关于桥梁病害原因及加固措施的探讨

摘要:由于交通量的迅猛增长以及车辆的重型化, 桥梁受到不同程度的损害,给安全运营带来严重威胁。因此在桥梁养护工程中, 旧桥加固是重重之重,然而这也是一门难度大、技术要求高的课题。作者根据多年来的工作经验,对旧桥梁各种病害的产生原因加固措施进行了探讨。

关键词: 桥梁 病害原因加固措施;

1. 桥梁病害产生的原因

1.1 内部的原因

1.1.1 设计标准低

经调查, 大部分出现病害的桥梁均建成于建国以来至上世纪六、七十年代, 受当时条件及技术水平限制, 采用的技术标准比较低。如桥梁设计荷载大部分采用汽-10、12 级、挂车-40、60的标准。早期设计的大部分桥面铺装层厚度较小, 厚度多为40～60 mm, 且大部分为素混凝土, 有设钢筋网的钢筋直径小、间距大,以及混凝土强度低等, 这些都削弱了桥面铺装层的强度和承载力。

1.1.2 施工技术的影响

由于施工队伍技术力量薄弱、管理水平低、质量意识淡薄、施工工艺落后等原因。

1.1.3 使用时间长

建国以来修建的一些桥梁, 虽然至今仍焕发出很强的生命力, 但随着时间的流逝, 许多桥梁已经达到或接近其使用极限, 个别构件已出现严重变形或材料老化情况, 危及桥梁的使用安全。

1.1.4 材料质量差

原材料质量低下, 砂率大, 水灰比过大或偏小, 砂石级配差以及钢筋强度低等, 这些也是桥梁损坏的主要原因。

1.1.5 不同性质构件的相互破坏作用

桥梁是由不同性质类型的构件所组成的综合体, 构件因其强度、刚度、热胀冷缩、变形系数等的不同, 在外界因素(如温度、湿度等)的影响下, 会发生相互的张拉、推挤、剪扭作用,造成相互的破坏。如由于泄水管管材和水泥混凝土的热胀冷缩系数不同, 在温度变化的影响下, 在接触面形成裂缝, 造成渗水, 破坏周围混凝土结构。

2. 病害形式

从病害发生的部位划分, 主要有以下几种形式:

2.1 基础病害

桥梁基础的病害有基础下沉开裂、钢筋外露、基底冲刷淘空等。

2.1 墩台病害

墩台身的病害有裂缝、混凝土(勾缝砂浆)剥落、钢筋外露、墙身倾斜等。

2.3 梁体(拱圈) 病害

梁(板)式桥出现比较多的病害主要有裂缝、混凝土剥落、钢筋外露、孔洞、桥面板塌坍、跨中下挠变形等; 拱式桥出现比较多的病害主要有拱圈产生纵横向裂缝、五角石开裂、勾缝砂浆剥落等。

2.4 桥面系病害

主要表现混凝土铺装层麻面、露骨、裂缝、露筋; 伸缩缝脱焊、掉角、伸缩体老化、杂物堵塞; 桥面排水管锈蚀、堵塞; 防撞栏(栏杆)混凝土剥落、损毁、露筋等。

2.5 桥头病害

桥头路基沉降、桥头搭板折裂或搭板破碎、桥头锥坡或防护构造物出现裂缝、破碎、推移或隆起变形等是许多桥梁桥头的通病。

3. 加固措施

3.1 基础加固

基础加固主要适用于河床受冲刷的浅基础桥梁, 一般可分为整孔防护和局部防护。整孔防护主要适用于桥跨较小、水位较浅、河床冲刷不严重尚未危及基底持力层的桥梁; 局部防护主要适用于跨度大、水位较深、河床冲刷严重、河床下切、基底持力层已受破坏的桥梁。中小桥梁基础防护加固大部分采用整孔防护。主要加固措施是: 在桥梁墩、台基础上、下游一定距离范围内的河床上用300 mm厚M7.5浆砌块石进行铺底加150 mm钢筋混凝土铺底, 铺底必须置于上基础顶面。铺筑前, 必须对基础损伤部位进行处理,对河床出现冲沟部位进行回填砂砾并夯实。在铺底沿上下游边缘处设置C25混凝土截水墙, 墙身高度视河床冲刷程度而定, 通常墙高为2 m左右,截水墙采用挡土墙形式, 并设置基础, 基础下夯打松木 120 mm、5 m松木桩加固。上述加固方法, 能减少对桥梁墩、台基础的扰动影响, 施工方便、容易。

3.2 更换构件

水泥混凝土桥面铺装层破损的主要原因是原先结构标准比较低, 因此, 新颁布的桥涵标准中对铺装层的设计有比较明确的要求。水泥混凝土桥面铺装层厚度不宜小于80 mm, 混凝土的强度等级不应低于C40; 铺装层内必须配置钢筋网,钢筋直径不应小于8 mm, 间距不宜大于100 mm。铺筑桥面铺装层前, 应使板体表面洁净、粗糙、均匀, 无浮皮、无油腻及各种杂物, 保证铺装层与梁板体之间有良好的粘结力。

