李順起,孫 勇,肖子旺,王子強

（1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院設(shè)計二處；2.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院）

1 概述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在當今橋梁建設(shè)中具有舉足輕重的地位,然而,各種病害問題卻給其帶來了諸多方面的安全隱患。因此,鋼筋混凝土橋梁的病害分析及預(yù)防應(yīng)予以充分重視。當代交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量的高標準對建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)化的管理維護,提出了更嚴格的要求。因此,鋼筋混凝土橋梁的質(zhì)量必須得以保證,先從其病害的分析與預(yù)防開始。這里將不利于橋梁結(jié)構(gòu)安全的一切因素統(tǒng)稱為病害。

2 鋼筋混凝土橋梁病因分類

鋼筋混凝土橋梁病害種類繁多、錯綜復(fù)雜,已經(jīng)不再是狹義而單一化的問題,應(yīng)是一個廣義而空間化的科學(xué)體系。這里著重分析五個方面的病害。

（1）橋梁建筑材料的病害；

（2）交通運輸業(yè)的大力發(fā)展；

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理性；

（4）施工工藝與管理的問題；

（5）運營階段的后期維護不到位。

2.1 橋梁建筑材料的病害

橋梁建筑材料病害。如裂縫、蜂窩、碳化、麻面、表面鹽析、鋼筋銹蝕等,均嚴重影響著結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性。

（1）混凝土的裂縫。

從混凝土自身收縮、徐變的角度看,裂縫的產(chǎn)生在所難免。只要裂縫的寬度在一定限度內(nèi)是不會影響結(jié)構(gòu)正常使用的,就是所謂的非結(jié)構(gòu)性裂縫。但此類裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性有一定程度的影響。裂縫出現(xiàn)后,接踵而至的是腐蝕、凍融侵害,從而形成惡性循環(huán),威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。對非結(jié)構(gòu)性裂縫也應(yīng)進行及時有效的修補。而對結(jié)構(gòu)性裂縫,應(yīng)側(cè)重關(guān)注結(jié)構(gòu)強度、剛度、延性不足等引起的承載能力下降問題,需要首先進行結(jié)構(gòu)受力分析,再對其進行加固補強后方可對裂縫進行修補處理。

（2）混凝土的蜂窩、麻面。

蜂窩、麻面等問題多產(chǎn)生在施工的澆筑、振搗階段。其關(guān)鍵和要害是密實度。澆筑時間控制不合理,振搗不全面,振搗時間短、力度小都會降低混凝土的密實度,致使影響結(jié)構(gòu)耐久性與混凝土表面美觀。當然,在施工階段其施工工序、技術(shù)方法、檢驗等方面措施得當,蜂窩、麻面問題是可以避免的。

（3）混凝土表面鹽析現(xiàn)象。

混凝土表面出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。如混凝土配合比設(shè)計的不合理,導(dǎo)致拌制時出現(xiàn)泌水現(xiàn)象；骨料可溶性鹽或堿含量過高,在一定條件下析出；混凝土過長時間不澆筑產(chǎn)生離析等。出現(xiàn)此類問題的對策,應(yīng)是嚴格控制建筑材料質(zhì)量、掌握好混凝土的澆筑時機、根據(jù)施工環(huán)境合理調(diào)整混凝土配合比的設(shè)計,加強振搗,提高混凝土的密實度與抗?jié)B性,減少鹽析的毛細孔道,從而減少混凝土表面花白臉的現(xiàn)象,提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

（4）混凝土表面的碳化。

在大氣環(huán)境下,橋梁結(jié)構(gòu)的破壞部分是鋼筋的混凝土保護層碳化,堿性降低,混凝土出現(xiàn)裂縫,大氣中的氧氣和水侵入混凝土中到達鋼筋表面,并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),引起體積膨脹,使混凝土的裂縫加大,最終引起保護層的開裂、剝落。防治碳化主要把握改善結(jié)構(gòu)材料的防水性能和提高密實度兩個方面。實驗證明,施加拉應(yīng)力會加大混凝土的碳化速度,而施加壓應(yīng)力則可以明顯減小混凝土的碳化速度,混凝土的碳化速度隨時間延長而明顯減慢。因此,采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以有效的遏制混凝土碳化病害。

