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        市政橋梁工程的常見病害與處理

        2020-11-09 01:49:18曾小剛
        工程建設與設計 2020年21期
        關(guān)鍵詞:粘貼橋面主梁

        曾小剛

        (南昌市城市規(guī)劃設計研究總院,南昌 330038)

        1 引言

        隨著近年來城市交通量突飛猛進的增長以及車輛嚴重超載,加之橋梁長期得不到應有的保養(yǎng),致使部分橋梁的病害對橋梁的安全運營帶來了很大的安全隱患。由于市政橋梁大多處于城市交通繁忙路段,為城市交通的樞紐節(jié)點,因此,為了保障城市交通的正常安全運行,橋梁維修工作迫在眉睫。

        2 橋梁常見病害

        2011 年,南昌市對主城區(qū)9 座橋啟動維修二期加固改造工程,這些橋均位于主城區(qū)的主干路上,具體有江鈴立交橋、青山路立交橋、撫河橋、孺子橋、玉帶河中支橋、龍王廟立交橋、濱江高架橋、順化門立交橋等。根據(jù)檢測報告,這些橋梁的常見病害大致可歸結(jié)為以下幾方面。

        2.1 橋面系

        橋面系包括橋面鋪裝、伸縮縫、人行道、欄桿(防撞墻)等,主要病害表現(xiàn)有:(1)橋面鋪裝層縱橫向裂縫,瀝青混凝土(或混凝土)面層破損、坑槽、骨料外露,調(diào)平層露筋等;(2)伸縮縫止水帶老化、開裂、破損、夾泥,局部啃邊破損、修補、隆起、引起跳車;(3)欄桿局部變形彎曲、缺失,扶手局部修補、表層混凝土開裂,欄桿基座側(cè)表面混凝土多處剝落、露筋、銹蝕。

        2.2 支座病害

        支座分為橡膠支座或盆式支座,各橋支座均輕微老化、變形,部分橋(如濱江高架橋)橡膠開裂嚴重、變形較大、局部脫空、完全脫空、懸空、移位,個別缺失;梁底的橡膠支座及盆式支座鋼板普遍存在銹蝕嚴重的現(xiàn)象;部分支座普遍存在較為嚴重的剪切變形。支座墊石部分破損,混凝土開裂【1】。

        2.3 梁體裂縫

        1)箱梁腹板存在多條豎、斜向裂縫,基本都貫穿整個腹板,有些向上延伸至翼緣板,向下延伸至底板,豎向裂縫多分布在每跨的跨中附近,斜向裂縫多分布在靠墩柱附近,且離墩柱越近裂縫的傾斜度越大【2】。

        2)空心板、T 梁裂縫:

        (1)空心板主要有梁底縱向裂縫,基本位于1/4L~3/4L(L為梁長)范圍;未見底板橫向裂縫。

        (2)T 梁腹板存在斜向裂縫,寬度在 0.10~0.35mm;部分梁體存在蜂窩、麻面,混凝土脹裂露筋;部分橫隔板存在混凝土破損、鋼筋外露且銹蝕嚴重。

        3)拱肋(片)裂縫:主拱片的跨中段(約 2.5m 范圍)都存在一定數(shù)量的橫向裂縫,拱片間微彎板頂有部分縱向裂縫;部分裂縫已經(jīng)采用環(huán)氧樹脂封閉。

        2.4 墩臺病害

        橋墩墩柱均裸石骨料外露,部分墩柱混凝土局部破損、露筋、銹蝕,多處大面積箍筋外露。部分基礎(chǔ)與柱身連接處局部破損、小空洞、露筋、銹蝕。橋臺病害主要為:側(cè)墻斜向開裂、外包混凝土脫落,部分裂縫寬度較大;局部混凝土外脹、脫落。橋墩臺病害基本為表層破損,對破損混凝土清除、裂縫封閉,日常養(yǎng)護即可。

