高速公路桥梁常见病害与加固探析.pdf
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1、75交通科技与管理工程技术0引言随着经济快速,高速公路上的交通量快速增加,使得桥梁出现各种病害。如果不对桥梁及时加固或选择的加固方法不合理,桥梁病害在高速公路运营期间会不断扩展,降低桥梁结构的整体承载力,严重的可能导致桥梁坍塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前,技术人员在选择桥梁加固方法时,很多盲目照搬类似项目的图纸,对桥梁病害的成因理解不够深入,使得加固方案适用性差1。因此,进一步研究高速公路桥梁常见病害成因与加固方法具有重要的工程价值。1公路桥梁病害影响因素及危害1.1桥梁病害影响因素在高速公路运营期间,桥梁结构因受到外界各种不利因素及内部因素的影响,桥梁结构的承载能力和耐久性不满足设计
2、要求的现象均可称之为桥梁病害。大量工程实践表明,影响桥梁结构病害的外部因素有有风、雨、水流、温度和湿度变化、地震、洪水、意外撞击等,内部因素主要是设计和施工原因,总结见图 12。图 1桥梁病害影响因素1.2桥梁病害的危害虽然公路桥梁的混凝土表层缺陷不易导致桥梁断裂,但其危害性应引起重视。在长期荷载作用下,混凝土表面缺陷会不断扩展,最终危害桥梁的整体安全。比如混凝土表面开裂后,结构内部的钢筋可能外漏锈蚀,如果不进行处理,桥梁结构的承载能力会不断衰减,最终缩短桥梁结构的运营寿命。此外,桥梁结构内部缺陷的危害要大于表面缺陷,比如混凝土强度不足、钢筋安装方案不满足规范、混凝土振捣不及时、模板漏浆等都会
3、使混凝土结构内部出现空洞,降低桥梁结构性能。2公路桥梁常见病害分析2.1混凝土病害成因2.1.1混凝土裂缝成因公路桥梁混凝土裂缝包括荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝等。不同裂缝的成因如下:荷载裂缝。荷载裂缝的成因会贯穿桥梁的全生命周期,比如在设计阶段桥梁结构计算模式和实际受力不相符,导致桥梁结构安全系数较低。在施工阶段,施工人员任意堆放施工机具、材料、擅自改变施工顺序等。在运营阶段,超载和重载车辆大幅度增加,使得桥梁结构实际受力远大于设计值。温度裂缝。混凝土作为一种弹塑性材料,具有热胀冷缩的特性。当桥梁结构所处的外界温度变化较大时,会改变混凝土内部温度,使其内部应力重新分布。当应力值大于混凝土自身
4、抗拉强度,会出现温度裂缝。收缩裂缝。在实际工程中,混凝土干缩最常见,即混凝土在硬化期间水分不断蒸发,导致其体积减小。由于混凝土的干燥是由表面向内部扩展的,所以干缩呈“表面收缩大,内部收缩小”的趋势。2.1.2混凝土碳化成因公路桥梁混凝土结构中含有碱性成分,会与空气中的二氧化碳发生化学反应,生成碳酸钙颗粒。混凝土结收稿日期:2023-08-01作者简介:刘碧珣(1979),男,本科,路桥工程师,从事路桥监理工作。高速公路桥梁常见病害与加固探析刘碧珣(广东华路交通科技有限公司,广东 广州 510420)摘要为了提升高速公路桥梁管养水平,文章总结了影响桥梁病害的主要因素,分析了混凝土裂缝、混凝土碳化
5、、桥面铺装层开裂、伸缩缝损毁、桥头跳车等病害的产生机理,同时阐述了增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法、体外预应力加固法、高压喷射注浆法等在公路桥梁结构加固和桥头跳车加固中的具体应用,研究成果可为高速公路桥梁加固提供理论指导。关键词高速公路;桥梁病害;影响因素;成因;加固方法中图分类号U445.7文献标识码A文章编号2096-8949(2023)18-0075-032023 年第 4 卷第 18 期76交通科技与管理工程技术构经过碳化后,虽然会提高混凝土密实度,但是也会使其 pH 值减小,混凝土内的钢筋容易受到腐蚀。影响桥梁结构混凝土碳化的因素取决于材料性能及其所处的外部环境,如表
6、 1 所示3。表 1混凝土碳化影响因素影响因素碳化速度材料性能水灰比水灰比越大、骨料粒径越大,混凝土碳化速度越快骨料粒径水泥用量 水泥用量越小,混凝土碳化速度越快外部环境相对湿度湿度越高、CO2浓度越高、温度越高,混凝土碳化速度越快CO2浓度温度 评价混凝土碳化对公路桥梁结构安全性的影响程度时,可以碳化深度 Xc为评价指标,具体按式(1)计算:(1)式中,D 二氧化碳扩散系数;C 二氧化碳浓度;t 混凝土碳化时间;m 计算参数。2.2桥面系病害成因2.2.1桥面铺装层病害成因根据相关统计数据,混凝土铺装层的病害主要表现为纵、横向裂缝、网状裂缝、铺装层剥落等。导致桥面铺装层病害的主要原因如下:配
7、筋材料选择不合理。混凝土桥面铺装参与结构受力,如果将配筋视作构造钢筋或钢筋间距过大,容易导致铺装层的承载力不足。混凝土质量差。混凝土质量直接决定了桥面铺装层的性能和运营寿命。当混凝土水灰比偏大时,容易出现收缩裂缝。尤其是夏季,混凝土水分蒸发较快,如果不及时养生,混凝土铺装层也容易开裂。施工质量控制不当。混凝土铺装层在施工前未按照设计文件要求清除桥面浮灰及杂物、未进行凿毛处理,导致桥面铺装与桥面板粘接性能差,降低铺装层与主梁的整体承载性能。2.2.2伸缩缝病害成因伸缩缝是为了适应桥梁结构的收缩和膨胀变形而在桥梁结构物一联的梁端之间,以及梁端与桥台背墙之间设置。伸缩缝暴露在外界环境中,且直接承受车
8、辆荷载,容易出现损毁,从而降低行车舒适性,增加行车噪音。此外,雨水也会通过伸缩缝渗入梁体,威胁桥梁结构的安全。橡胶伸缩缝是公路桥梁结构中最常用的伸缩缝,其病害包括胶条破坏、胶条剥离、锚固螺栓松动等,具体原因如下4:第一,设计原因。比如伸缩缝选型不当、伸缩缝构造锚固的构件强度不足,伸缩缝宽度不合理等。第二,施工原因。伸缩缝对施工工艺要求高,如施工之前,技术人员未对工人进行技术交底,工人无法准确掌握伸缩缝具体的施工步骤和施工要点。当伸缩缝为采用专门安装工具施工、锚固件焊接质量较差、伸缩缝间距与设计不符等,都容易导致伸缩缝破坏。第三,养护原因。桥梁伸缩缝的使用环境较恶劣,但目前大部分桥梁结构在养护期
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