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摘要本文分析和归纳了影响城市桥梁稳固的原因和病害,针对城市桥梁病害形式和特点,探讨对常见病害进行修复加固的方法,结合具体工程的实例指出加强桥梁养护修复、加固及技术改造必要性。
关键词城市桥梁常见病害修复加固技术
中图分类号:U443文献标识码:A
我国城市基础设施建设日益扩大,桥梁是一个城市重要的交通设施构成要素之一,包括城市范围内跨越江河连接城市道路的桥梁以及供车辆、行人通行的高架道路(包括轻轨高架部分)和立交桥。随着城市桥梁数量增加,桥梁病害问题已日益突出,在长期使用过程中桥梁损伤、病害不断增加造成承载力不足,使用功能不满足要求以及耐久性不够等问题。经验表明,城市桥梁病害发现越早,越及时进行修复加固,所需费用就会越少,也就越有利于保持其使用功能的耐久性。加强城市桥梁的日常维护,提高其承载能力,确保安全性,对保障城市交通的安全具有特别的意义。
1 造成城市桥梁常见病害的主要因素及病害分析
1.1桥梁设计荷载低
我国早期建造的城市桥梁,特别是文革时期建造的桥梁,设计荷载大多在汽车15级以下,还有的只是在汽车13级,更有在汽车10级以下的。早期桥梁荷载的低标准设计,难以满足现在城市运输对桥梁承载能力高要求。一是现在的城市运输对桥梁设计荷载要求越来越大。城市桥梁的设计荷载已从汽车6级提高到了当前的城A级、城B级,并呈继续增大的趋势;二是对通行能力要求的提高。而早期建造的桥梁,一方面是存在桥面宽度不足的问题;另一方面还存在桥梁平面线形、纵断面线形的标准达不到要求;此外,还存在桥上通车净空能力不行等问题。
1.2桥梁超负荷使用
近年我国经济高速发展,随之而来的是重型车辆的不断增加,因此超载现象的日益严重,使得桥梁的实际使用荷载已大大超出了当初的设计荷载,致使桥梁长期在超负荷下运营。桥梁在经过车辆的超载作用下,有可能发生开裂,裂缝在荷载卸除后能够闭合,但桥梁的砼结构已受到损伤,应该采取相应的交通管制措施进行安全保护。
1.3施工及自然因素原因
有些城市桥梁由于受当时的施工技术、施工手段等条件的制约,尤其是本身存在一定的技术缺陷,使得施工质量有些较低。随着长时间的使用,病害也逐步产生并不断发展。同时还有自然因素因素影响如河床不断遭受洪水冲刷、河道不适当开挖,地震、强风、泥石流、冰冻、浮冰等自然灾害,桥梁基础下的熔岩、矿山坑道等地质原因,会对桥梁结构的局部造成损害,以至于影响到桥梁安全。
1.4管理不善,养护维修及加固技术不当
桥梁的养护、修复以及加固技术措施错误,会影响桥梁的承载力和稳固性。例如:桥面的维修改进,会使桥梁荷载增加过大,致使桥梁的负担继续加重;桥面排水处理不当,致使桥面渗水等。
1.5超期服役
主要是建造时期较早的一些年久失修的旧桥,特别是上世纪六七十年代建造的桥梁,使用寿命只有三五十年,这些桥梁明显是超期服役,但仍在使用中。
2 桥梁病害加固修复的常用办法
2.1桥面加固法
通过一定的工艺和结构措施,在桥面(梁顶面)上加铺一层钢筋混凝土、或沥青面层,让其与原有主梁形成整体,达到加厚主梁高度和增大梁的抗压截面的目的。加固法需依据桥梁桥面铺装层开裂或剥离的实际情况,采取相应的加固措施:对于超期服役、损坏严重的桥梁,采用修复加固或拆除的措施;而对于病害较轻、使用年限较短,且混凝土强度仍符合设计要求的,则可先治病害——在保证设计荷载标准不降低的前提下,可适当采用浇灌沥青碎石层的办法。
2.2塞缝灌浆法
