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1 桥梁常见病害及产生的原因
通过实地调查, 发现桥梁病害主要发生在建设年代久、设计荷载较低的一些桥上, 以六、七十年代修建的拱类桥居多; 也有个别新桥由于施工质量较差出现病害的。超重车辆是造成桥梁病害的一个重要原因, 而缺少养护或养护不当又加速了桥梁的损坏。按桥梁基础、下部结构、上部结构和桥面系等分类把桥梁病害大致归纳如下。
1. 1下部结构
实体式墩台多由于基础开裂或沉陷而引起的竖向裂缝或倾斜; 柱式或框架式墩台由于受力截面小, 在荷载增加过大及基础变位双重影响的情况下, 易造成盖梁或立柱产生裂缝, 使立柱钢筋锈蚀, 因而减小了立柱的有效受力截面, 减少其承载能力。
1. 2上部结构
梁式桥除普遍存在支座老化、倾倒、锈蚀等通病外, 主梁受力状况一般良好, 少部分梁体跨中挠度偏大并出现裂缝, 梁底混凝土保护层出现开裂、脱落等现象。拱类桥病害偏多, 其中石拱桥多产生由于基础沉陷而引起的拱圈横向开裂, 而位于半填半挖路段的石拱桥则易产生顺桥向裂缝、侧向外倾等; 桁架拱桥多为七十年代水利部门所建, 一般主拱圈矢跨比、断面尺寸均过小, 由于荷载的增加, 易产生变形, 使得拱圈拱腹部位钢筋保护层开裂、脱落, 钢筋锈蚀; 双曲拱桥除主拱圈易产生类似桁架拱桥的病害外, 其拱波一般由于未配置钢筋加上拱肋间的横向联系较弱, 而在波顶产生裂缝。
1. 3桥面系
桥头跳车、栏杆、人行道和伸缩缝毁坏是目前桥梁普遍存在的通病。而桥面铺装过厚、排水不畅等现象多由于养护不当或不善引起的。
2桥梁的检测
2. 1常规检查
首先对于桥梁的总体尺寸、各部分构件的截面尺寸、钢筋直径及布置、支座位置等进行详细的检测、记录; 其次对材料的性能如钢筋混凝土和钢筋的强度、弹性模量、圬工拱桥的石料标号、砂浆标号等进行测定和了解; 然后是对桥梁运营状况,特别是桥梁存在的病害进行反复的现场观测检查和了解, 检查桥梁结构是否产生了位移和变形、混凝土施工质量如何、风化剥落情况以及局部的损伤、裂缝宽度、深度分布情况极其发展趋势。
2. 2鉴定检查
对发现的病害进行深入的检查, 判定病害的危害程度, 以决定维修和加固的措施所进行的调查方式。对于不同指标的检测分别采用以下不同的方法。
2. 2. 1混凝土强度的检测
(1) 无损检测法。无损检测法又分机械(敲击法、回弹仪法、撞击法、枪击法等) 和物理(共振法、超声波探测仪法) 及综合法。由于用单一的方法存在某些局限, 测定结果不是很准确, 故采用两种或两种以上的方法来综合评定, 则可提高测试的准确度并使应用范围扩大。
(2) 挖取试样法。若无损检验结果不能满足要求, 在必要时, 可采用从结构中挖取试样, 在试验机上加载试验, 测定混凝土的实际强度。取试样的部位既应具有代表性, 又应为结构使用的安全所允许, 而且要事先验定主要钢筋的位置, 并避开它。
2.2.2裂缝检测
桥梁结构出现裂缝之后, 应加强检查与观测。根据裂缝的特征, 结合设计、施工资料进行分析、查明裂缝性质、原因极其危害程度, 确定是否需要修补并为修补方案的制定提供可靠的依据。检测内容包括: ① 裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等; ② 裂缝的变化发展情况。观测裂缝的仪器一般有塞尺、手持式读数显微镜。也可采用长标距裂缝应变片、千分表引伸仪等。其方法如下: ① 在裂缝两边设置小标杆, 两杆间的距离用卡尺测量或者用读数放大镜直接测量裂缝的宽度。② 设置两块金属板相接触, 量测并记下裂缝变化的尺寸。③ 利用水泥浆或石膏作成薄片的标记贴在裂缝处, 或用玻璃片, 较牢固的纸糊在裂缝上, 观察其是否继续开裂。在观测裂缝时, 要求记录气温的情况。
