橋梁的病害問題研究★

鄧 國 專

(陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710043)

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橋梁的病害問題研究★

鄧 國 專

(陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710043)

介紹了鋼筋混凝土橋梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁的特點，總結(jié)了兩種橋梁存在的主要病害類型,并分析了各種問題的產(chǎn)生原因，提出了相應(yīng)的防治和解決方法，為以后橋梁技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。

鋼筋混凝土橋梁,鋼橋梁,病害,問題，承載力，施工工藝

0 引言

作為公路交通樞紐的橋梁結(jié)構(gòu)，在施工和運營的過程中，由于受各種不利因素(材料的特性、結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的使用條件與防護措施和結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境等因素)的影響，出現(xiàn)了各種病害問題。橋梁的病害問題對橋梁的正常使用和正常運行造成嚴重影響，甚至?xí)饦蛄褐黧w結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重破壞。針對橋梁病害問題，很多學(xué)者對此作出了研究。陳紅梅[1]、王麗[2]、周益生[3]和張衛(wèi)[4]等對鋼筋混凝土橋梁的病害問題進行分析并提出了相應(yīng)的加固和維修方法；廖衛(wèi)東[5]對武漢黃石公路橋梁病害問題進行研究并分析了加固方法；羅寶蓮[5]、曹國良[6]、朱海峰[7]、宋昱宇[8]等對鋼結(jié)構(gòu)橋梁病害問題及防治進行了研究。

基于以上研究成果，本文對鋼筋混凝土(RC)橋梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁的各類病害問題進行了系統(tǒng)合理的研究，并提出了相應(yīng)的加固和維修方法。

1 鋼筋混凝土橋梁病害問題

造成鋼筋混凝土橋梁病害問題的根本原因是材料的性能逐漸退化造成耐久性不良。由于鋼筋混凝土橋梁是由鋼筋和混凝土兩種材料組合而成，因此，鋼筋混凝土橋梁的病害問題主要包括混凝土病害和鋼筋病害。

1.1 混凝土病害

混凝土病害主要包括混凝土結(jié)構(gòu)表層病害以及裂縫的發(fā)展。

1.1.1 混凝土表層病害

由于施工質(zhì)量和環(huán)境因素的影響，混凝土表層病害主要包括蜂窩、麻面、剝落、破損、空洞和露筋等問題，并且表1列出了橋梁主要表層病害的原因。針對混凝土表層病害一般只需要進行正常的養(yǎng)護管理或針對性的修補，主要包括混凝土補修法和水泥砂漿補修法，其中混凝土補修法主要是針對較大范圍破損的缺陷進行補修，而水泥砂漿補修法主要應(yīng)用于較小面積的缺陷，特別是損壞深度較淺的缺陷。

表1 橋梁表層病害原因

1.1.2 混凝土裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫主要是由于混凝土材料自身的初始缺陷以及混凝土內(nèi)部微觀裂縫的不斷發(fā)展造成的，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(RC)中最主要的病害問題之一?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的種類有很多，主要包括兩大類:結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。針對結(jié)構(gòu)裂縫問題主要從設(shè)計和施工質(zhì)量方面進行改善以及嚴重超載，而對于非結(jié)構(gòu)裂縫的防治措施主要有：1)預(yù)冷，降低混凝土入模時的溫度；2)縮短攪拌時間；3)澆筑后立即用塑料膜覆蓋或噴水霧，必要時噴灑密封劑等。

1.2 鋼筋病害

鋼筋銹蝕是鋼筋病害中最嚴重的問題，一般混凝土橋梁養(yǎng)護完成后內(nèi)部環(huán)境處于高堿性(pH=12～14)狀態(tài)，在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，可阻止有害因子對鋼筋的腐蝕，進而保證橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間的正常使用。在無雜散電流的環(huán)境中，一般有兩種因素可能導(dǎo)致鋼筋鈍化膜發(fā)生破壞：混凝土碳化使鋼筋位置的pH值降低，或足夠濃度的游離氯離子擴散到鋼筋表面使鈍化膜“溶解”。因此，影響鋼筋銹蝕的原因主要有以下幾方面：1)混凝土中氯離子的含量；2)混凝土的密實度和保護層厚度；3)混凝土液相pH值；4)環(huán)境條件。針對鋼筋銹蝕問題的主要防治措施包括：1)采用耐腐蝕鋼筋；2)控制原材料中氯化物的含量；3)應(yīng)用鋼筋阻銹劑；4)陰極保護；5)采取有效的防滲措施等。

2 鋼結(jié)構(gòu)橋梁病害問題

近幾百年來，隨著鋼材和制造技術(shù)的發(fā)展，鋼橋梁也逐步發(fā)展起來，但由于鋼材本身的特性以及橋梁所處的環(huán)境(腐蝕、火災(zāi)、霜凍以及化學(xué)或生物侵蝕環(huán)境)，鋼橋梁面臨著各種病害問題，歸納起來主要包括：1)承載力不足；2)施工工藝差；3)橋梁腐蝕病害等。

2.1 橋梁承載力不足

隨著交通運輸能力的不斷發(fā)展和進步,無論是在公路運輸方面還是在鐵路運輸方面都呈現(xiàn)出速度快、載重大的發(fā)展趨勢,鋼結(jié)構(gòu)橋梁普遍存在承載力不足的問題,加之既有橋梁的破損和老化，進一步加深了該問題的嚴重性[10]。針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁承載能力不足的問題,應(yīng)該對鋼結(jié)構(gòu)橋梁進行相應(yīng)的承載能力試驗，或者根據(jù)現(xiàn)行需要通行的車輛進行承載能力計算，驗算橋梁是否能滿足強度要求，針對個別承載能力達不到要求的橋梁,應(yīng)根據(jù)目前載重能力要求采取相應(yīng)的加固措施。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工工藝差

