浅谈空心板梁桥产生的病害与防治措施__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:113

副标题#e#摘要：公路及城市道路桥梁中，简支混凝土空心,板梁桥是中小跨径桥梁的主要结构形式。针对此类桥梁常见的典型病害，该文分析了病害产生的原因，并提出了针对桥梁病害的防治策略，对此类桥梁的设计、施工、养护等具有重要的借鉴意义。
　　关键词：空心板梁桥；典型病害；成因分析；防治策略；
　　O引言
　　在公路及城市道路桥梁中，混凝土空心板梁桥是中小跨径桥梁的主要结构形式。一般单跨跨径22m以下的桥梁多采用混凝土空心板梁桥。空心板梁通常分为钢筋混凝土和预应力混凝土两大类。钢筋混凝土空心板梁主要集中在单跨跨径13m以下的桥梁，跨径>13m的基本采用预应力混凝土空心板梁。此类桥梁采用多片空心板梁拼装而成，形成整体以承受桥面荷载，一般在桥台位置设型钢伸缩缝或简易伸缩缝，桥墩位置多数采用桥面连续构造，基础多采用摩擦桩基础，桥台多为轻型桥台，柱式桥墩。
　　此类桥梁的典型病害主要集中在上部结构和桥面系，下部结构病害较少。此处主要介绍上部结构和桥面系的典型病害。根据对此类桥梁的调查，上部结构和桥面系比较典型的病害特征有：桥面铺装纵向裂缝、桥面渗漏水、钢筋锈蚀、板梁裂缝等病害。
　　1典型病害成因分析
　　1．1桥面铺装纵向裂缝
　　空心板梁桥的桥面铺装除直接承受车辆荷载的碾压外，还承担着将车辆荷载向各个板梁传递分配的功能，同时对整个桥梁结构起着防水、防晒、防侵蚀等防护作用。桥面铺装的病害直接影响到桥梁的外观、行车舒适性和安全性，此类桥梁桥面铺装病害有多种类型，桥面铺装纵向裂缝是较为典型的病害。
　　桥面铺装纵向裂缝的成因主要从设计和施工两方面进行分析。预制拼装的空心板梁桥通过桥面混凝土铺装层、铰缝混凝土和少量的铰缝钢筋将空心板梁连为整体共同受力。设计时认为铰缝只传递剪力，不承受弯矩，然而实际上空心板梁在主要承受纵向弯矩的同时，还要承受一定的横向弯矩。这一横向弯矩主要靠铰缝顶面的混凝土铺装层来承担，设计时未针对此力进行铺装设计。混凝土铺装层厚度小时，配筋较少的情况下(钢筋处于铺装层中部时，接近中心轴位置，对抗弯不起作用)，纵向裂缝的出现不可避免。小跨径板梁由于梁高较矮，梁的抗扭刚度较小，在重车通过时将产生较大的扭转变形，产生较大的横向弯矩，因此更容易出现铰缝损坏及桥面铺装纵向裂缝。
　　施工过程中如果存在严重的质量问题，对桥面纵向裂缝的出现更是雪上加霜。施工中常出现铺装层厚薄不均匀(有时为了调坡，甚至牺牲混凝土铺装层的厚度)，桥面钢筋网未按设计要求布设，钢筋网紧贴桥面，削弱了钢筋网的分布筋作用和承受荷载的能力；预留铰缝钢筋过短，锚固长度不足，浇注桥面混凝土前铰缝钢筋与板顶面紧贴，导致铰缝钢筋和混凝土的粘结力下降，在较大的梁问剪力作用下容易拉脱。
　　1．2桥面渗漏水
　　桥面渗漏水的病害特征主要表现为墩台位置渗漏水、梁间铰缝位置渗漏水、梁底裂缝渗漏水、梁底析白泛碱渗水等几个方面。通过实践经验和理论均表明混凝土桥梁的许多病害与水有着密不可分的关系。如果没有水，碱骨料和膨胀骨料病害将不会出现，混凝土的碳化将减缓，钢筋的锈蚀将减缓，氯离子对钢筋的腐蚀将停止。现场检测发现，漏水部位的混凝土劣化明显，钢筋容易锈蚀暴露。可见水对混凝土构件耐久性能的显著影响，水是桥梁耐久性病害的催生剂。因此，桥面渗漏水既是桥梁结构的典型病害特征，又是应该给以足够重视的病害特征。
