混凝土橋梁病害特征及病因淺析

廖玉鳳,扎西彭措,楊云超

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500)

混凝土橋梁病害特征及病因淺析

廖玉鳳,扎西彭措,楊云超

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500)

根據(jù)西南石油大學(xué)校園內(nèi)6座既有混凝土橋梁的檢測，既有混凝土橋梁存在梁體混凝土外觀較差、支座發(fā)生剪切變形、伸縮縫填滿泥沙、橋面鋪裝層破損開裂、防撞墻撞壞、泄水孔堵塞等病害特征，并對這些病害產(chǎn)生的原因進行了細致的分析。對完善校園內(nèi)既有混凝土橋梁運營期間的監(jiān)測和日常養(yǎng)護工作有一定的指導(dǎo)意義。

混凝土橋； 檢測； 病因

隨著高校學(xué)生的擴招，一些大學(xué)的老校區(qū)因校園面積小，已不能滿足學(xué)校的發(fā)展需要。一些城市通過建立大學(xué)城，將大學(xué)由城市中心向郊區(qū)遷移，大學(xué)城中的高校得以在更大的場地建立新校區(qū)。新校區(qū)建設(shè)大多采用湖景或河景貫穿其中，為凸顯河湖美景，各種各樣的橋梁成為必不可少的景觀之一。建成的橋梁既符合景觀設(shè)計又能滿足交通需要，但經(jīng)過長期使用后，內(nèi)外多種因素會使橋梁的安全度有所下降，以致影響車輛運營的安全[1]，因此對既有混凝土橋梁進行科學(xué)的損傷檢測、安全監(jiān)測以及評估，充分了解橋梁的實際狀況，既可以為經(jīng)濟可靠地利用校園內(nèi)橋梁提供依據(jù)，又可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生[2]。

1 工程概況

西南石油大學(xué)于2002年從四川南充搬遷至四川成都，在新都建立校區(qū)，共占地133ha。校園內(nèi)有湖景、河流，為滿足交通需要及景觀設(shè)計，學(xué)校一期、二期共有橋梁6座。其中4座為單跨5m以下的小橋涵，一座為3跨混凝土拱橋，跨徑布置為5m+8m+6m，一座為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋，跨徑布置為16m+24m+10m。

2 典型病害特征及病因淺析

對西南石油大學(xué)校園內(nèi)6座既有混凝土橋梁進行了詳細科學(xué)的檢測，檢測項目包括橋梁上部結(jié)構(gòu)混凝土破損和梁底裂縫檢測、橋梁下部結(jié)構(gòu)混凝土破損和裂縫檢測、支座變形情況檢測、橋面系及其附屬結(jié)構(gòu)檢查、混凝土強度測試、鋼筋位置和保護層厚度測試等。根據(jù)這些外業(yè)檢測項目結(jié)果，該校園內(nèi)既有混凝土橋梁的易發(fā)病害和較為嚴重的病害總結(jié)如下，并對這些病害產(chǎn)生的原因進行了細致的分析。

2.1 混凝土表面缺陷

梁體混凝土表面普遍粗糙、不平整，伴隨模板痕跡(圖1)；底板混凝土保護層過薄，導(dǎo)致粗骨料及箍筋有外露現(xiàn)象(圖2)；拱橋拱腳位置還出現(xiàn)了表面裂縫及返堿(圖3)；梁底混凝土出現(xiàn)蜂窩及大面積空洞剝落(圖4)。

圖1 梁體模板痕跡

圖2 粗骨料及箍筋外露

圖3 裂縫及游離石灰

圖4 梁底混凝土剝落修復(fù)不徹底

上述這些情況在這6座橋中均有發(fā)生。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件種類、建橋環(huán)境、施工質(zhì)量以及使用情況等的不同，在基本構(gòu)件上缺陷產(chǎn)生的部位、種類和程度也不同。對于混凝土橋上部結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，缺陷往往以表面裂縫、蜂窩、麻面、空洞、露筋、剝落、返堿縫隙夾層(施工縫處混凝土結(jié)合不好，有縫隙或夾有雜物的現(xiàn)象)等。

