成乐高速公路桥梁病害成因分析及对策

张元泽 刘浩吾 蒋智勇

1 成乐高速公路桥梁健康状况分析

作为“四川汶川‘5·12'地震灾后恢复重建检测”的一部分,对成乐高速公路进行了检测。成乐高速公路在“5·12”汶川大地震中受到波及,但由于与震中距离较远,地震的影响较弱,现场的检测证实了此点。成乐高速公路于1999年11月完工,当年12月28日通车,迄今为止运行了近 8年。

检测内容包括外观检测,混凝土强度试验,裂缝检测等。全线共检测桥梁48座,其中主线桥29座,跨线桥 19座。根据JTG H11-2004公路桥涵养护规范中3.5.2条,全桥总体技术状况评定等级采用综合考虑桥梁各部件权重的综合评定方法。评定结果:主线桥中,一类桥0座,二类桥21座,三类桥 8座;跨线桥中,一类桥8座,二类桥8座,三类桥3座。不难看出,整个成乐路桥梁的健康状况不容乐观,其中主线桥的病害较重,工程病害原因剖析要点如下:

1)设计规划方面的原因。随着经济的快速发展,各种车辆的增加,车辆荷载的增大,导致公路桥梁(主线)实际承受的载货远大于预期的载荷值。这样,在动荷载值增大,荷载频率陡增的情况下,桥梁的一些主要承重构件就会在循环荷载的作用下因疲劳而破坏。

2)施工质量方面的原因。由于成乐高速公路路线长,建设周期短(近三年),沿线桥梁多,建设负担重,难免造成一些疏忽,导致施工没有严格按照相关技术工艺和质量的要求进行。这容易导致如桥面铺装、伸缩缝、支座、锥坡方面的病害形成。

3)养护监管不到位。如沥青路面的坑槽未及时修补,会越来越大,越来越深;桥台锥坡,台、墩的挡块长草等没有及时清除,导致生物力及腐蚀破坏,造成开裂和失效;主要承重构件,如支座滑落没及时更换,主梁出现纵、横向裂缝没有及时采取有效的处理措施,使得病害加重,承载力降低。

4)载荷条件不同,病害情况迥异。由于主线桥要承受巨大的车载作用,病害较多。

2 桥梁主要病害的成因分析及相关对策

2.1 桥面铺装层病害的成因分析及对策

1)病害成因分析:a.疲劳损坏。由于交通量不断增大,在车辆动荷载的循环作用下,铺装层处于拉压交替的状态,车轮接触面内铺装层受压,接触面周围铺装层受拉,每天成千上万次的拉压交错受力,导致了铺装层的疲劳损坏。b.材料的性质及铺装层过厚或过薄等。对于沥青混凝土桥面铺装,路面基层的温缩、干缩以及材料的性能、施工工艺、环境等均会导致铺装层裂缝的出现。c.承重构件结构形式不合理。d.桥面板刚度不足。在负弯矩的作用下,下部支撑梁的不均匀沉降导致铺装层产生裂缝。e.养护、监管不够。

2)处治对策:a.加强对现役桥梁定期检查和维护,对发现的病害及时进行处治。b.病害轻微的,可采取局部修补,灌缝的方式处治;病害严重的如大面积的网裂,疏松,泛油,防水层破坏等,应及时更换铺装层,并做好相关的防排水措施。选择合适的施工方法,按相关施工工艺严格施工。c.采取有效的监管措施,加强监管。

2.2 伸缩缝病害的成因分析及对策

1)病害成因分析:a.伸缩缝选型不合理。造成安装开口预留伸长量不足,橡胶条被拉断或安装闭口预留压缩量不足,伸缩缝被挤死,挤坏伸缩缝两侧混凝土,使路面出现裂缝、坑槽等现象。b.地基不均匀沉陷。伸缩缝处地基的不均匀沉降及车辆荷载的作用,导致伸缩缝出现上下错动和扭曲等变形。c.梁头与台背预留的混凝土缝隙不够,施工不认真将梁或板浇长或台背耳墙浇筑尺寸不符合图纸要求,导致安装的伸缩缝没有足够的伸缩空间。d.车辆掉落的坚硬物未及时清除,挤压伸缩缝,造成橡胶板的损坏。

2)处治对策:a.及时更换已损坏的伸缩缝,并严格控制施工条件和质量。b.地基不均匀沉降造成的伸缩缝损坏,应先加固相应范围的地基再更换。c.及时处理损坏的角钢、螺栓,随时紧固松动的螺母,对出现损坏的橡胶板,查明原因并及时更换,防止造成伸缩缝侧边结构的损坏。d.加强日常养护,及时清理车辆掉落的坚硬物,防止其阻塞伸缩缝。

2.3 桥头跳车的成因分析及对策

1)病害成因分析:a.路桥结构刚度相差很大,变形不协调。b.路基施工没达到设计要求,台后压实度未达到标准,高填土路堤出现压缩变形。c.路面水的渗入,使路基软化;水土流失造成桥头路基下沉。d.桥头路堤及锥坡范围内地基在填筑前清理不彻底,尤其是软土路基处理不好。e.台后填土材料应用不当,或填土的含水量过大。