　　桥面渗漏水的根本原因既为桥面防水层的破坏及排水系统的不完善，其成因有多个方面。
　　桥梁防水问题过去一直没有引起足够重视，因为通常认为混凝土本身不怕水，钢筋混凝土结构的桥梁无需防水。因此，桥面系的设计缺乏完善的排水系统，容易引起桥面渗漏水。比如墩台位置渗漏水#p#副标题#e#一般为伸缩缝和桥面连续止水功能丧失，同时还有桥面排水系统设计考虑不足引起，桥台伸缩缝两端及桥墩上栏杆接缝处未设挡水措施，水直接沿桥台伸缩缝两端或桥墩上栏杆接缝处排向桥下，刚好被墩台帽两端挡块挡住，水即从墩台顶部流下，多数桥梁都有此类病害特征。
　　梁底裂缝渗漏水及梁底析白泛碱渗水首先是空心板梁空腔内有积水，然后积水从梁底横向裂缝或纵向裂缝渗出，严重的将形成石钟乳状CaCo3，结晶。板梁空腔内积水来源一般有两种，一种是墩台处渗漏水，然后水从梁端封头板处渗入梁内；一种是梁顶板混凝土较薄或不密实，桥面防水层破坏后水从上部渗入。一般第一种情况比较普遍，其渗漏水是由墩台处渗漏水和封头板不严密共同所致。
　　桥面泄水孔的设置不合理，也会导致桥下构件遭受雨水侵蚀，不少桥梁其泄水孔一般直接在栏杆缘石下开孔设置，桥面积水即使从泄水孔排出，也被倒钩流向板梁底，引起边上几根梁经常遭受雨水侵蚀。
　　总之，桥面渗漏水的原因兼有设计、施工和养护等各个方面的综合原因造成，但桥面渗漏水对桥梁的耐久性的影响具有不可忽视的作用，因此必须引起各方的足够重视，特别是桥梁设计工程师们的重视。
　　1．3板梁裂缝
　　钢筋混凝土空心板梁的裂缝主要表现为梁底横向裂缝和纵向顺筋裂缝。由于钢筋混凝土构件设计时即考虑其带缝工作，因此其横向裂缝由于构件受弯而开裂，属于正常现象，只要其横向裂缝宽度不超过规范允许的限值，一般不会引起主钢筋的锈蚀。但横向裂缝过密和开裂过高(一般由超载引起)，对主梁刚度的降低较为明显，主梁刚度降低会引起其他连锁反应。比如梁端转角过大导致伸缩缝损坏，行车舒适度降低，铰缝间横向弯矩增大更易引起铰缝损坏等。
　　预应力混凝土空心板梁的裂缝主要表现为梁底顺筋纵向裂缝。由于预应力的存在，预应力空心板梁梁底很少出现横向裂缝，规范也要求全预应力构件不允许出现横向裂缝。根据对预应力混凝土空心板梁桥的检测经验表明，目前还未发现有跨中截面位置出现横向裂缝的预应力混凝土板梁。有时会在梁端底部出现较短的横向裂缝，这种裂缝出现与预应力钢筋的隔离长度设置不当及预应力放张过快有关，导致预应力筋端部局部拉应力过大而开裂。预应力混凝土板梁梁底顺筋纵向裂缝也分为几种情况：第一种是发生在梁端的纵向裂缝，此处多数由于预应力放张过快，引起局部较大的压应力而使梁端混凝土顺筋劈裂，有些施工单位在放张预应力筋时直接将钢筋切断，使应力突然释放，梁端产生较大的局部压应力而导致混凝土顺筋开裂。第二种情况是发生在梁中部的顺筋纵向裂缝，一般由于钢筋保护层厚度较薄，由预应力引起的横向泊松效应产生较大的横向拉应力而使混凝土顺筋开裂。前两种裂缝两侧无明显高差，宽度一般较细，一般不会引起钢筋锈蚀，但也应及时给予封闭。而第三种裂缝两侧有明显高差，此种裂缝多为钢筋锈蚀膨胀导致顺筋开裂，其危害程度较大，应给予足够的重视。
