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空心板桥上部结构病害成因及加固方法

更新时间:2009-03-28

桥梁作为公路的重要组成部分,在跨越河流峡谷等地区时起着重要作用,是贯通公路全线的关键性工程。公路桥梁大多为钢筋混凝土桥,且主要是空心板桥、T梁桥、箱梁桥等中小跨径桥型,在需要跨越河流、高山峡谷时,采用连续梁或连续刚构桥即可满足要求。近年来,我国桥梁事业发展迅速,尤其是在高难度复杂桥梁建设方面日新月异,这标志着我国的桥梁技术已经迈上了一个新台阶。然而在桥梁养护上,“重建轻养”的思想普遍存在,忽视既有桥梁的日常养护,养护不到位直接导致旧桥提前退出服役期。基于此,笔者以钢筋混凝土空心板桥为对象,分析其常见的主要病害及成因,并探讨目前旧桥加固方法,旨在为空心板桥的维修养护提供建议和参考。

一、空心板桥常见病害及成因

1.板底裂缝

空心板底部产生裂缝是空心板桥最常见的病害之一。板底裂缝分为纵向裂缝和横向裂缝2种,其中纵向裂缝较为常见,比横向裂缝更易产生和发展。根据大量的调查和桥梁外观检测结果发现,在产生板底裂缝的局部位置往往还伴随着渗水和白色结晶体析出的现象。

纵向裂缝产生的原因根据其位置不同可分为3类。第一类是铰缝处的纵向裂缝。铰缝是用于横向连接各块空心板的构件,可以传递剪力,并发生转动,在经过一定时间后,其反复的转动与变形会导致内部混凝土发生压裂破坏。另外,施工质量也是一个重要因素。如果铰缝宽度较小,在浇筑铰缝混凝土时难以通过振捣使缝内空间填充密实,在反复冲击作用下,这种薄弱构件极有可能出现损伤。第二类是梁肋附近的纵向裂缝。这类裂缝主要是由于纵向的预应力筋在梁体内部呈上凸的曲线,导致底板受到一个方向向下的径向力,使地板混凝土崩裂。第三类是空心板底部中间部位的纵向裂缝。这类裂缝产生与桥梁的横向变形有关,在车辆荷载作用下,空心板底部也会产生横向拉应力,如果拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会产生中部的纵向裂缝。

2.空心板间铰缝失效

铰缝是空心板桥中用来连接相邻空心板共同承担车辆荷载的重要构件,它将各块空心板连接成整体,使车辆荷载能在横向上较均衡地分布于各块空心板上。铰缝的形式依据其深浅可分为深铰缝和浅铰缝。

铰缝产生破坏失效的原因有3种:现有的理论方法与铰缝的实际受力状况不相符。经典的铰接板梁理论中将铰缝看作仅承受竖向剪力的理想铰,然而大量的调查研究发现,铰缝的受力特点并不能用理想铰模拟。在车辆荷载作用下,空心板既有竖向位移也有沿横向的转角,说明铰缝不仅承受竖向剪力,而且还要承受横向弯矩,其内部应力相当复杂。铰缝的结构形式影响受力。铰缝的上端宽度一般只有几厘米,在如此狭小的空间内还要布置铰缝钢筋,在浇筑铰缝混凝土时将会导致铰缝内填充不够密实,留下质量隐患。铰缝混凝土的选用问题。铰缝混凝土往往先于空心板混凝土破坏,故此在设计时应提高铰缝混凝土的强度等级。另外,可以将铰缝与空心板之间的连接看作是新老混凝土之间的接触,若设计时没有将空心板一侧的老混凝土面做凿毛处理,就会导致接触面之间的粘结强度不足。

3.桥面病害

碳纤维是一种新型的纤维状高强度材料,这种材料具有质量轻、强度高、厚度薄、性质稳定、耐久性和抗腐蚀性较好等优点。粘贴碳纤维法具有以下特点:加固材料质量较轻,厚度较薄,不会对原桥承重构件的恒载有不利影响,能保证加固后的桥下净空范围。碳纤维材料质地柔软,可以随构件形状任意弯折,相比钢板加固需要弯折加工,碳纤维加固工艺流程简单,相应的施工费用也较低、工期较短。粘贴碳纤维加固施工工艺简单,不需要复杂的大规模施工辅助设备,也不需要模板支撑等临时构件,因此施工作业地点局限性较小,可以在狭小的箱梁内部进行,这是该加固方法最为突出的一个优势。与粘贴钢板法相比,粘贴碳纤维法不需要在原钢筋混凝土梁上钻孔安装锚栓。碳纤维布和粘结剂覆盖在钢筋混凝土构件表面,可修补已经产生的裂缝,并通过碳纤维布的包裹约束限制裂缝的扩张,防止因裂缝的存在而加速钢筋混凝土梁的侵蚀。碳纤维布还具有隔绝空气和有腐蚀性的物质,对钢筋混凝土构件起到保护作用,增强了桥梁的耐久性和抗腐蚀性。