此類病害主要是由于混凝土施工質(zhì)量差引起的，雖然短期內(nèi)不會引起橋梁承載能力的降低，但對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性影響較大。對于混凝土橋梁，由于某一缺陷的日積月累，加上環(huán)境的影響，有擴大的危險。例如蜂窩麻面，由于水的滲入，促使混凝上材料惡化，會引起鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕物的產(chǎn)生過程會有體積膨脹，又導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生銹蝕裂縫，形成惡性循環(huán)。比如表層混凝土剝落會導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕，繼而引起混凝土更大面積的銹蝕開裂，長期作用會降低截面剛度、減小鋼筋的有效直徑，對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁，如果預(yù)應(yīng)力筋銹蝕后果將更嚴重。再如，混凝土開裂、剝落、錯位、鋼筋外露銹蝕，會使結(jié)構(gòu)橫向剛度降低，單梁受力加大，結(jié)構(gòu)加速破壞。

另外，在混凝土橋中，缺陷和原因不是一一對應(yīng)的，不少情況是某一個原因是誘發(fā)源，其它則多為促進缺陷發(fā)展的原因。

2.2 鋼筋銹蝕

本次檢測發(fā)現(xiàn)中環(huán)路南段橋、二期人行天橋出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象(圖5)。

鋼筋銹蝕可分兩種情況，一種是混凝土開裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，即先裂后銹；一種是因為保護層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。此次檢測中發(fā)現(xiàn)的鋼筋銹蝕現(xiàn)象均為第二種原因引起的，即露筋。此類病害中鋼筋銹蝕體積膨脹會導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落，即先銹后裂。一般主體結(jié)構(gòu)中很少有先銹后裂的情況，但其附屬結(jié)構(gòu)如防撞墻等卻有此種情況。調(diào)查顯示，有的防撞墻內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)幾乎無保護層，在大氣環(huán)境作用下鋼筋銹蝕得相當(dāng)嚴重。由于鋼筋銹蝕，導(dǎo)致表面混凝土開裂甚至成塊脫落，混凝土開裂或脫落又使原來處于混凝土保護層下的鋼筋暴露于空氣中，如此惡性循環(huán)，如不加以維修養(yǎng)護，此種病害對橋梁的危害也是不可忽視的。保護層太薄或露筋，在橋梁竣工后幾年內(nèi)問題并不顯得太突出，甚至一直處于被忽視的狀態(tài)，直到長期的水氣作用導(dǎo)致鋼筋嚴重銹蝕后才引起注意，再花費人力、物力進行維修養(yǎng)護。

圖5 鋼筋外露銹蝕

2.3 支座

三孔橋、夢溪路橋、中環(huán)路南段橋無支座，二期人行天橋下是鴻運大道，墩高車多，中間墩跨支座無法檢查，僅僅檢查橋頭支座。支座均為板式橡膠支座，支座后期處理不規(guī)范，支座周圍沾滿混凝土?？v向有輕微剪切變形，有個別支座發(fā)生輕微橫向剪切變形(圖6)。

圖6 粘滿混凝土且有剪切變形的支座

板式橡膠支座出現(xiàn)剪切變形是由于支座受力不均勻造成的，支座上部梁體不平整導(dǎo)致支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，長時間受力不均勻致使支座容易老化、開裂；因新都處于多雨地區(qū)，經(jīng)常降雨使支座上方鋼板及螺栓銹蝕現(xiàn)象普遍， 從而使橡膠支座轉(zhuǎn)動失去靈活性。

2.4 橋面系及其它

2.4.1 伸縮縫

經(jīng)檢查所有橋梁的伸縮縫均塞滿泥沙，三孔橋、二期人行天橋橋臺處伸縮縫填充的的瀝青出現(xiàn)老化和夾渣，三孔橋伸縮縫處混凝土出現(xiàn)碾碎現(xiàn)象(圖7)。

