老道口立交橋人行路扶手桿損壞原因及修復(fù)方法的研究

王勃涵，王 志

(遼寧城市交通技工學(xué)校)

1 橋梁人行路扶手護(hù)欄的結(jié)構(gòu)

老道口立交橋人行路扶手桿護(hù)欄是由若干跨護(hù)欄組成，每跨的兩側(cè)由兩根主立柱，上部一根主橫梁，跨內(nèi)由若干根變徑小立柱構(gòu)成。主桿是由內(nèi)有普通圓管，外套直徑為Ф110 mm不銹鋼管焊接制作主框架。中間的小立柱做成上細(xì)下粗形狀，上部采用直徑Ф22 mm不銹鋼管材，下部直徑采用直徑Ф38 mm的不銹鋼管材對(duì)焊而成。每跨的扶手小立柱整體做成上細(xì)下粗的圓弧結(jié)構(gòu)。其造型美觀、大方而不失為一個(gè)良好的城市美景。

2 橋梁扶手護(hù)欄的損壞的故障現(xiàn)像

故障現(xiàn)象主要是扶手護(hù)欄小立柱變徑處焊口開(kāi)裂，上橫桿上部凸起變形;上主橫樑管一側(cè)被向上頂起開(kāi)焊變形或主立柱向上被頂起與主橋面脫離等損壞現(xiàn)象。

3 橋梁扶手護(hù)欄的損壞機(jī)理

橋梁上扶手桿護(hù)欄損壞的主要原因是中間小立柱上下焊接的連接部位開(kāi)焊損壞后，在夏季下雨時(shí)，雨水從開(kāi)裂的開(kāi)口處灌入到下小立柱內(nèi)，由于立柱為封閉結(jié)構(gòu)，雨水無(wú)法及時(shí)排除。在冬季結(jié)冰時(shí)，由于立柱為圓柱形結(jié)構(gòu)，水結(jié)冰時(shí)的膨脹作用時(shí)，無(wú)法向四周擴(kuò)張，只能沿立柱的垂直方向膨脹，上部的小立柱被向上被頂起。最初中間的一些小立柱結(jié)冰膨脹時(shí)，會(huì)造成上扶手橫梁成上凸形弧狀彎曲，到后期主立柱的旁的小立柱受凍膨脹時(shí)可將橫梁與主立柱頂開(kāi)焊。當(dāng)兩側(cè)同時(shí)膨脹時(shí)，可造成將主立柱頂起的嚴(yán)重后果。

4 橋梁扶手護(hù)欄小立柱的損壞過(guò)程

小立柱護(hù)欄的損壞過(guò)程共有以下幾個(gè)階段。

(1)第一階段:構(gòu)件開(kāi)焊。

側(cè)面的小立柱護(hù)欄為上細(xì)下粗的結(jié)構(gòu)，在上、下變徑的部分由一個(gè)不銹鋼平墊連接。平墊與粗、細(xì)兩管采用焊接連接。由于是焊接結(jié)構(gòu)，在制造施工的過(guò)程中，存在著焊接應(yīng)力、焊接裂紋、焊接不良等焊接缺陷，這些缺陷在新產(chǎn)品中是不易被發(fā)現(xiàn)的。但在北方冬夏的溫度變化較大的自然現(xiàn)象及使用過(guò)程中的人工損壞、機(jī)械碰撞等諸多因素的作用下，經(jīng)一定的時(shí)間后，則會(huì)出現(xiàn)焊口開(kāi)裂等故障現(xiàn)象。但此階段的故障現(xiàn)象并不明顯，一般情況下不會(huì)影響到美觀及安全。所以在此階段不會(huì)引起人們的注意。

(2)第二階段:橫桿凸起變形。

焊口開(kāi)裂后，在夏季下雨季節(jié)時(shí)，大量的雨水由開(kāi)裂的焊口灌入小立柱中，由于小立柱在一跨中的造型為弧形，中間的部位為最低，高度僅為180 mm，所以中間部分的小立柱最先被灌滿(mǎn)，而其他較高部分的立柱還沒(méi)有被灌滿(mǎn)。在冬季到來(lái)之時(shí)，灌入小立柱中的雨水被凍結(jié)成冰，水結(jié)冰后產(chǎn)生6%線膨脹，其產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)960 kg/cm2，每個(gè)立柱所產(chǎn)生的線性膨脹力可達(dá)7 716 kg。如果在相鄰的幾根小立柱同時(shí)產(chǎn)生此類(lèi)膨脹力作用時(shí)，作用力會(huì)成倍增加。在這種強(qiáng)大的作用力下橫梁開(kāi)始形成上凸開(kāi)變形。此階段巳嚴(yán)重影響到了橋梁的美觀，但還能保證行人的安全。