　　由膨胀集料引起的裂缝较为少见，但湖南省也有发现此类病害的桥梁。板梁底部有膨胀骨料散在分布时，板梁底面会产生放射状的裂缝，膨胀严重时，将混凝土胀裂为锥形剪切体而脱落。此类病害的危害前节已讲述过。个别预应力混凝土空心板梁底发现有顺钢筋分布的斜向短裂缝，裂缝如撕裂状，分析原因为预应力钢筋放张时混凝土强度不足所致，导致混凝土沿预应力筋撕裂。
　　2、典型病害的防治措施
　　针对这些病害的“防治”，应从两个层次去考虑，首先在于“防”。防病于未然，即可延长桥梁的寿命，又在经济上节约了大量维护资金。预防工作应始终贯穿设计、施工、养护的各个环节。
　　我国桥梁工程中采用的防水层多由防水涂料、胶体或卷材形成防水层。属于物理防水，防水层的局部破损和老化，都会影#p#副标题#e#响防水效果。近几年来，国内外推广采用水泥基渗透结晶型防水材料(如赛柏斯、中核2000)用于桥面防水层，其原理属于化学防水，该材料分为涂抹型和掺和型，其防水效果显著。对于桥面排水设施，设计时就应考虑将雨水归集起来按照预设的管道流入地下的排水设施，应避免雨水横流的现象，减少甚至避免桥面渗漏水的病害发生。针对混凝土空心板梁桥应加强铰缝构造的设计，必须考虑铰缝构造除抗剪外还要抵抗横向弯矩，特别是小跨径桥梁，其梁高较矮，抗扭刚度相对较小，必须加强铰缝横向抗弯性能的设计，铰缝构造的加强可考虑铰缝处增设桥面铺装底部钢筋网，适当增加混凝土铺装层厚度，增加铰缝钢筋的配筋率，相邻板梁的铰缝钢筋可考虑焊接等。总之，从设计角度主动考虑结构的耐久性能是提高结构寿命，预防病害发生的首要环节。
　　施工质量的好坏直接决定桥梁病害发生的轻重和早晚，有的桥梁建成2～3年就出现了严重的病害特征，而有的桥梁运营了几十年后也未发现有明显病害，施工质量的好坏是产生这种区别的重要原因。如果设计者考虑了结构的耐久性能设计，但没有良好的施工质量，比如钢筋保护层厚度不足及混凝土振捣不密实，空心板梁的顶板厚度过薄，混凝土的养生不足等等问题的存在，就不能将设计的思路完全表达出来，就不能起到预期的效果。提高施工质量的重要措施就是加强施工过程的全程控制。施工过程的每一个环节应该由具有相应资质的单位认证(通过计算、检测、检验等手段)后方可进行下一环节，直至完成整个工程。比如空心板梁主筋保护层厚度不足、顶板厚度较薄、封头板封闭不严等问题，可在出场前进行检验合格后方可使用。施工质量的好坏直接关系到桥梁的寿命长短，是预防病害发生的重要环节。
　　养护不足也是桥梁病害发生发展的重要因素。目前的养护措施通常是病害发生以后才采取对策，有时病害发生较严重时才给予重视，养护时间相对滞后，有些桥梁病害发生以后很难治理(如氯离子侵蚀、碱骨料反应等)，因此最佳的养护措施应该是“未病先防”，在桥梁养护工作中采取预防性养护措施显得尤为重要。
　　如果在设计、施工、养护各个环节都采取了必要的预防措施，则桥梁病害的发生将大大延后，其耐久性寿命大大提高。但桥梁一旦出现了上述的典型病害，则应采取“既病早治”的措施。针对上述典型病害的维修和治理，目前已有许多较为成熟的方法，在此不多缀述。
　　3结语
　　针对混凝土空心板梁桥典型的、普遍的四种病害的成因进行分析，表明桥梁病害产生的原因来源于设计、施工、养护等各个环节。因此，桥梁病害的防治工作应该是贯穿整个设计、施工、养护过程。对于已建成的桥梁病害的防治，提出了“未病先防，既病早治”的养护措施，从而使预防性养护措施在桥梁养护工作中显得尤为重要。
　　
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