2.2 交通運輸業(yè)的大力發(fā)展

近年來,隨著國民經(jīng)濟、生活水平的提高,汽車數(shù)量劇增,已經(jīng)超出了以往橋梁、道路等的設(shè)計交通量。交通運輸業(yè)的大力發(fā)展,使基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼的進行著,建筑工地此起彼伏,諸如混凝土運輸車這樣的超重汽車也相應(yīng)的多了起來,對已有的橋梁、道路構(gòu)成了不小的威脅。

例如在橋梁結(jié)構(gòu)體系中的雙曲拱橋曾經(jīng)是我國應(yīng)用最普遍的一種橋型,由于受當時規(guī)范標準、設(shè)計水平、施工技術(shù)以及材料性能的局限,特別是在最近十余年間重荷載和大交通量的運營下,多數(shù)雙曲拱橋已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的病害。雙曲拱橋在結(jié)構(gòu)上繼承了圬工拱橋的優(yōu)良傳統(tǒng),在其外觀上極具濃厚的民族色彩,又具有結(jié)構(gòu)新穎、便于施工、自重輕、省料等優(yōu)點,吸取了現(xiàn)代裝配式鋼筋混凝土橋的優(yōu)點。但是大多數(shù)雙曲拱橋在其運營30～40年后出現(xiàn)不同程度的病害,影響到交通正常運行。研究發(fā)現(xiàn),雙曲拱橋具有一定的超載能力,只要找到其病害的原因,通過對舊有雙曲拱橋承載能力進行正確的評價,采用合理的加固方案,充分發(fā)揮和提高其承載潛力,其大多數(shù)是可以繼續(xù)運營的。因此,對舊橋病害原因分析及合理加固方案的研究對保證交通安全運行有重大意義。

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理性

在橋梁的設(shè)計階段,由于設(shè)計人員對設(shè)計理論的理解深度不夠,設(shè)計時生硬的套取規(guī)范和采用標準圖式,實踐經(jīng)驗不足。用靜態(tài)思維去解決不斷進步發(fā)展的技術(shù)問題,橋梁在不同的環(huán)境和使用條件下會得出不同的布局和構(gòu)造要求,規(guī)范更新再快也適應(yīng)不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的各種新要求。大量病害實例證明除了施工和材料方面的原因外,設(shè)計上的缺陷也是影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素之一,長期以來,人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計算方法研究,而忽視對總體構(gòu)造和細節(jié)處理方面的關(guān)注。合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計除了滿足規(guī)范要求外,還要求設(shè)計人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認識。

從橋梁的設(shè)計方面考慮,先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計思路很值得考究。簡支梁橋是一種靜定結(jié)構(gòu),是靜定結(jié)構(gòu)就注定它能夠抵制溫度、收縮、徐變、基礎(chǔ)變位等產(chǎn)生的次內(nèi)力,而其弱點就在于結(jié)構(gòu)的跨中彎矩較大；對于連續(xù)梁橋,它的優(yōu)勢就在于主梁連續(xù),行車順暢,支點的負彎矩有效的削弱了其跨中正彎矩,從而減小梁高和自重,經(jīng)濟性較好。橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該取長補短,先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式正是對兩種橋型優(yōu)點的繼承。

在預(yù)制裝配階段,由于混凝土的齡期較短,受溫度、收縮、徐變的影響,構(gòu)件的變形量比較大,但這時的變形結(jié)構(gòu)恰好為靜定結(jié)構(gòu),以上因素不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力、支座反力、應(yīng)力重分布等不良影響；在形成連續(xù)體系之后,各項應(yīng)以連續(xù)橋梁進行計算分析,但是此階段應(yīng)力重分布、收縮、徐變已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定,故很大程度消除了連續(xù)梁橋的弱勢。所以鋼筋混凝土橋梁的病因很大程度取決于結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理與否,設(shè)計者們應(yīng)該善于融會貫通,使橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加合理化。