2.2.3承载力的检测
现有桥梁承载力的检定, 常采用以下方法: (1) 分析计算法。首先对被检定的桥梁结构进行检查(搜集资料、现状检查、材质与地基的检验等) , 然后将检查所得的有关资料和检验测量结果, 运用桥梁结构计算理论及有关的经验系数进行分析计算, 从而评定出桥梁的安全承载能力。承载力由下式所得
P = P0K1K2K3K4
此法的关键是确定各种系数, 系数的建立必须经过广泛的调查研究。理论计算法是当原桥荷载等级不清楚或上述的各种系数较难确定时, 应用结构计算理论, 估算出桥梁结构可能承受的最大外力(如弯距) ; 然后, 再与实际检定的荷载相比较,从而判定出桥梁安全承载力的方法。
(2) 荷载试验法。此法是比较普遍采用的方法, 通过现场荷载试验及测试, 可以直接检验桥梁的实际承载力。它又分为: 静载试验和动载试验。静载试验的加载量一般为设计荷载的0. 8～ 1. 0倍, 试验前应先进行估算。如果原桥的病害较大,初步判定承载能力将降低, 则加载量可先低一点,逐步加载; 若需要进行超载试验, 可逐步提高加载量, 但要谨慎, 加强检查, 加载方法采用时间短的方式, 通常是采用车辆进行加载。测试内容包括应变、挠度和裂缝。
(3) 实物调查比较法。此法是由实际交通情况来检定桥梁承载力的动态求法。它是对被检定桥梁进行相当长期的观测, 根据桥梁通过的车辆荷载, 测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度(跨中或产生挠度最大处)、应变、应力、裂缝开展情况等数据, 然后对这些数据进行统计分析, 从而得出桥梁可以承受的荷载等级。
3 旧桥通病防治对策
针对以上主要病害, 我们在制定具体的桥梁维修、改造或加固方案中, 主要有以下几点做法:
(1) 桥梁基础和下部结构。在春季枯水季节和夏季洪水过后, 利用桥梁定期检查的同时, 及时发现并处治病害, 按常规施工方法进行处理, 对于部分桩基维修、加固, 要充分考虑冲刷而不致产生负面效应; 对于墩、台身产生的部分竖向裂缝, 除用环氧砂浆予以封堵外, 还应用钢绞线(结合钢板) 缠绕设箍并施加一定的予应力进行处理。
(2) 梁桥。除个别T 梁跨中挠度过大, 需加强定期观测外, 一般主梁病害主要为梁底混凝土保护层脱落, 维修时应先将已碎混凝土全部清除, 并给钢筋除锈, 再用环氧砂浆抹平, 施工时要求密实、平整、美观。
(3) 拱类桥。主拱圈的维修、加固, 应先对裸露钢筋表面及破碎保护层进行清理, 然后采用型钢全长帮衬并填充膨胀水泥混凝土进行加固, 若欲增加拱肋断面尺寸还应配置必要的受力钢筋; 对于侧墙外倾、拱肋开裂等病害处置, 宜先对全桥(或相邻部分几跨) 卸载后, 才能重新进行施工, 其中拱上填料的更换以二灰炉渣为宜。
(4) 桥面系。大部分桥梁行车病害集中反映在桥面系、桥面铺装的维修, 切忌直接在原桥面上加铺, 以新做8～ 12 cm 厚的35# 防水钢筋混凝土面板为宜; 伸缩缝的更换可采用先进的TST 材料(无缝伸缩缝) 进行现场施工, 基本适用于总伸缩量在5 cm 范围; 栏杆系列除局部损坏可按原设计进行维修外, 全桥改造可采用统一的混凝土防撞护栏形式, 既安全又耐久。
4 结束语
随着交通运输事业的发展, 交通运输量大幅度增长, 行车密度及车辆载重越来越大, 尤其是重型车辆日益增多, 再加上许多桥梁超负荷使用, 已带来严重的安全隐患。而改造又限于资金的紧缺,只能采取投资较少, 施工期短, 又能缓解当前运输紧张状态的维修与加固技术措施。因此, 桥梁病害的检测与病害原因分析就显得尤为重要。