        2.5 混凝土碳化、鋼筋外露、主梁鉸縫斷裂漏水等

        橋梁病害成因歸納起來大體有以下幾種:產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)標準問題、結(jié)構(gòu)設計缺陷、施工質(zhì)量問題、車輛超載、管養(yǎng)問題。橋梁出現(xiàn)病害的原因是多種不利因素組合導致的,而橋梁受損又導致病害進一步加劇,形成惡性循環(huán),加劇橋梁病害的發(fā)展。

        3 橋梁加固修復方法

        對于橋梁出現(xiàn)的這些病害,采用下列方法處理:

        1)橋面系病害修復。伸縮縫全部更換,徹底清理梁端與橋臺間、梁端與梁端間的雜物,確保所有縫隙兩側(cè)通視。

        2)表觀裂縫修復。對下部結(jié)構(gòu)橋墩墩柱局部承壓引起的裂縫,用環(huán)氧樹脂漿液灌漿封縫。其他部位裂縫先采用環(huán)氧樹脂漿液粉刷,然后觀察其是否有繼續(xù)發(fā)展的情況。對梁體裂縫寬度<0.1mm 的,進行表面封閉處理;裂縫寬度>0.1mm的,進行化學壓力灌漿封閉處理,化學灌漿采用低黏度乙烯基酯類或改性環(huán)氧類黏結(jié)劑;對裂縫寬度>0.2mm 的,應首先判斷是結(jié)構(gòu)性裂縫還是非結(jié)構(gòu)性裂縫,以確定是否進行裂縫封閉還是進行補強處理。

        3)混凝土橋面鋪裝破損處理。處理原橋面鋪裝的裂縫、病害,必要時對橋面鋪裝增設鋼筋網(wǎng)片加強處理。同時,須做好橋面防水處理,還要疏通排水管,恢復原有排水功能。

        4)支座更換。更換支座前,應逐一檢查支座墊石是否損壞,如有損壞,應先修補支座墊石,待支座墊石強度達到后,方可更換支座。支座更換前,應同步用千斤頂頂起主梁,不得單片梁更換。

        5)混凝土碳化、鋼筋外露、主梁鉸縫斷裂漏水。清除碎裂混凝土,鋼筋除銹,對裂縫進行壓漿或密封處理恢復其結(jié)構(gòu)完整性。對梁體空洞填補環(huán)氧砂漿。

        6)主梁截面補強加固。常用的加固方法有加大截面法、外部粘貼法(粘貼鋼板法、粘貼碳纖維布法)、施加體外預應力法等【3】。其中,外部粘貼碳纖維布法是適用于構(gòu)件尺寸受限,且能有效提升結(jié)構(gòu)截面承載能力的一種方法;碳纖維材料具有自重輕、柔韌性好、抗拉強度高、耐腐蝕、耐高溫等特點,并且其施工便利,施工速度快,承載能力提升效果明顯,并且不產(chǎn)生新增荷載,對原橋沒有不利影響。本次橋梁提載加固采用粘貼碳纖維法,加固的難點是需保證碳纖維的有效黏結(jié),黏結(jié)施工工藝比較關(guān)鍵。

        4 橋梁加固實例

        4.1 橋梁簡介

        撫河橋是南昌市南浦路向西延伸跨撫河的一座城市橋梁,建成于20 世紀六七十年代。本橋橋型為6 孔簡支T 梁,橋長 127.8m(19.5m+4×22.2m+19.5m),寬 24.6m,其中,機動車道和非機動車道分離,為平行的3 座橋。中幅機動車道橋墩為薄壁實體墩,兩邊非機動車道及人行道橋墩為獨柱式橋墩。橋臺為重力式U 型橋臺。由于缺少設計竣工資料,依據(jù)建成年代推測該橋的設計荷載為:汽-13;拖-60。