2)处治对策:a.跳车较轻、沉陷面积不大、路面基层没有破坏的桥头,采用混凝土填补找平。b.跳车较严重、沉陷面积较大、路面基层出现破坏的桥头,清除已破坏的旧基层,采用刚性、半刚性基层,重铺混凝土。c.路面基层未破坏、整体范围下沉较大、变形较快的桥头,经查实是因桥头路基软弱造成的,采用钢花管注浆方式加固路基,并在面层找平。d.因防护不当、水毁造成的基础掏空等情况产生的沉陷,视具体情况,采取相应的措施先将破坏根源处理好后,再处理基层和面层。

2.4 梁、板和墩台病害成因分析及对策

1)病害成因分析:a.混凝土的剥落、露筋、锈蚀主要是因为混凝土保护层过薄导致。本次检测多次发现现浇板保护层厚度不足的情况,钢筋的痕迹肉眼可见。多处有混凝土剥落、露筋、锈蚀。产生这种病害的物理原因是水分的渗入和高低温的交替影响出现冻融循环,很多次这种冻融作用破坏了混凝土的微观结构,导致裂缝的产生。b.车辆的超载超重对桥梁产生很大的冲击力,在冲击力的频繁作用下,铰缝和横向联系被破坏,出现了单板受力的情况;梁板的抗弯能力不足常导致梁板横向裂缝的产生;梁板的横向钢筋配置不足常导致跨中附近纵向裂缝的产生。混凝土保护层过薄,预应力筋周围局部应力过大,或添加剂使钢筋锈蚀、鼓胀等会导致沿着钢筋向的裂缝产生。c.地震作用或地基的不均匀沉陷引起上部梁体横向挤压致使墩台外侧挡块出现裂缝。轻型墩台盖梁出现竖向裂缝多因为应力过大或基础不均匀沉降引起。d.支座脱空主要是由施工不当引起。

2)处治对策:a.对梁板露筋锈蚀,先对锈蚀筋作除锈处理,再采用铺钢筋网、喷浆,或采用粘贴碳纤维材料的方式处治。b.对梁板缝宽未超过规范要求的,建议采用环氧胶封闭或灌缝处治,对缝宽超过规范要求的,建议先灌缝,再采用粘贴钢板或FRP材料的方法处治;单板受力情况,先通过粘贴FRP材料(或钢板)或采用体外预应力加固的方式补强后,再通过加强梁板间的横向联系来提高桥梁的整体刚度。FRP材料具有轻质,高强,耐久,使用灵活,安装成本低,加固效果明显等优点,目前在国内外已获得了较广泛的研究和应用,在条件允许的情况下建议优先选用。c.挡块开裂不严重的采取灌浆等措施加固修复,开裂严重或损毁的要更换;墩台盖梁出现裂缝应先探明原因,必要时先处理地基,再对盖梁进行粘贴FRP材料(或钢板),施加体外预应力或增加梁高等方法加固。d.对局部脱空达30%以上的支座应进行调整,主要是采用钢板进行垫实、垫平;由墩台地基的沉降引起时,先对地基进行加固,再对支座进行处理或更换;支座缺失或失效的应尽快安装合适的支座。

2.5 附属设施的病害成因分析及对策

1)病害成因分析:

a.锥、护坡填土夯实度不够,后期沉陷严重。

b.路面超载,台内填土压力过大,对两侧产生挤压是导致锥、护坡外倾及坡面网裂的主要原因,坡面植物根系也会导致坡面的网裂。

c.跨线桥的病害主要是因为养护监管不足,人为破坏和自然环境的作用导致。

2)处治对策:

a.对沉陷过大和外倾严重的锥、护坡,建议换用砂卵石、碎石等优质填料,并夯击密实。

b.对沉陷轻微的,清除表面植物和腐蚀物后,对裂缝进行灌浆处治。

c.加强对跨线桥的日常养护:修补防抛网,对护栏底座混凝土开裂、露筋处进行处理。

3 结语

造成成乐高速公路病害的原因可归纳为设计、施工和管养三个方面。事实上,上述病害是国内许多高速公路具有的病害现象,具有一定的代表性和借鉴意义。成乐高速公路工程实践的重要启示是:设计、施工和管养单位应该通过密切配合,信息共享,建立各地区各类桥梁的健康档案。这样有利于设计方在新桥建设和旧桥加固时有据可依,便于吸取经验,改进桥梁的结构形式,改善受力情况;有利于施工方改进施工工艺,改善施工质量;有利于管养单位掌握各类桥梁的病害情况和病害成因,做到管养时有的放矢,提高效益。同时,应密切关注国内外技术发展趋势,加强技术创新和观念创新,不断完善设计、施工及管养方法,力求系统化。

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