通过实地调查, 发现桥梁病害主要发生在建设年代久、设计荷载较低的一些桥上, 以六、七十年代修建的拱类桥居多; 也有个别新桥由于施工质量较差出现病害的。超重车辆是造成桥梁病害的一个重要原因, 而缺少养护或养护不当又加速了桥梁的损坏。按桥梁基础、下部结构、上部结构和桥面系等分类把桥梁病害大致归纳如下。
1. 1下部结构
实体式墩台多由于基础开裂或沉陷而引起的竖向裂缝或倾斜; 柱式或框架式墩台由于受力截面小, 在荷载增加过大及基础变位双重影响的情况下, 易造成盖梁或立柱产生裂缝, 使立柱钢筋锈蚀, 因而减小了立柱的有效受力截面, 减少其承载能力。
1. 2上部结构
梁式桥除普遍存在支座老化、倾倒、锈蚀等通病外, 主梁受力状况一般良好, 少部分梁体跨中挠度偏大并出现裂缝, 梁底混凝土保护层出现开裂、脱落等现象。拱类桥病害偏多, 其中石拱桥多产生由于基础沉陷而引起的拱圈横向开裂, 而位于半填半挖路段的石拱桥则易产生顺桥向裂缝、侧向外倾等; 桁架拱桥多为七十年代水利部门所建, 一般主拱圈矢跨比、断面尺寸均过小, 由于荷载的增加, 易产生变形, 使得拱圈拱腹部位钢筋保护层开裂、脱落, 钢筋锈蚀; 双曲拱桥除主拱圈易产生类似桁架拱桥的病害外, 其拱波一般由于未配置钢筋加上拱肋间的横向联系较弱, 而在波顶产生裂缝。
1. 3桥面系
桥头跳车、栏杆、人行道和伸缩缝毁坏是目前桥梁普遍存在的通病。而桥面铺装过厚、排水不畅等现象多由于养护不当或不善引起的。
2桥梁的检测
2. 1常规检查
首先对于桥梁的总体尺寸、各部分构件的截面尺寸、钢筋直径及布置、支座位置等进行详细的检测、记录; 其次对材料的性能如钢筋混凝土和钢筋的强度、弹性模量、圬工拱桥的石料标号、砂浆标号等进行测定和了解; 然后是对桥梁运营状况,特别是桥梁存在的病害进行反复的现场观测检查和了解, 检查桥梁结构是否产生了位移和变形、混凝土施工质量如何、风化剥落情况以及局部的损伤、裂缝宽度、深度分布情况极其发展趋势。
2. 2鉴定检查
对发现的病害进行深入的检查, 判定病害的危害程度, 以决定维修和加固的措施所进行的调查方式。对于不同指标的检测分别采用以下不同的方法。
2. 2. 1混凝土强度的检测
(1) 无损检测法。无损检测法又分机械(敲击法、回弹仪法、撞击法、枪击法等) 和物理(共振法、超声波探测仪法) 及综合法。由于用单一的方法存在某些局限, 测定结果不是很准确, 故采用两种或两种以上的方法来综合评定, 则可提高测试的准确度并使应用范围扩大。
(2) 挖取试样法。若无损检验结果不能满足要求, 在必要时, 可采用从结构中挖取试样, 在试验机上加载试验, 测定混凝土的实际强度。取试样的部位既应具有代表性, 又应为结构使用的安全所允许, 而且要事先验定主要钢筋的位置, 并避开它。
2.2.2裂缝检测
桥梁结构出现裂缝之后, 应加强检查与观测。根据裂缝的特征, 结合设计、施工资料进行分析、查明裂缝性质、原因极其危害程度, 确定是否需要修补并为修补方案的制定提供可靠的依据。检测内容包括: ① 裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等; ② 裂缝的变化发展情况。观测裂缝的仪器一般有塞尺、手持式读数显微镜。也可采用长标距裂缝应变片、千分表引伸仪等。其方法如下: ① 在裂缝两边设置小标杆, 两杆间的距离用卡尺测量或者用读数放大镜直接测量裂缝的宽度。② 设置两块金属板相接触, 量测并记下裂缝变化的尺寸。③ 利用水泥浆或石膏作成薄片的标记贴在裂缝处, 或用玻璃片, 较牢固的纸糊在裂缝上, 观察其是否继续开裂。在观测裂缝时, 要求记录气温的情况。