        由于缺乏設計竣工資料,T 梁尺寸只能經(jīng)現(xiàn)場量測獲得。橋梁上部構(gòu)造采用19.50m、22.20m 普通鋼筋混凝土簡支T梁,梁高為119cm,梁底寬16cm,翼緣高度平均為15cm,梁距為1.20m。

        橋梁橫斷面圖見圖1。

        圖1 橋梁橫斷面圖(單位:cm)

        該橋主要存在以下病害:橋面開裂,橋頭不平順且有積水現(xiàn)象,伸縮縫夾有泥沙且有錯位現(xiàn)象;主梁底板、腹板存有露筋、滲水、裂縫現(xiàn)象;主梁腹板存在斜向裂縫,數(shù)量較多,寬度大。

        由于該橋原設計荷載標準已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有交通荷載要求,同時,根據(jù)專家會議建議,需將該橋進行提載設計,提載后荷載等級為城-B 級。因此,對該橋不僅需進行表觀處理,為滿足荷載等級要求,還需進行橋梁提載加固。具體加固措施如下:(1)對橋面伸縮縫、欄桿進行更換處理,同時將原橋面混凝土鋪裝進行鑿除,新建12cm 厚C40 防水混凝土鋪裝(鋪設2層 D12 鋼筋網(wǎng));(2)對原橋板式支座全部更換處理;(3)主梁裂縫表面用封閉法和化學灌漿法修復,同時,清除主梁表面剝落的混凝土;(4)對主梁采用碳纖維布進行抗剪、抗彎承載能力補強加固(見圖2)。

        圖2 主梁加固立面(單位:cm)

        4.2 提載加固計算

        選取22m 跨邊板計算,由于設計圖缺失,因此,只能采用簡易算法,即由于荷載等級變化所產(chǎn)生的內(nèi)力增量由碳纖維承擔【4】。

        計算(考慮了橫向分布系數(shù))簡圖見圖3。

        圖3 計算簡圖

        彎矩增量ΔMj=274.3kN·m,剪力增量ΔVj=48.7kN。

        由碳纖維產(chǎn)生的承載力增量(受壓高度x 假定為翼緣板高度15cm):

        式中,ΔMu為碳纖維材料彎矩計算值;ΔVu為碳纖維材料剪力計算值;ff為碳纖維抗拉強度設計值;Af為碳纖維截面面積;h0為截面計算高度。

        通過以上計算表明,粘貼碳纖維能滿足城-B 級荷載標準要求。

        橋梁主梁粘貼碳纖維施工完成后,梁體外表面“補丁”有礙觀瞻,同時采用浸入型混凝土防蝕型涂料進行噴涂,不但起到裝飾美化的作用,而且對結(jié)構(gòu)有一定的保護作用。

        該橋在2012 年完工后,經(jīng)過橋梁靜載試驗,橋梁荷載等級滿足城-B 荷載要求。經(jīng)過多年運營,經(jīng)專業(yè)檢測單位檢測未發(fā)現(xiàn)明顯病害,橋梁總體情況良好。

        撫河橋位于南昌市的城市主干道上,跨越撫河聯(lián)系兩岸交通,位置非常關(guān)鍵,交通量連年增長,不堪重負。本次加固維修對交通短期有一定影響,但如果拆除重建,工期長、成本高,并且對交通影響極大。因此,撫河橋的維修加固取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

        5 結(jié)語

        城市橋梁是城市的重要基礎(chǔ)設施,在城市交通格局中處于樞紐和控制性節(jié)點的重要地位。城市橋梁經(jīng)過加固維修后不僅能滿足日益增長的交通需求,消除了安全隱患,同時,修葺一新的橋梁也能為城市增添風采。城市橋梁維修能收到良好的社會經(jīng)濟效益,同時,是提高通行能力和服務水平的有效途徑。市政橋梁為了保持良好的運營狀態(tài),橋梁的日常養(yǎng)護是關(guān)鍵,這樣可以延長橋梁的使用壽命及耐久性。

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