②陡坡段、河流穿越处作业带扫线及管沟开挖没有按照 “先拦后弃”原则采取拦挡措施,弃土弃渣直接弃排至坡面和河沟道,造成水土流失。如陕西省榆林市榆阳区和佳县交界处的刘千河农场附近陡坡段管沟开挖,因没有采取拦挡措施,导致大量土方溜入下方的佳芦河河道,堵塞了大部分河道。

二、空心板加固方法

1.粘贴钢板法

对于原钢筋混凝土构件配筋率低,承载能力较弱的情况,碳纤维布可充分发挥其高强度的特点补强构件薄弱的部位。碳纤维布对裂缝的修补、限制作用可以使该加固方法在增强原桥承载能力的同时,提高构件的抗裂性能。因此粘贴碳纤维法适用于承载能力较低和裂缝较多两种问题同时存在的旧桥。碳纤维材料的高强度和高弹模性质不仅适用于弯拉受力构件的补强,也可通过缠绕包裹墩柱等轴向受压构件的方式加强其抗压承载能力。另外,对于加固面形状复杂多变,钢板难以弯制成型、工期要求紧张且不宜增加原桥荷载的情况,粘贴碳纤维法是最优的选择方案。碳纤维材料最大缺陷是不耐火,遇明火可迅速燃烧。

粘贴钢板法具有以下特点:加固钢板自重小,对原桥的恒载增加影响有限,采用粘结剂粘贴和锚栓固定的方式可以减少对原构件的扰动和破坏。加固钢板厚度较薄,基本不影响桥下净空,对原桥外观的改变也不大。施工方法简单,施工质量控制因素较少,施工过程中全程干作业,工期较短,不影响桥上车辆交通。环氧树脂或建筑用胶等粘结剂的质量是钢板加固的关键,粘结剂老化后其粘结力将大幅降低,因此,粘结材料的耐久性和抗氧化性应当重点关注,并定期检查、养护。

十多年来,浙江省矿产督察制度逐步健全完善,先后制定实施了《浙江省矿产督察工作制度实施细则》《浙江省矿产督察工作程序》《浙江省矿产督察员考核管理办法》,等等。近五年来,原浙江省国土资源厅共组织208个督察组1628人次,完成督察项目488个,下发矿产督察意见380份;对不落实督察意见要求拒绝整改或限期整改不到位的,移交省厅执法监察局下发国土资源违法案件督查通知书8份;因粉尘防治措施落实不到位被省厅责令停采整顿的矿山3家。在党中央、国务院明确要求加强事中事后监管的新形势下,矿产督察作为浙江省矿产资源勘查开采监督管理工作的重要手段,所发挥的作用和成效将愈发明显。

体外预应力法的实质是通过体外预张拉应力给受弯构件施加一个反向负弯矩,以抵消部分恒载产生的正弯矩。其具体措施是在原桥主梁受拉区设置拉杆,并将拉杆锚固于两侧梁端,对拉杆施加预应力。

2.粘贴碳纤维法

空心板桥经常伴有桥面破损开裂的病害,会对桥梁的正常使用和耐久性带来一些隐患。对多跨简支空心板而言,最常采用的桥面铺装结构形式是连续铺装,在墩顶连续段处加设连续钢筋以抵抗支点处的负弯矩。桥面铺装层的病害主要表现为纵横向裂缝和局部破损积水。对于交通量大的桥梁,其桥面更容易磨损、壅包和产生车辙,局部还会与梁体分离脱落。

粘贴钢板法一般是利用环氧树脂或建筑用胶等粘结剂和锚栓将高强钢板粘贴锚固在桥梁主要受力构件需要加固的位置,通过胶结材料的内部粘聚力将原桥构件与高强钢板连接成一个整体,使之能够协调受力和变形。

桥面病害的原因主要有以下6点:梁端横向裂缝的主要原因在于承受了过大的负弯矩。多跨空心板桥大多采用桥面连续铺装,在墩顶连续段处设置的连续钢筋有的较短,未能完全包括负弯矩区段,或连续钢筋数量不足难以抵抗由梁体和跨中的车辆荷载产生的负弯矩,从而使墩顶区域产生大量的横向裂缝。早期的空心板设计标准低,刚度小,当有重载汽车通过桥跨中部时,梁体纵向弯曲变形大,端部会随着中部的弯曲下挠而发生翘曲,其翘曲的上顶力作用在薄弱的铺装层上导致作用位置处开裂。支座损坏或桥梁基础产生不均匀沉降,造成车辆对桥梁的冲击作用加剧,在大量的强大冲击作用下,桥面铺装很容易破损。许多养护不到位的桥梁其伸缩缝常被碎石和杂物填塞,不能随温度变化自由伸缩释放温度应力,积聚在铺装层内部的温度应力会导致桥面开裂。空心板桥不仅在纵向有弯曲变形,其横向也有弯曲变形,如果某些铰缝发生破坏,其抗剪能力部分或完全失效,就会导致铰缝对应的铺装层位置处产生纵向裂缝。空心板预制时操作不规范,用于成孔的气囊没有按照施工要求精准定位造成气囊上移,预制空心板顶板变薄,承载力下降,在车辆荷载作用下顶板破损下挠,对应位置处的铺装层也因变形过大而开裂。