所谓塞缝灌浆法,就是按照技术要求,照一定比例配制的水泥砂浆、环氧树脂砂浆,运用喷浆机或其它设备将其灌入结构物缝隙之内,达到填塞裂缝、防止钢筋生锈并提高其整体结构强度的目的。如可采用化学压力灌浆处理,材料可采用环氧树脂浆液及配套产品。施工工艺流程:(1)裂缝处理;(2)埋设灌浆嘴;(3)封缝并检查;(4)配制浆液;(5)灌浆;(6)封口处理;(7)质量检查。其他方法还有水泥灌浆法、水泥砂灌浆法和环氧树脂砂灌浆法等。
2.3下部加固法
受行车荷载的压力作用,桥台尤其是高度较大的桥台容易出现桥台开裂、凸肚,翼墙开裂、错位、外崩等常见梁桥病害。对于跨径较小、水流不大的石拱桥,根据修补层厚度可采用环氧砂浆或环氧混凝土在桥跨内框架进行加固。
2.4基础加固法
对于跨径较小的城市桥梁,因河水改道,洪水直接冲刷桥台基础,可能导致基础冲空甚至掉脚。对于这种情况的治理措施,可采取在桥跨范围内满铺15号片石混凝土的方法来进行加固,规定铺砌厚度为30cm,铺砌两端增设截水墙。对于因桥梁上游河床变迁、水流改道、洪水直接冲刷桥台基础和导致桥台基础冲空、引道被毁的桥梁情况,应当在桥梁上游适当位置设置丁坝等调治构造物,将此河水引流导进主河道。
2.5附属物件加固法
对桥头搭板、伸缩缝、栏杆等损坏、无法修复的附属物件设施,大多都采取更换的办法。
3 桥梁工程实例分析
3.1实例概况
合肥市一环路,建成于上世纪九十年代中期,现道路性质等级为城市主干道,承担着主要的城市集散交通及分流穿越市中心交通的任务。该道路分布有多座跨河桥梁,因修建年代较早,都存在不同程度的病害,为此均进行加固修复。合作化路桥位于合肥市西一环路上,跨越南淝河,属于Ⅱ类养护的城市桥梁。桥梁跨径为2€?0m,桥梁上部结构为普通钢筋混凝土铰接T梁,下部为桩柱式桥墩,桥梁设计荷载为汽20级。
3.2实例病害
合肥市合作化路桥在2008年5月起开始修复加固施工,于当年9月与西一环路一起竣工后投入使用。由通车的使用情况可以看出,修复加固效果良好。当时检测的桥梁病害主要有:1、上部结构病害。主梁翼板底混凝土锈胀、剥落,钢筋锈蚀;主梁间横向联系偏弱,铰缝损坏,大量混凝土剥落,钢筋严重锈蚀;而相邻T梁间横隔板错位、断裂,混凝土也开始剥落,局部箍筋外露,钢筋锈蚀。2、下部结构病害。盖梁局部混凝土锈胀、露筋;桥台台帽局部开裂、渗水,裂缝宽度0.2mm～0.3mm;桥台护坡局部坍塌。3、附属设施病害。桥头搭板被人为故意或使用破坏,伸缩缝内杂物堵塞且出现漏水现象,栏杆严重生锈。
3.3实例修复加固措施
由检测单位检测结果可以明显看出,合作化路桥桥梁状况指数BCl=72,评定结果为C级,桥梁仍处于合格状态,应进行专项检测后保养、小修。针对检测结果,采取了以下修复加固措施:一是要提高梁高及桥梁的整体刚度,通过增加桥面板使主梁整体化,通过横隔板、腹板植筋及加大横梁截面等措施,增加主梁间横向联系;二是采用塞缝灌浆法,用环氧砂浆修补主梁及盖梁破损部位,封闭主梁以及桥台裂缝;三是加固更换附属设施,重新施工桥台护坡,更换桥头搭板、伸缩缝、栏杆。具体修复施工方案为:(1)将桥面铺装及栏杆拆除;(2)植筋主梁顶面;(3)绑扎桥面双层钢筋网;(4)涂刷界面剂;(5)浇筑桥面混凝土;(6)桥下架设施工支架;(7)植筋腹板及横隔板;(8)浇筑横梁混凝土;(9)施工栏杆、防水层;(10)施工桥面铺装及桥面伸缩缝;(11)封闭主梁和桥台裂缝;(12)修补和加固主梁和桥台破损部位;(13)施工桥台护坡。
4 结语
毋庸置疑,对城市桥梁病害采取合理的方法进行整治或修复加固是很必要的。然而,更为必要的是,在设计、施工、使用及养护管理过程中,就积极去预防病害的发生,从而降低后期的修复保养费用,以实现良性循环,也具有更为重要的意义。此外,我国新建城市桥梁技术的较快发展与其养护修复加固技术却相对落后的矛盾,使得对桥梁的养护修复和加固的进行进一步加强及技术改造的研究也显得很重要。