圖7 塞滿泥沙且被碾碎的伸縮縫

伸縮縫出現(xiàn)此類現(xiàn)象主要是后期的養(yǎng)護未跟上，若長期不清理則會失去主梁伸縮作用，從而導(dǎo)致橋臺蓋梁被頂出較大的裂縫或位移，或者橋面起殼、脫落，無法保持其良好的使用性能，也影響其外觀形象。

2.4.2 橋面鋪裝層

三孔橋橋面水泥混凝土鋪裝層出現(xiàn)龜裂；中環(huán)路南段橋橋面水泥混凝土鋪裝層出現(xiàn)破損；人行天橋橋面鋪設(shè)地磚，部分地磚出現(xiàn)裂縫(圖8)。

圖8 中環(huán)路南段橋橋面破損

此類病害在橋梁中比較常見：橋面裂縫和凹槽、跳車等會降低行車的舒適性，并增大對橋梁的沖擊力；同時很多橋梁的橋面水會下滲到主梁頂板上，使混凝土受到腐蝕，從而混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，降低橋梁的承載能力。這類病害主要是由于橋梁的日常養(yǎng)護及維護修理不當(dāng)造成的。

2.4.3 防撞墻與欄桿

三孔橋防撞墻表面破損，部分區(qū)域斷裂(圖9)。其余橋防撞墻及欄桿均良好。

圖9 三孔橋防撞墻表面破損

此類病害主要是防撞墻表面被汽車撞壞，而又不能得到及時修復(fù)，時間久了會導(dǎo)致防撞墻失去其應(yīng)有作用。

2.4.4 泄水孔

大部分的泄水孔因日后的維修養(yǎng)護不到位，均有被泥土堵塞的現(xiàn)象(圖10)。部分泄水孔已不能正常工作，部分泄水孔遭到損壞需及時更換，只有少數(shù)一些泄水孔能正常工作。

圖10 二期人行天橋受損的泄水孔

此類病害主要是泄水孔的日常清理養(yǎng)護沒有到位，導(dǎo)致泄水孔出現(xiàn)破損及堵塞。

3 總結(jié)

通過對西南石油大學(xué)校園內(nèi)的6座既有混凝土橋的病害檢測，并對這些病害產(chǎn)生的原因逐個進行了分析?？偨Y(jié)產(chǎn)生上述病害的原因如下：

(1)混凝土病害主要是施工質(zhì)量問題，如施工時偷工減料造成混凝土不密實、有孔洞，質(zhì)量差；

(2)孔跨設(shè)計不合理。如單孔跨徑設(shè)計過小，導(dǎo)致橋孔通水不暢，橋孔附近河床淤積；

(3)橋梁運營期間的監(jiān)測及養(yǎng)護工作不夠完善，人為破壞因素嚴重。

4 結(jié)束語

任何一座橋梁，從交付運營時起，或多或少就帶有一定程度的病害，如不加以處理，病害將越來越嚴重，最終危及到橋梁的安全。對橋梁病害必須進行維修處理，但更重要的是從設(shè)計、施工中去預(yù)防橋梁病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費用。因此建立健康、安全、穩(wěn)定的檢測系統(tǒng)是很有必要的。

對日后校園內(nèi)橋梁的檢測望能做到以下兩點：

(1)建立全面的橋梁健康檢測系統(tǒng)，實行定期檢測，對重要的受力和變形部位建立監(jiān)測點，達到實時檢測；

(2)加強日后的維修養(yǎng)護工作，特別是對于橋面附屬設(shè)施，如伸縮縫、泄水孔等。通過改善橋梁的使用環(huán)境，延長橋梁的使用壽命。

[1] 高懷志，王君杰.橋梁檢測和狀態(tài)評估研究與應(yīng)用 [J].世界地震工程， 2006，(2)：57-64

[2] 廖玉鳳，王偉.既有混凝土橋梁病害特征及病因淺析[J].四川建筑科學(xué)研究，2006，(9)

西南石油大學(xué)重點開放性實驗

廖玉鳳(1979～)，女，碩士研究生，講師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)計算分析。

U445.7+1

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[定稿日期]2014-09-09