3.体外预应力法

粘贴钢板法施工时需要注意以下几点粘贴钢板前,应当将钢筋混凝土构件待粘贴表面清理干净,不得留有污渍和异物,以便钢板与混凝土表面能够紧密贴合。粘贴钢板的长度应当比需要加固区长,尽可能包络构件的薄弱区段,锚栓位置应当选择在远离原构件主筋、应力较小的地方。对抗剪性能不足,出现斜裂缝的位置应当在梁体侧面与斜裂缝垂直的方向粘贴钢板,限制裂缝的发展。

对于原桥配筋率较小的钢筋混凝土构件,粘贴钢板法可以很好地起到补强钢筋的作用,且原配筋率越小,其加固补强的效果越显著。另外,对于抗弯刚度较小、活载作用下挠度较大的钢筋混凝土梁,粘贴钢板法可以有效增强梁体刚度,对其变形的抑制作用较好。在钢筋混凝土主梁的剩余承载力不足,或对桥梁外观要求较高、施工期限有严格要求限制等情况下,增大截面法不再适用,粘贴钢板法是最佳的选择方案。但是,钢板在湿度较大或腐蚀性物质含量较多的环境中容易产生锈蚀,粘贴钢板法不适用于处在这类环境中的工程。如果必须采用粘贴钢板法加固时,则应当对钢板做防锈处理并加强日常养护。

体外预应力法主要有以下特点:由于体外预应力法是一种主动卸载的加固方式,不会出现增大截面法和粘贴钢板法中所存在的二次受力问题,也不会存在界面处应力应变不同步的现象,可以充分发挥加固材料的性能。提供体外预应力的拉杆自重较轻,不会过多增加原桥恒载,但卸载效果明显,技术效益较好。体外预应力拉杆和锚固系统一般在梁底部施工,施工不影响桥上车辆通行,适合要求不中断交通的旧桥加固。预应力索位于梁体外部,方便后期的检测和养护,也允许后期预应力索的替换。

所谓相同对比就是从个别中寻找一般,在个性中寻找共性。同样是对世界各国的认知与把握,万变不离其宗,各国的特点与特色虽然各不相同,但其落脚点大同小异,当学生将各国的知识内容及其重难点有效把握后,从看似迥然不同的纷繁复杂的知识点的汇集中,自然而然地抽提出了作为区域地理的体系要义,简言之,学生学了,同时,知道该怎么学了。即所谓颇具哲学意味的“从群众中来,到群众中去”。

体外预应力法最大的优势在于其主动卸载的作用可以有效减小钢筋混凝土内部的应力水平,因此,该方法特别适用于大跨度桥梁或内部应力较大的钢筋混凝土梁。另外,由于体外预应力拉杆可以方便地拆除和更换,所以该方法也适用于重车临时过桥的加固和桥梁的长期加固维护。

4.围绕企业生产经营工作做好资料汇编。几年来,公司档案管理人员自己编研或与有关部门合作完成了《徐州发电厂大事记》、《徐州发电厂志》等22种165万字的编研材料,其中,通用性编研资料17种,深层次编研资料5种,同时还编制了检索工具28种161册,对生产经营等管理工作起到了较好的指导作用。近年来,公司累计利用档案材料7000多卷次,创直接经济效益2亿多元,而且还以翔实的资料性和权威的原始凭证性,解决了多起经济纠纷,创造了良好的社会效益。

中年人一愣,把钱放回盒子,盖好盖子,仔细观察起钱盒子。“这个盒子怎么了?我当时钱不够,有些犹豫。老贾他当时看我准备买很多,说是若当场用现钱交易,就把这个钱盒子也送给我。”

要保证体外预应力法加固工程的质量,需要注意两项施工要点:预应力拉杆所采用的材料和布置位置需要根据加固对象的加固目的进行合理的选择,应当使加固后的结构处于合理的受力状态。体外预应力索的数量应当根据分析计算确定,转向装置对预应力索的线形具有决定性的作用,其强度和可靠性也需要通过计算验证。

 
张胜龙
《交通企业管理》 2018年第03期
《交通企业管理》2018年第03期文献

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