关键词城市桥梁常见病害修复加固技术
中图分类号:U443文献标识码:A
我国城市基础设施建设日益扩大,桥梁是一个城市重要的交通设施构成要素之一,包括城市范围内跨越江河连接城市道路的桥梁以及供车辆、行人通行的高架道路(包括轻轨高架部分)和立交桥。随着城市桥梁数量增加,桥梁病害问题已日益突出,在长期使用过程中桥梁损伤、病害不断增加造成承载力不足,使用功能不满足要求以及耐久性不够等问题。经验表明,城市桥梁病害发现越早,越及时进行修复加固,所需费用就会越少,也就越有利于保持其使用功能的耐久性。加强城市桥梁的日常维护,提高其承载能力,确保安全性,对保障城市交通的安全具有特别的意义。
1 造成城市桥梁常见病害的主要因素及病害分析
1.1桥梁设计荷载低
我国早期建造的城市桥梁,特别是文革时期建造的桥梁,设计荷载大多在汽车15级以下,还有的只是在汽车13级,更有在汽车10级以下的。早期桥梁荷载的低标准设计,难以满足现在城市运输对桥梁承载能力高要求。一是现在的城市运输对桥梁设计荷载要求越来越大。城市桥梁的设计荷载已从汽车6级提高到了当前的城A级、城B级,并呈继续增大的趋势;二是对通行能力要求的提高。而早期建造的桥梁,一方面是存在桥面宽度不足的问题;另一方面还存在桥梁平面线形、纵断面线形的标准达不到要求;此外,还存在桥上通车净空能力不行等问题。
1.2桥梁超负荷使用
近年我国经济高速发展,随之而来的是重型车辆的不断增加,因此超载现象的日益严重,使得桥梁的实际使用荷载已大大超出了当初的设计荷载,致使桥梁长期在超负荷下运营。桥梁在经过车辆的超载作用下,有可能发生开裂,裂缝在荷载卸除后能够闭合,但桥梁的砼结构已受到损伤,应该采取相应的交通管制措施进行安全保护。
1.3施工及自然因素原因
有些城市桥梁由于受当时的施工技术、施工手段等条件的制约,尤其是本身存在一定的技术缺陷,使得施工质量有些较低。随着长时间的使用,病害也逐步产生并不断发展。同时还有自然因素因素影响如河床不断遭受洪水冲刷、河道不适当开挖,地震、强风、泥石流、冰冻、浮冰等自然灾害,桥梁基础下的熔岩、矿山坑道等地质原因,会对桥梁结构的局部造成损害,以至于影响到桥梁安全。
1.4管理不善,养护维修及加固技术不当
桥梁的养护、修复以及加固技术措施错误,会影响桥梁的承载力和稳固性。例如:桥面的维修改进,会使桥梁荷载增加过大,致使桥梁的负担继续加重;桥面排水处理不当,致使桥面渗水等。
1.5超期服役
主要是建造时期较早的一些年久失修的旧桥,特别是上世纪六七十年代建造的桥梁,使用寿命只有三五十年,这些桥梁明显是超期服役,但仍在使用中。
2 桥梁病害加固修复的常用办法
2.1桥面加固法
通过一定的工艺和结构措施,在桥面(梁顶面)上加铺一层钢筋混凝土、或沥青面层,让其与原有主梁形成整体,达到加厚主梁高度和增大梁的抗压截面的目的。加固法需依据桥梁桥面铺装层开裂或剥离的实际情况,采取相应的加固措施:对于超期服役、损坏严重的桥梁,采用修复加固或拆除的措施;而对于病害较轻、使用年限较短,且混凝土强度仍符合设计要求的,则可先治病害——在保证设计荷载标准不降低的前提下,可适当采用浇灌沥青碎石层的办法。
2.2塞缝灌浆法
所谓塞缝灌浆法,就是按照技术要求,照一定比例配制的水泥砂浆、环氧树脂砂浆,运用喷浆机或其它设备将其灌入结构物缝隙之内,达到填塞裂缝、防止钢筋生锈并提高其整体结构强度的目的。如可采用化学压力灌浆处理,材料可采用环氧树脂浆液及配套产品。施工工艺流程:(1)裂缝处理;(2)埋设灌浆嘴;(3)封缝并检查;(4)配制浆液;(5)灌浆;(6)封口处理;(7)质量检查。其他方法还有水泥灌浆法、水泥砂灌浆法和环氧树脂砂灌浆法等。
