雷達主要工作原理就是以寬頻帶短脈沖的形式從被檢測空心板底板向上混凝土介質(zhì)發(fā)射高頻電磁波，遇到分界介質(zhì)面形成發(fā)射或折射波，根據(jù)延時、形狀和頻譜特征，通過參數(shù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、表征體現(xiàn)，在筆記本電腦上進行頻譜處理與分析，突出電磁波速度、振幅、波相識別、波形變化所形成的有效波影像，再進行波相分析、解譯和研判。電磁波為橫波，其中的電場強度、磁場強度和波矢量三者互相垂直。由于橋梁混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)總體上較為均值，在波的傳播過程中其空間方向是固定不變的，因為在空氣中電場與磁場是同相位的，兩者同時達到極大值和極小值，即發(fā)生了發(fā)射與折射，也只是傳播方向發(fā)生變化，電場與磁場的方向依然不變，其比值剛好等于電磁波速。

隨著時間推移，空心板橋空腔內(nèi)積水會從底板混凝土空隙中慢慢滲出，大部分表現(xiàn)比較明顯，可以采用目測。空腔內(nèi)積水較多時，空心板底板局部混凝土澆筑質(zhì)量較差的部位會出現(xiàn)滲水，混凝土比較潮濕。空腔內(nèi)積水時間較長，內(nèi)部積水已經(jīng)滲出，則會在滲出部位形成乳白色的結(jié)晶，出現(xiàn)一些微裂縫。嚴(yán)重者會出現(xiàn)表層混凝土剝落，鋼筋銹蝕的現(xiàn)象。某空心板底板滲水結(jié)晶見圖1，某空心板鉆孔排水見圖2。

2 病害成因分析

根據(jù)大量空心板橋空腔內(nèi)積水病害檢測結(jié)果，分析主要成因有以下幾點：

1)施工不規(guī)范導(dǎo)致積水。空心板在預(yù)制養(yǎng)護過程中，部分工地直接把空心板兩端空腔下部砌好，然后注水養(yǎng)護，待封頭混凝土施工，空腔內(nèi)積水未完全排除或蒸發(fā)，封頭混凝土施工完，積水存留于空腔內(nèi)。

2)橋梁伸縮縫止水帶破壞未及時養(yǎng)護導(dǎo)致積水。由于封頭混凝土是后澆筑形成，因此可能會產(chǎn)生收縮裂縫，橋面的雨水從伸縮縫灌入空心板端頭，再由兩端封頭混凝土裂縫、空隙中進入空心板空腔內(nèi)。這種情況比較普遍，空腔積水較多的空心板大部分都會有這樣的問題。

3)橋面鋪裝開裂、防水層破壞導(dǎo)致空心板空腔內(nèi)積水。橋面鋪裝開裂未及時養(yǎng)護，雨水就沿著裂縫滲入空心板頂板或鉸縫再從腹板滲入空腔內(nèi)。這種情況也較普遍，并且一般伴隨著鉸縫破壞、滲水等病害同時出現(xiàn)。

4)橋面鋪裝大修過程施工不當(dāng)導(dǎo)致空心板空腔內(nèi)積水。橋面鋪裝大修過程，采用機械進行橋面鋪裝鑿除過程中，容易打穿頂板，不但對結(jié)構(gòu)造成了損傷還容易導(dǎo)致空腔內(nèi)大量積水。重做橋面鋪裝時為了加強橋面鋪裝與空心板的連接，使之共同受力，往往會在空心板頂板植筋。若植筋孔打穿頂板，植筋后封閉不嚴(yán)，則有可能造成空腔內(nèi)大量積水。

3 空心板內(nèi)空腔積水的危害分析

3.1 對承載能力的影響

空心板空腔內(nèi)積水，相當(dāng)于增加了梁板的自重，致使橋梁設(shè)計恒載發(fā)生改變，增大空心板橋撓度和裂縫寬度。以交通運輸部頒20 m后張空心板標(biāo)準(zhǔn)圖為例，假設(shè)空腔內(nèi)積水80%，則相當(dāng)于增加了自重約28%。在積水重力作用下，空心板跨中下?lián)霞s4.85 mm。如果單塊空心板積水，同時會影響到鉸縫的受力。

3.2 對耐久性的影響

空腔積水一般含有少量堿性物質(zhì)，經(jīng)過在空氣中的氧化，會腐蝕風(fēng)化混凝土，使表層混凝土剝落，降低混凝土強度。

長期的空腔積水會讓積水沿著微裂縫滲入混凝土，侵蝕受力鋼筋，引起鋼筋銹蝕體積膨脹，進一步加劇混凝土開裂，導(dǎo)致梁板承載能力下降。

由于積水滲入到混凝土裂縫中，在寒冷冬季水會結(jié)冰，產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)很大的應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫增大，加劇了混凝土結(jié)構(gòu)的破壞程度，縮短了結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4 防治措施

4.1 預(yù)防措施

1)在空心板底板布置排水孔。由于空心板設(shè)計有預(yù)拱度，因此，排水孔不宜布置在跨中位置，可在距梁端L/4～L/8范圍內(nèi)布置4道排水孔。排水孔孔徑不宜過小，以防堵塞，排水孔也不宜過大過多，以防底板排水孔位置應(yīng)力集中。

2)施工空心板封頭混凝土前，需排干空腔內(nèi)積水，封頭混凝土采用補償收縮混凝土，在混凝土中添加一定比例的膨脹劑，使混凝土在凝結(jié)過程中產(chǎn)生一定的膨脹量，從而抵消全部或部分混凝土收縮變形，保證封頭混凝土的密封性。保證鉸縫混凝土施工質(zhì)量，保證橋面鋪裝防水層施工質(zhì)量，防止橋面積水滲入空心板空腔內(nèi)。

3)加強養(yǎng)護，特別是橋面鋪裝開裂、伸縮縫堵塞、止水帶損壞時要及時養(yǎng)護和更換，避免雨水滲入。

4)橋面鋪裝大修破板過程中，注意機具不要打穿頂板。若需植筋時，植筋孔需密封好，防止雨水滲入。

4.2 治理措施

1)若混凝土無開裂、凍壞等病害，可以用電鉆在空心板底板距梁端L/4～L/8范圍內(nèi)鉆排水孔，直接排除空腔內(nèi)積水。打孔過程中為避免損傷底板鋼筋，應(yīng)先用鋼筋掃描儀探測出鋼筋位置，在鋼筋間隙內(nèi)鉆孔。

2)若混凝土出現(xiàn)開裂、鋼筋銹蝕等病害，應(yīng)先對鋼筋進行除銹，銹蝕嚴(yán)重的鋼筋應(yīng)加焊替換。鑿除裂縫周圍松動的混凝土，清洗干凈后采用高強灌漿材料進行注漿加固。

3)若局部混凝土破損較嚴(yán)重，可在以上基礎(chǔ)上采用粘貼鋼板或碳纖維材料的方法進行局部加固。

4)若空心板破損較嚴(yán)重，無法繼續(xù)滿足承載力要求，可更換空心板。

5 結(jié)語

空心板橋空腔內(nèi)積水是橋梁運營過程中不斷發(fā)展的病害，病害發(fā)展初期對結(jié)構(gòu)的影響較小，也不易發(fā)現(xiàn)。若不及時發(fā)現(xiàn)病害，采取防治措施，隨著時間推移，將會影響到結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。因此，在設(shè)計、施工和養(yǎng)護階段都應(yīng)采取一些防治措施，避免空心板橋空腔內(nèi)積水，提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。