更换行车道板比较多的情况是更换一些T型梁翼板和实心板。对于T型梁翼板的更换, 必须慎重对待, 大部分主梁、横隔板构造完好, 许多病害集中在翼板, 因此只需更换翼板部分, 但应做好更换后翼板与旧主梁和横隔板的充分连结成为受力整体。竹桥桥面加固措施就是采用更换T型梁翼板的做法。该桥原采用标跨为16 m老标准(1980年)T型梁设计, 翼板厚度较薄, 边缘最薄为80 mm, 桥面病害大部分集中该处, 主梁及横隔板未发现病害。该桥更换翼板具体措施是: 保留主梁和横隔板结构不变, 拆除翼板和为满足更换后翼板厚度需要的部分主梁、横隔板混凝土, 拆除时应采用人工拆除, 并注意避免对主梁和横隔板损害, 更换后按T梁新标准(1993年)设计, 翼板厚度采用150 mm, 并按新标准配筋, 在翼板与主梁连接处, 除连接好主梁已有钢筋外, 在主梁两侧增设斜筋, 连接主梁和翼板主筋, 使主梁与翼板更好连接。

对于实心板更换, 因实心板构造简单, 设计和施工比较容易, 通常是将原来墩台帽和板一起更换, 主要是因更换后板的厚度和支承位置已发生变化, 同时把台帽做成椅座, 有利于台后搭板布置, 提高桥面连续性, 减少桥头跳车, 但须做好墩台帽与墩台身间的连接, 保持连成一个整体。

3.3 卸载减负

一些圬工拱桥由于自重较大, 且建成年代较久, 在拱圈等处出现病害, 其承载力出现下降的情况。目前比较有效的加固途径就是通过卸载减轻自重, 并转变其受力体系。黄坊桥(全长103.64 m)通过卸载并改变受力体系,取得良好效果, 减轻重量达到30% , 并提高拱圈承载力, 延长桥梁的使用寿命。该桥是典型空腹式无铰石拱桥, 主拱圈为等截面形式, 拱轴系数3.5, 净矢跨比1/5, 该桥的主要病害表现为桥面沉陷、拱圈纵横向裂缝、砌体砂浆剥落。2008年10月23日对该桥进行加固整治, 12月31日竣工,工程达到预期目标。其具体维修加固措施为: 首先拆除拱上部建筑, 包括护拱、腹拱、侧墙及填料, 减轻自重; 然后对拱圈进行加固, 主要是在拆除后的拱背上浇筑一层200 mm厚钢筋混凝土,从而达到防止裂缝发展并加大拱圈截面面积、提高其承载力的作用; 最后在桥墩(台)上、拱背上设置立墙, 立墙间距根据原来腹拱位置及拱顶位置来进行计算确定, 桥面板采用300 mm厚连续板。这样, 由原来单纯拱桥结构变成拱与连续板相结合的桥跨结构, 不但加固效果理想, 而且造型轻巧、美观。

3.4 增设反压护坡

许多埋置式桥台, 由于桥头存在一定的填土高度, 填料压实不密实, 且个别桥头地基地质差, 导致桥头填料在外力及自重的作用下, 处于移动状态, 尤其是土体往台前锥坡方向移动最突出。为了有效抑制台后填土移动, 比较有效的措施是在台前方向设置反压护坡连接两侧桥头锥坡, 利用反压护坡、锥坡抵挡台后推力, 以达到保持台后土体处于平衡状态为目的。

3.5 设置钢筋混凝土过渡板

桥头跳车, 其原因是路基与桥梁是两个不同性质的构造物, 路基变形大, 且多为塑性变形,易沉降; 桥梁是一种刚性体, 变形小, 且多为弹性变形。目前, 对该类病害的加固措施较多, 但至今还没有一种较彻底解决方法。常采取设置过渡措施, 在桥头搭板与混凝土路面层间设置6～10 m长的钢筋混凝土面层过渡板。在过渡板与搭板间的横缩缝采用拉杆平缝形式, 在过渡板与混凝土板间的横缝则采用设传力杆胀缝形式。

4. 结语

旧桥的病害原因复杂, 加固难度大、技术要求高, 所以首先必须尽早及时发现病害, 进行系统的病害调查与检测, 弄清病害发生的原因。然后在此基础上, 提出多种加固方案进行论证比较。最后选择一种切实可行、以治本为目的的维修加固方案, 达到既延长桥梁的使用寿命, 又降低桥梁养护费用。加固后需对桥梁进行监测, 以确定桥梁加固效果, 在不断总结经验和技术进步的基础上应形成桥梁加固的专门规范。

参考文献:

[1] 闻宝联, 等. 钢筋混凝土桥梁病害调查及维护研究[J]. 桥梁建设, 2004(1).

[2] 孙国钧, 王卫东. 浅基桥墩加固技术[J]. 桥梁建设,2004(3).

[3] 简亮. 高等级公路桥头跳车的成因及处治措施[J].交通科技, 2004(4).