2.4 施工質(zhì)量控制、管理的問題

不同的橋梁結(jié)構(gòu)對應(yīng)著多種施工工藝形式,需要根據(jù)不同的施工環(huán)境、施工組織設(shè)計規(guī)劃、工期規(guī)定等采取最優(yōu)方案。此外施工階段的管理必須嚴格,施工技術(shù)方面嚴格按照相應(yīng)規(guī)范執(zhí)行,出現(xiàn)問題及時提出被選的解決方案。

某些有問題的小橋,出于橋面抗壓、耐磨、防滑的考慮,橋面采用了水泥混凝土面層,但是在投入使用后的不長時間,橋面開始出現(xiàn)起灰的現(xiàn)象,這種病態(tài)在室內(nèi)水泥地面使用階段也較為常見。二者進行類比,可得出以下分析結(jié)論：材料配合比不合理、水灰比過大、水泥標號過低、細骨料級配較差等。因此在施工階段,不能隨便套用配合比,必須合理控制水、砂石、水泥及外加劑的用量,并對進場原材料及二次合成的材料進行嚴格的質(zhì)量把關(guān)。

混凝土橋面的鋪裝看似施工方法簡單,卻是一件技術(shù)性很強的工作。橋面鋪裝材料要達到強度、剛度、耐磨、抗?jié)B的設(shè)計指標,各階段橋面標高、平整度要做到精益求精。若橋面平整度這一項指標未達到要求,就會產(chǎn)生跳車現(xiàn)象,降低行車的舒適度,且無形中增大了汽車的沖擊力,使得結(jié)構(gòu)的可靠度以及抗疲勞性能大打折扣。

因此技術(shù)人員應(yīng)當將施工質(zhì)量的科學(xué)控制、管理予以重視,減少此病害的發(fā)生。

2.5 運營階段的后期維護不到位

橋梁的運營管理是頗具難度的,加上我國相應(yīng)的管理制度建立相對滯后,執(zhí)行力度相對較弱,超速、超載的情況有時發(fā)生,可能對結(jié)構(gòu)造成無法補救的創(chuàng)傷。

橋梁在運營期間,常有出現(xiàn)裂縫、排水系統(tǒng)、伸縮裝置被硬物塞住時,管理人員發(fā)現(xiàn)、維修的不及時,導(dǎo)致有害介質(zhì)的滲透、鋼筋的銹蝕、排水不暢、伸縮受限等嚴重病害的情況發(fā)生。

為保證運營橋梁質(zhì)量,在日常運營過程中,應(yīng)安排專門人員對橋梁進行養(yǎng)護工作并對所有運營橋梁組織安全隱患排查工作,委托專業(yè)的檢測單位對運營橋梁進行檢測和技術(shù)狀況等級評定,建立健康檔案。根據(jù)橋梁技術(shù)狀況等級評定結(jié)果,對危橋及時進行改造,確保橋梁運營安全。當然,橋梁的健康安全還需要全社會的關(guān)注和群眾廣泛參與,關(guān)注交通、關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),通過群策群力,推動建立一整套有效的橋梁運營監(jiān)測和管理系統(tǒng)來維護橋梁。

3 結(jié)束語

橋梁的病害始終伴隨著橋梁的設(shè)計、施工與使用,人們無法完全擺脫它,但是通過對各個環(huán)節(jié)的嚴格控制以及分析、管理、監(jiān)測體系的完善,相信橋梁病害可以被極大限度被消除,給鋼筋混凝土橋梁一個健康的體魄。

[1]盧鐘鳴.威信煤電一體化工程混凝土鹽析現(xiàn)象分析[J].廣東建材,2004.

[2]劉秉京.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計[M].北京：人民交通出版社,2008.

[3]張樹仁,王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計[M].北京：人民交通出版社,2006.

[4]諶潤水.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2009.