2.3下部加固法
受行车荷载的压力作用,桥台尤其是高度较大的桥台容易出现桥台开裂、凸肚,翼墙开裂、错位、外崩等常见梁桥病害。对于跨径较小、水流不大的石拱桥,根据修补层厚度可采用环氧砂浆或环氧混凝土在桥跨内框架进行加固。
2.4基础加固法
对于跨径较小的城市桥梁,因河水改道,洪水直接冲刷桥台基础,可能导致基础冲空甚至掉脚。对于这种情况的治理措施,可采取在桥跨范围内满铺15号片石混凝土的方法来进行加固,规定铺砌厚度为30cm,铺砌两端增设截水墙。对于因桥梁上游河床变迁、水流改道、洪水直接冲刷桥台基础和导致桥台基础冲空、引道被毁的桥梁情况,应当在桥梁上游适当位置设置丁坝等调治构造物,将此河水引流导进主河道。
2.5附属物件加固法
对桥头搭板、伸缩缝、栏杆等损坏、无法修复的附属物件设施,大多都采取更换的办法。
3 桥梁工程实例分析
3.1实例概况
合肥市一环路,建成于上世纪九十年代中期,现道路性质等级为城市主干道,承担着主要的城市集散交通及分流穿越市中心交通的任务。该道路分布有多座跨河桥梁,因修建年代较早,都存在不同程度的病害,为此均进行加固修复。合作化路桥位于合肥市西一环路上,跨越南淝河,属于Ⅱ类养护的城市桥梁。桥梁跨径为2€?0m,桥梁上部结构为普通钢筋混凝土铰接T梁,下部为桩柱式桥墩,桥梁设计荷载为汽20级。
3.2实例病害
合肥市合作化路桥在2008年5月起开始修复加固施工,于当年9月与西一环路一起竣工后投入使用。由通车的使用情况可以看出,修复加固效果良好。当时检测的桥梁病害主要有:1、上部结构病害。主梁翼板底混凝土锈胀、剥落,钢筋锈蚀;主梁间横向联系偏弱,铰缝损坏,大量混凝土剥落,钢筋严重锈蚀;而相邻T梁间横隔板错位、断裂,混凝土也开始剥落,局部箍筋外露,钢筋锈蚀。2、下部结构病害。盖梁局部混凝土锈胀、露筋;桥台台帽局部开裂、渗水,裂缝宽度0.2mm～0.3mm;桥台护坡局部坍塌。3、附属设施病害。桥头搭板被人为故意或使用破坏,伸缩缝内杂物堵塞且出现漏水现象,栏杆严重生锈。
3.3实例修复加固措施
由检测单位检测结果可以明显看出,合作化路桥桥梁状况指数BCl=72,评定结果为C级,桥梁仍处于合格状态,应进行专项检测后保养、小修。针对检测结果,采取了以下修复加固措施:一是要提高梁高及桥梁的整体刚度,通过增加桥面板使主梁整体化,通过横隔板、腹板植筋及加大横梁截面等措施,增加主梁间横向联系;二是采用塞缝灌浆法,用环氧砂浆修补主梁及盖梁破损部位,封闭主梁以及桥台裂缝;三是加固更换附属设施,重新施工桥台护坡,更换桥头搭板、伸缩缝、栏杆。具体修复施工方案为:(1)将桥面铺装及栏杆拆除;(2)植筋主梁顶面;(3)绑扎桥面双层钢筋网;(4)涂刷界面剂;(5)浇筑桥面混凝土;(6)桥下架设施工支架;(7)植筋腹板及横隔板;(8)浇筑横梁混凝土;(9)施工栏杆、防水层;(10)施工桥面铺装及桥面伸缩缝;(11)封闭主梁和桥台裂缝;(12)修补和加固主梁和桥台破损部位;(13)施工桥台护坡。
4 结语
毋庸置疑,对城市桥梁病害采取合理的方法进行整治或修复加固是很必要的。然而,更为必要的是,在设计、施工、使用及养护管理过程中,就积极去预防病害的发生,从而降低后期的修复保养费用,以实现良性循环,也具有更为重要的意义。此外,我国新建城市桥梁技术的较快发展与其养护修复加固技术却相对落后的矛盾,使得对桥梁的养护修复和加固的进行进一步加强及技术改造的研究也显得很重要。