2.2.3承载力的检测
现有桥梁承载力的检定, 常采用以下方法: (1) 分析计算法。首先对被检定的桥梁结构进行检查(搜集资料、现状检查、材质与地基的检验等) , 然后将检查所得的有关资料和检验测量结果, 运用桥梁结构计算理论及有关的经验系数进行分析计算, 从而评定出桥梁的安全承载能力。承载力由下式所得
P = P0K1K2K3K4
此法的关键是确定各种系数, 系数的建立必须经过广泛的调查研究。理论计算法是当原桥荷载等级不清楚或上述的各种系数较难确定时, 应用结构计算理论, 估算出桥梁结构可能承受的最大外力(如弯距) ; 然后, 再与实际检定的荷载相比较,从而判定出桥梁安全承载力的方法。
(2) 荷载试验法。此法是比较普遍采用的方法, 通过现场荷载试验及测试, 可以直接检验桥梁的实际承载力。它又分为: 静载试验和动载试验。静载试验的加载量一般为设计荷载的0. 8～ 1. 0倍, 试验前应先进行估算。如果原桥的病害较大,初步判定承载能力将降低, 则加载量可先低一点,逐步加载; 若需要进行超载试验, 可逐步提高加载量, 但要谨慎, 加强检查, 加载方法采用时间短的方式, 通常是采用车辆进行加载。测试内容包括应变、挠度和裂缝。
(3) 实物调查比较法。此法是由实际交通情况来检定桥梁承载力的动态求法。它是对被检定桥梁进行相当长期的观测, 根据桥梁通过的车辆荷载, 测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度(跨中或产生挠度最大处)、应变、应力、裂缝开展情况等数据, 然后对这些数据进行统计分析, 从而得出桥梁可以承受的荷载等级。
3 旧桥通病防治对策
针对以上主要病害, 我们在制定具体的桥梁维修、改造或加固方案中, 主要有以下几点做法:
(1) 桥梁基础和下部结构。在春季枯水季节和夏季洪水过后, 利用桥梁定期检查的同时, 及时发现并处治病害, 按常规施工方法进行处理, 对于部分桩基维修、加固, 要充分考虑冲刷而不致产生负面效应; 对于墩、台身产生的部分竖向裂缝, 除用环氧砂浆予以封堵外, 还应用钢绞线(结合钢板) 缠绕设箍并施加一定的予应力进行处理。
(2) 梁桥。除个别T 梁跨中挠度过大, 需加强定期观测外, 一般主梁病害主要为梁底混凝土保护层脱落, 维修时应先将已碎混凝土全部清除, 并给钢筋除锈, 再用环氧砂浆抹平, 施工时要求密实、平整、美观。
(3) 拱类桥。主拱圈的维修、加固, 应先对裸露钢筋表面及破碎保护层进行清理, 然后采用型钢全长帮衬并填充膨胀水泥混凝土进行加固, 若欲增加拱肋断面尺寸还应配置必要的受力钢筋; 对于侧墙外倾、拱肋开裂等病害处置, 宜先对全桥(或相邻部分几跨) 卸载后, 才能重新进行施工, 其中拱上填料的更换以二灰炉渣为宜。
(4) 桥面系。大部分桥梁行车病害集中反映在桥面系、桥面铺装的维修, 切忌直接在原桥面上加铺, 以新做8～ 12 cm 厚的35# 防水钢筋混凝土面板为宜; 伸缩缝的更换可采用先进的TST 材料(无缝伸缩缝) 进行现场施工, 基本适用于总伸缩量在5 cm 范围; 栏杆系列除局部损坏可按原设计进行维修外, 全桥改造可采用统一的混凝土防撞护栏形式, 既安全又耐久。
4 结束语
随着交通运输事业的发展, 交通运输量大幅度增长, 行车密度及车辆载重越来越大, 尤其是重型车辆日益增多, 再加上许多桥梁超负荷使用, 已带来严重的安全隐患。而改造又限于资金的紧缺,只能采取投资较少, 施工期短, 又能缓解当前运输紧张状态的维修与加固技术措施。因此, 桥梁病害的检测与病害原因分析就显得尤为重要。