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混凝土橋梁病害成因與養護
2011-10-28 來源:筑龍網
1、前言 

    隨著現代工業的日益發達,“ 工業三廢” 造成的污染嚴重,使得混凝土腐蝕現象更加突出, 使許多橋梁結構因腐蝕等達不到設計使用年限就提前報廢給社會帶來巨大的經濟損失和負擔。例如廣東某斜拉橋 1 9 9 5年的拉索墜落事故雖未造成大的災難,但卻給橋梁的防腐與安全運行敲響了警鐘;北京的西直門舊橋使用了僅僅1 9年被迫拆除改建。因此,橋梁腐蝕 的治理與防護已成為當今礦山的重點工作 。

    2、礦區橋梁運行現狀 

    金堆城礦區位于東秦嶺山系南緣,隸屬華縣金堆鎮,礦區道路北在水岔與華金公路相接, 南至石可村,約 1 8 k m范圍內建有 2 6座混凝土橋梁,主要有拱橋和簡支梁( 板) 橋兩種, 其中混凝土拱橋 1座鋼筋混凝土簡支梁( 板) 橋2 3 座,2座單跨T型梁簡支梁橋,橋梁橫向坡度約為 1.5 %,縱向坡度1%~2%。大部分橋梁建于上世紀6 0年代,少數為8年代修建,個別為新建。

    2 、1 外觀檢查

    橋梁外觀病害主要出現在橋面、橋頭部位。

    ( 1 ) 橋面結構:人行道及護欄有不同程度破損橋面排水系統不完善,大部分橋梁匯水孔堵塞,排水不暢,橋下簡支梁(板) 間普遍存在滲水現象(白色滲水痕跡)。

    ( 2 ) 橋梁上部結構:大部分完好,未發現主要承重構件損壞。部分簡支梁(板) 橋梁上部結構構件表層混凝土老化脫落。較嚴重的是由于橋臺下沉導致上部結構產生變形,簡支梁( 板) 下沉出現明顯的傾斜,橋梁中間部位凸起, 橋面開裂,如1 5、1 6橋。1 4混凝土拱橋上部部分構件出現嚴重破損。

    ( 3 ) 橋梁下部結構(墩、臺):下部結構總體較好,未有重大破損變形。部分跨河橋的橋墩表層混凝土老化脫落嚴重,部分橋墩基礎有沖刷侵蝕現象如 l 7、2 6、2 7橋;部分橋臺破損嚴重,影響到上部結構的穩定性,如6 # 橋;有的橋臺出現較嚴重的沉降導致上部結構變形,如1 5、1 6橋。

    ( 4 ) 伸縮縫:大部分簡支梁(板) 橋的伸縮縫均存在不同程度的變形,張開裂縫較大 ( 最 大約4 c m),周邊混凝土老化脫落。

    ( 5 ) 支座:大部分簡支梁橋的支座已破損。

    2、2 混凝土抗壓強度

    采用回彈儀分別測定橋梁的橋面、上部結構、下部結構的表面混凝土抗壓強度,橋面系均值2 68 M P a,上部結構3 2.4 3 MP a,下部結構2 9. 9 8 MP a,滿足規范要求:2 6橋梁的混凝土抗壓強度< 2 0MP a達不到規范要求,需進行加固處理,主要問題集中在橋面混凝土脫落及跨河簡支梁(板)橋梁的橋墩表面混凝土脫落。

    3、橋梁病害成因分析 

    3、1 水質分析

    礦區橋梁主要是跨越西川河、東川河及其下游文峪河,水質化學分析(見表1、表2 ) 表明: p H值偏弱酸性,含有大量SO一 , 對混凝土有結晶腐蝕。礦區地下水屬上層滯水類型,主要受大氣降水補給,地下水呈弱酸性(見表3 ),p H= 6.18— 7.0,對混凝土結構有微腐蝕性,對鋼筋有微腐蝕性。
    

    3、2 大氣質量分析 
    大氣質量監測數據見表4

    

    空氣中含有大量的C O 、S O,使混凝土產生碳化腐蝕。s 0在空氣中氧化生成硫酸,產生酸化腐蝕,隨著析出量的增大和空氣中C O、S O不斷反應,脫水后形成潔白的晶體, 導致混凝土強度降低裂隙擴大、結構疏松。

    3、3 橋臺變形

    橋臺下沉,主要由于河水及地下水的潛蝕作用地基持力層出現空洞所致。而砌石橋臺除基礎下沉外,由于自身散粒結構的特殊性,在長期動荷影響下,砂漿體逐漸疏松而導致臺身出現開裂等病害。

    3、4 橋梁裂縫

    橋面混凝土路面運營多年,車輛載荷的不斷增加,引起混凝土內部產生應力腐蝕裂縫, 地表水和地下水滲人反復凍融影響,及其攜帶的氯離子、硫酸根離子等腐蝕介質對混凝土腐蝕進一步加速,使裂縫進一步擴大、開裂,造成混凝土損壞和功能的失效。