(3)第三階段:側(cè)大立柱向上頂起或上橫梁與立柱開(kāi)焊。

此類(lèi)現(xiàn)象以每年一個(gè)周期在進(jìn)行中。當(dāng)中間小立柱向上被頂起后，帶動(dòng)兩側(cè)的立柱開(kāi)裂，向兩邊蔓延，當(dāng)?shù)竭_(dá)兩側(cè)時(shí)，由于兩側(cè)的小粗立柱下部高度達(dá)1 050 mm，灌水時(shí)會(huì)產(chǎn)生了更大的線性變形，在具大作用力作用下，如果是單側(cè)損壞時(shí)，會(huì)造成橫桿與立柱開(kāi)焊，橫桿的一側(cè)被向上頂起。當(dāng)兩側(cè)同時(shí)膨脹時(shí)，會(huì)造成每跨的主立柱從水泥基坐中頂起造成損壞。此階段中間一部分小立柱已完全上下脫離狀態(tài)，小立柱有一部分的被人盜走，形成具大空洞，嚴(yán)重的影響到了行人的安全及扶手的美觀。

5 橋梁扶手護(hù)欄的修復(fù)及防止再次發(fā)生損壞的方法

扶手桿護(hù)欄損壞原因是由于小立柱連接部位的焊口開(kāi)焊，管內(nèi)灌入的雨水結(jié)冰膨脹是造成扶手護(hù)欄損壞的主要原因，那么我們就根據(jù)其損壞的機(jī)理提出防止發(fā)生損壞發(fā)生及修復(fù)扶手護(hù)欄的方法。具體可有以下幾種。

(1)填料充填法。

既然是小立柱內(nèi)的水分結(jié)冰膨脹所至，那我們就把小立柱護(hù)欄內(nèi)的空間填滿(mǎn)物料，不讓水分占有這一部分空間，就可以防止此類(lèi)現(xiàn)像發(fā)生。方法就是在小粗立柱內(nèi)充填發(fā)泡材料，用發(fā)泡材料擠占空間，使雨水無(wú)法在小粗立柱內(nèi)存留，從而保證小立柱不被向上被頂起而損壞。假如有一部分的空間沒(méi)有被充填的發(fā)泡材料所占有而被水侵占，當(dāng)冬季結(jié)冰時(shí)其膨脹部分被充填的發(fā)泡材料所吸收，不會(huì)給小立柱造成損壞。

(2)防水進(jìn)入法。

由于雨水是從立柱護(hù)欄的上部灌進(jìn)去的，如果上部是密封的，就不會(huì)有空隙，沒(méi)有空隙就不會(huì)灌進(jìn)去硬水，沒(méi)有了雨水也就不會(huì)產(chǎn)生膨脹變形了。方法是用密封膠材料，采用現(xiàn)場(chǎng)制做的方法，制成一個(gè)個(gè)的防水小帽，套在小立柱的變徑處，形成一個(gè)阻止雨水進(jìn)入防水層。只要沒(méi)有雨水進(jìn)入到小立柱中，就不可能產(chǎn)生結(jié)冰，沒(méi)有了結(jié)冰就不能產(chǎn)生膨脹，也就防止了橋梁上的扶手橫梁變形損壞了。

(3)打孔排水法。

在小粗立柱上均勻分布的鉆上2～3個(gè)直徑為8 mm的孔洞，每當(dāng)夏季下雨時(shí)，雨水從焊縫灌入小立柱后，雨水可由鉆的幾個(gè)孔流出，由于立柱內(nèi)沒(méi)有了水，在冬季不會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰。不會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰，也就不會(huì)有膨脹，橫梁則不會(huì)產(chǎn)生變形損壞了。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，老道口人行路扶手桿護(hù)欄損壞的主要原因是工程在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中就存在的故障隱患。隱患經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間和使用過(guò)程后，在若干年的冬夏交替，焊接管路開(kāi)焊進(jìn)水，在冬季冷凍膨脹等作用下，是造成扶手損壞的根本原因。如果說(shuō)管路開(kāi)焊在目前的情況下我們無(wú)法進(jìn)行防止或防止很困難的話(huà)，那么我們只能從排水的這一個(gè)行之有效的方法來(lái)解決。如果不采用以上這些方法來(lái)解決的話(huà)，過(guò)一段時(shí)間后扶手桿護(hù)欄損壞的現(xiàn)象就會(huì)更為嚴(yán)重。在此本人想通過(guò)此方法可有效的解決老道口公和立交橋人行路扶手桿損壞這些問(wèn)題，確保橋梁達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。