在多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁中,由于各個構(gòu)件之間的貫通連接,在節(jié)點處施工工藝比較復(fù)雜,下料難度較大。有些施工單位為了加快施工進程，采用施工工藝簡單方便,將節(jié)點連接處的連接構(gòu)件接頭切成平端,對貫通處采取不牢靠的措施(一般是補瓦片措施),該施工方法嚴重削弱了節(jié)點的承載能力，容易造成橋梁結(jié)構(gòu)的坍塌;對下料尺寸不足的構(gòu)件，一般采取在局部縮減尺寸的方法，該方法同樣削弱了結(jié)構(gòu)的承載能力,與橋梁設(shè)計規(guī)范不符,對橋梁結(jié)構(gòu)的安全造成嚴重影響[6]。針對施工工藝和施工方法對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的影響問題,應(yīng)從源頭解決該類問題,加大對從事橋梁施工專業(yè)技術(shù)人員的定期培訓(xùn)和教育,提高和改善現(xiàn)場從事橋梁施工技術(shù)人員的綜合素養(yǎng);對專業(yè)的技術(shù)操作人員采取上崗前先培訓(xùn),培訓(xùn)合格后再上崗(一般要持證上崗)。對于大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工工藝流程,應(yīng)運用專業(yè)有限元分析軟件進行施工階段受力分析,保證施工過程的安全,提出安全合理的施工方案。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕問題

由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁經(jīng)常暴露在外部環(huán)境中，其表面與周圍環(huán)境中的有害介質(zhì)(水分、鹽分、氯離子等)極易發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)，當涂層性能較差時，有害介質(zhì)便會破壞涂層，滲透至鋼橋梁表面，使鋼鐵產(chǎn)生銹蝕，進而造成橋梁的腐蝕，降低橋梁的承載能力。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕問題是橋梁病害中最嚴重的問題之一[11-13]。橋梁腐蝕不僅浪費了大量的人力物力,也對橋梁的正常使用造成嚴重影響，縮短橋梁的使用壽命。鋼橋梁腐蝕的原因歸納起來主要包括：1)自然環(huán)境因素影響；2)鋼梁結(jié)構(gòu)；3)人為因素等。針對鋼橋的腐蝕問題,目前主要采用涂裝的方法加以控制和預(yù)防。防腐涂裝系統(tǒng)的選用主要考慮的因素是橋梁所處的自然環(huán)境、設(shè)計使用年限,同時應(yīng)注意鋼梁的結(jié)構(gòu)類型、施工工藝方法以及人為因素等方面的影響。

3 結(jié)語

本文總結(jié)了鋼筋混凝土橋梁和鋼橋梁目前存在的主要病害問題和解決方法，通過對比分析現(xiàn)階段橋梁的病害問題和解決措施，可以得出如下結(jié)論：

1)提高材料的質(zhì)量，是解決橋梁病害的根本方法，嚴格控制和檢驗材料進場驗收，提高質(zhì)量標準。2)改善施工工藝，提高施工質(zhì)量。3)橋梁的主管部門(主要是建設(shè)單位和管理單位),應(yīng)定期對橋梁進行相應(yīng)的檢查,及時發(fā)現(xiàn)病害問題,采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，減少不必要的經(jīng)濟損失。

[1] 陳紅梅.鋼筋混凝土橋梁病害分析及其維修加固[D].大連：大連理工大學(xué),2011.

[2] 王 麗,胡 靜,劉洪雨,等.淺析鋼筋混凝土橋梁病害分析及其維修加固[J].華東科技,2013(2):79.

[3] 周益生.鋼筋混凝土橋梁病害分析及其維修加固[J].科技致富向?qū)?2014(5)：101-102.

[4] 張 衛(wèi).鋼筋砼簡支梁橋梁體的常見病害分析及維修[A].建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會[C].2015.

[5] 廖衛(wèi)東,王 蒂,許漢錚,等.武黃高速公路橋梁病害特征及加固方法分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2003,25(12):9-12.

[6] 羅寶蓮.鋼結(jié)構(gòu)橋梁常見病害及防護[J].工程與建設(shè),2011,25(3):426-427.

[7] 曹國良.淺議鋼結(jié)構(gòu)橋梁常見病害及防護[J].城市建筑,2013(6):242.

[8] 朱海峰.鋼結(jié)構(gòu)橋梁常見病害及防護[J].建筑知識(學(xué)術(shù)刊),2014(2):323.

[9] 宋昱宇.鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋的病害分析及其維修策略研究[D].南京：東南大學(xué),2014.

[10] 余金梅,楊成斌.佛山市順德區(qū)公路橋梁病害分析[J].工程與建設(shè),2008,22(4):559-561.

[11] 陳階亮.橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)探析[J].鋼結(jié)構(gòu),2002,17(5)：33-36.

[12] 中國建筑工業(yè)出版社.城市道路與橋梁設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[13] GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

Research on bridge disease problem★

Deng Guozhuan

(ShaanxiTongyuHighwayResearchInstituteLimitedCompany,Xi’an710043,China)

This paper introduced the characteristics of reinforced concrete bridges and steel bridges, summarized the main disease problems of two types of bridge, and analyzesd the causes of all kind of problems, put forward corresponding prevention and solution, provided theoretical basis for future development of bridge technology.

reinforced concrete bridge, steel bridge, disease, problem, bearing capacity, construction technology

1009-6825(2017)13-0158-03

2017-02-25★：公司科技研究開發(fā)計劃課題基金資助項目

鄧國專(1980- )，男，博士，高級工程師

U445.71

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