    4、理論計算分析 

    各跨問均為簡支梁(板)結構,跨徑小(約1 0 m),只計算一跨即可推算其它跨徑的相應受力狀態,采用通用程序A N S Y建立空間有限元模型,計算中以梁單元來模擬主梁結構,橋面鋪裝層在計算結構的動力特性時僅考慮質量的影響。分靜載和4 0 k m/h 、2 0 k m/h時速下橋梁受力狀態兩種工況進行計算。根據實際計算出各工況橋梁的各截面的應力、應變、位移及動力特性。大( 除1 6 矽 其余均大于2 mm) 。這6座橋外觀均有較大變形,3 #、1 5 #、16 #橋外觀出現結構變形,7 #、9 #、12 #橋面破壞嚴重,與靜動載檢測結果吻合。

    ( 1 ) 靜位移測試未發現基礎變形,說明其承載力滿足規范和使用要求。

    (2) 各測點的豎向位移未發現異常變化。

    (3) 位移分析結果顯示:礦區橋梁的最大位移值未超過規范規定值,橋梁靜力剛度滿足規范要求,在加固局部變形較大部位后可滿足當前使用。

    (4) 從沖擊系數值看:3#、7樣6座橋的沖擊系數較大,7 # 橋最大。表明6座橋梁結構的行車性能不佳,橋面平整度不良,與表觀檢查結果吻合。

    (5) 在各種工況下,各橋梁控制截面的各測點的應力實測值未出現異常變化,但實測值大于理論計算值,與位移分析得出的結論一致,需對這6座橋進行加固。

    (6) 混凝土結構應力測試、 靜動力載測試受外界因素干擾大, 特別是混凝土結構應力測試值只能反映混凝土表面的應力情況, 因此測試結果需結合表觀檢查結果來綜合評定橋梁。 

    5、靜動載測試 

    從各類型橋梁中選定具有代表性及安全性較高的橋梁進行靜、動載檢測,以測試橋梁的跨中最大撓度值為主,兼測試橋梁的自震頻率、沖擊系數。

    5、1 試驗荷載

    按等效荷載進行試驗。采用7 #、9 #、1 2 #橋用專用礦車滿載( 6 0 t ) 進行加載, 輪距 3 . 0 m,軸距7.5 m;其它路段橋梁采用普通汽車滿載( 4 0 t ) 進行加載,輪距2.4 m,前軸6.5 m,后軸距I.5 m。

    5、2 測試截面和測點布置

    結合 A N S Y數值分析結果確定控制截面,然后根據控制截面確定測試截面。考慮礦區橋梁結構的對稱性,選擇各橋的跨中截面、1/4截面進行測試。各跨測試截面布置見圖1 。各點撓度采用高精度全自動撓度儀實時跟蹤測量。測點布置見圖2

    6、橋梁加固及防護措施 

    6、1 橋梁加固

    3 # 橋路面開裂、橋臺變形開裂,需對橋臺、橋下梁體加固;7 #、9 #、12 #橋面破損嚴重,梁體變形,需對橋面和梁體加固; 1 4 # 橋梁拱圈以上部分結構部分破損,需對局部拱圈加固;15#、16#橋梁上部結構變形嚴重,橋臺下沉變形嚴重,需對梁體及橋臺進行加固。其它橋結構基本完好只需要正常的維護,就能滿足要求。

    6、2 防護措施

    ( 1 ) 橋臺加固

    對片石混凝土橋臺、混凝土橋臺,采用對地基持力層進行灌漿處理。砌石橋臺可采用對地基持力層壓漿、對砌體小孔及臺后填土注漿等相對應的加固措施。在老爺嶺石拱橋臺加固中,效果顯著:采用自鉆式中空注漿錨桿結合鋼管灌漿,錨桿梅花型布置,片石墻護面采用厚度為20e m的雙層鋼筋網,注漿材料采用早強型普硅水泥,2次注漿,同時對地基持力層壓漿。

    ( 2 ) 橋梁體加固

    根據礦區已有橋梁病害治理經驗, 采用在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層的橋面補強層加固,結合在梁體粘貼C F R P片材的方法,可有效解決橋梁結構變形問題。

    ( 3 ) 其它病害處理

    根據礦區橋梁病害現狀, 對裂縫采用專用裂縫修補劑進行封閉處理;對全橋破損、露筋的部位進行處理;對部分構件混凝土保護層偏薄及鋼筋銹蝕進行阻銹處理;對破損嚴重的欄桿和人行道板進行加固維修。

    7、結束語 

    為確保礦區交通運輸安全,一方面應盡快對有病害的橋梁進行加固治理,另一方面著重對貨運車輛進行管制,減少其對橋梁的影響。同時加強對橋梁耐久性健康監測,通過對影響橋梁耐久性的重要參數進行實時監測,為當前橋梁的劣化程度進行評估,為橋梁的維修、 養護與管理決策提供依據和指導。
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