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《河北高速杂志》高速公路混凝土桥梁病害及其成因分析
来源:沧南养护工区 作者:孙树利 发布时间:2013-01-23 09:53:06 查看次数:5961

《河北高速杂志2012年12月28日报道

在高速公路桥梁养护检查过程中,发现服役中的混凝土桥梁,由于建设和使用等方面的因素,不同程度的存在各种病害及损伤。全面了解和掌握桥梁的缺陷和损伤情况,客观判别其对桥梁结构的影响,对桥梁使用功能的发挥和行车安全具有十分重要的意义。

根据高速公路混凝土桥梁自身结构特点,其缺陷及损伤情况按桥面系、上部结构、支座、下部结构四个部位进行归类。

1     桥面系

1.1桥面铺装

桥面铺装的病害主要为横向裂缝、纵向裂缝、局部坑槽、修补后二次破损、桥头跳车、桥头与路堤连接处开裂等病害。经综合各方面的因素分析主要有以下几个方面的原因:

(1)桥面铺装病害产生的原因与车流量的日益增加有直接的关系。特别是连续梁桥的桥面横向裂缝大都位于联间结合部,且主要出现在行车道,超车道较少,表明与活载作用有直接的关系。其原因是由于桥面铺装与路基段存在刚度差异,造成通行车辆在此形成冲击荷载,刚性铺装层无法有效地减弱荷载的冲击作用,在荷载的长期作用下造成横向裂缝的形成和桥面混凝土铺装层的破损。

(2)水泥混凝土桥面铺装,混凝土浇筑后,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,是在初凝过程中发生的收缩,也称之为凝缩,此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形,如果混凝土养护不良就会出现龟裂及收缩裂缝。

(3)桥面铺装混凝土面板下不密实,在重载车的作用下,混凝土面板产生断裂。

(4)搭板下的路基与桥台存在不均匀的沉降,导致搭板底部出现脱空现象,在重载车的作用下,搭板混凝土产生断裂。

(5)铺装层与桥面板和主体结构变形不协调,产生附加内力从而引起桥面裂缝。

(6)由于目前高速公路的桥面病害治理施工是不断交施工,在施工过程中接缝位置的混凝土初凝阶段受车辆震动影响,对后期的混凝土强度产生不利影响,在纵向的施工接缝位置容易产生啃边或破损。

1.2排水设施

高速公路桥面排水系统存在的主要病害是泄水孔的堵塞、泄水管锈蚀损坏,经分析主要有以下几个方面的原因:

(1)桥面杂物未及时清理、在下雨、雪后,杂物随着水流至泄水孔部位造成堵塞;

(2)泄水孔疏通不及时,在杂物不断的填充下导致泄水孔完全堵塞;

(3)桥面铺装改建或桥面沥青罩面时忽视泄水孔收水口的处理,导致泄水孔表面粗糙不利排水,还容易挂拦杂物引起堵塞;

(4)桥面铺装改建施工时忽略原有的泄水孔而直接加铺桥面,导致桥面水无法排除,桥面积水在护栏基座与桥面附近,水从护栏基座与梁板接缝位置渗出,这也在一定程度上增加了梁板混凝土的钢筋锈胀破坏。

1.3护栏、防撞墙、栏杆

护栏存在的病害主要是基座存在大面积的剥裂、剥落、麻面或钢筋锈蚀;波形梁护栏钢管立柱、防阻块缺失;钢筋混凝土防撞墙护栏混凝土表层的剥裂脱落、钢筋锈蚀等。

混凝土表层剥落、露筋,是由于钢筋保护层较薄,钢筋在外部环境的侵蚀下产生锈蚀,钢筋锈蚀膨胀导致混凝土剥落、露筋。波形梁钢护栏立柱、防阻块缺失主要是由于立柱与基座套筒或护栏板与防阻块之间的连接不牢,在车辆刮蹭过后出现松动而被人为的盗取。

1.4伸缩装置

伸缩缝的病害主要是存在砂石等杂物堵塞,锚固混凝土破损和横桥向裂缝,防水橡胶条老化、开裂、渗漏等病害,个别伸缩缝出现抵拢,型钢断裂,钢梁挤死等。产生病害的原因主要有以下几个方面:

(1)交通量增加、重车增多、甚至超限车辆的运行是伸缩缝产生上述病害的主要原因。特别是桥台位置的伸缩缝,桥面铺装与路基段存在刚度差异,在车辆荷载的反复冲击作用下,最易遭到破坏。

(2)伸缩缝的安装质量也是诱发上述病害产生的一个非常重要的方面,如伸缩缝出现抵拢现象就是由于设计值偏小或施工中定位不准造成的。

(3)落入伸缩装置的砂土、杂物未能及时认真地清扫,使伸缩量不能保证。

2  上部结构

2.1钢筋混凝土空心板

钢筋混凝土空心板主要病害为底板横桥向裂缝、碱蚀、铰缝勾缝砂浆脱落、铰缝渗水、梁板混凝土剥裂钢筋锈蚀等。钢筋混凝土空心板病害分析主要有以下几点:

(1)钢筋混凝土空心板底板产生横桥向裂缝,是不可避免的,是正常的,也是规范允许的。缝宽较小的横桥向裂缝对板的整体承载能力影响不大,但会降低底板的抗裂能力。加上底板开裂后,会加速钢筋的锈蚀速度,降低结构的耐久性,随着时间的延长,会降低空心板的承载能力。

(2)钢筋混凝土空心板铰缝勾缝脱落、铰缝开裂渗水也是促使空心板横桥向裂缝产生的另一个重要原因。空心板采用企口铰缝,铰缝本身的传力性能差、变形大,各板间横向连接弱,单板分配的力比理论计算大。加上交通量日益增大,超限车辆增多,活载的增加造成板底开裂和铰缝破坏。

(3)桥面及空心板内积水不能顺利排出,致使板底部钢筋出现锈蚀,引起混凝土的锈胀破坏,在板底表现为混凝土表层的剥裂或裂缝,同时板底出现大面积的碱蚀渗水痕迹。

(4)预制板在预制施工期间养生不当也会在梁板底面产生裂缝。

(5)混凝土表层剥落、露筋,是由于钢筋保护层较薄,钢筋在外部环境的侵蚀下产生锈蚀,钢筋锈蚀膨胀导致混凝土剥落、露筋,钢筋混凝土结构一旦出现钢筋锈胀破坏以后,病害的发展将非常迅速,这对钢筋混凝土构件的耐久性是非常不利的。病害的持续发展将会对对结构承载能力及使用功能产生较大影响。

2.2预应力混凝土空心板

预应力混凝土空心板主要病害为纵向裂缝,其他病害如板底碱蚀渗水、横向裂缝缝、混凝土表层剥裂钢筋锈蚀等病害原因同钢筋混凝土空心板。据调查,全国不同省份的许多先张法预应力混凝土空心板底板均不同程度的出现纵向裂缝,是较为普遍的现象。分析其原因,主要有构造原因、施工原因、纵向预应力产生的横向应变等。

3   支座

支座的病害主要是老化开裂、剪切变形、脱空、固定支座销钉剪断、活动支座钢板锈蚀等。经分析病害产生的主要原因有以下几个方面:

(1)支座质量低劣。主要表现为原材料不规范、橡胶层厚度不够或不均匀、橡胶与钢板粘结力不够等。

(2)施工质量不达标,由于施工单位技术或质量控制不严,支座脱空、安装位置不精确等现象普遍存在,四氟滑板支座采用普通钢板或钢板表面砂浆未清除干净等现象也屡见不鲜,从而造成个别支座受力集中或不能正常滑动。

(3)在设计过程中,计算考虑不周,支座选用失误,造成个别支座无法承受过大的车辆偏载作用或无法抵消梁体过大的伸缩变形。

(4)桥面水沿伸缩缝或台顶裂缝经台顶流出时造成支座钢板锈蚀的主要原因,另外部分桥梁在进行伸缩缝改建施工时,将凿除的施工垃圾直接堆积于台顶,支座周围被垃圾掩埋,在外部水进入后很难及时的排出增加了支座老化、钢板锈蚀的速度。

4   下部结构

下部结构主要病害形式为台身竖向、斜向及横向裂缝,柱式台、肋板台台帽裂缝,墩台混凝土剥落、麻面及钢筋锈蚀等。分析其原因主要有以下几方面:

(1)勘测、设计原因

桥涵地质勘察资料可能不准确,地基承载能力降低进而地基下沉引起台身裂缝。

(2)施工原因

按照《公路桥涵施工规范》,轻台必须在安装梁板后才可以进行台背填土,且在梁板安装前振动压路机不得靠近台身位置,但是在施工中由于某种原因在梁板未安装时,就进行台背填土,用振动压路机靠近台身碾压,并且填土达到1~2m后才进行梁板安装。这种违规操作消弱台身抵抗填土及振动压路机产生的荷载效应的能力,已给台身留下隐患。

(3)活载原因

随着经济发展,交通流量增大,大型超载、超限车辆增多,远远大于设计荷载,活载引起竖向压力、冲击力及台后土压力增大,从而引起台身开裂。

(4)基础或地基产生了不均匀沉降,台帽及墙体水平钢筋不能有效地抑制地基不均匀沉降,从而导致了桥台开裂。另外,从裂缝的发展方向看,桩柱式桥台中桩上部和两桩之间的裂缝分别是因墙体的抗拉强度、剪切强度不足所引起。

(5)桥台混凝土表层剥落、露筋,是由于钢筋保护层较薄,钢筋在外部环境的侵蚀下产生锈蚀,钢筋锈蚀膨胀导致混凝土剥落、露筋。

混凝土桥梁各部位的缺陷、损伤对桥梁的使用功能和行车安全产生不同程度的影响,养护过程中,要加强对桥梁技术状况和质量的检查,及时掌握桥梁的缺陷和损伤情况,并对其进行科学客观的研究分析,采取行之有效的技术手段的措施,在保证行车安全的前提下,使桥梁的使用功能得到充分发挥。

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