斜交混凝土梁桥病害分析及加固研究.pdf

2 0 1 3 年 1 0 月第 1 0 期 城 市道桥 与防 洪 桥梁结构 5 3 斜交混凝土梁桥病害分析及加固研究 胡 淼 ， 吕新建 z ， 赵彦博 。 ， 孙晓龙 。 ( 1 山东省诸城市财政投资评审中心， 山东诸城 2 6 2 2 0 0 ； 2 山东省路桥集团有限公司， 山东济南 2 5 0 0 2 3 ； 3 山东大学， 山东济南 2 5 0 0 6 1 ) 摘要 ： 对一座斜交混凝土梁桥进行了现场安全检测， 发现该桥面板存在贯穿裂缝、 冻融损伤 ， 桥墩有竖向和环向裂缝及露筋等病 害。根据现场检测结果， 提出了该类钢筋混凝土梁桥存在的典型病害形式， 分析了病害产生的主要原因， 对该桥总体技术状况进行 了技术评定， 并根据评定结果针对性地提出了梁桥的加固技术方案。 该桥的检测 、 评定技术方法及加固方法对同类梁桥病害处理具 有一定借鉴意义。 关 键词 ： 混凝 土梁桥 ； 斜交 ； 病 害 ； 加 固 中图分 类 号 ： U 4 4 5 7 1 文 献标识 码 ： B 文章 编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 0 5 3 - 0 3 0 前言 路线斜交跨越河流时， 为不改变河道原状 ， 桥 梁通常也采用斜交。普通钢筋混凝土斜梁桥是钢 筋混凝土结构 的一种结构形式 ，它具有钢筋混凝 土结构 的所有特点 ， 混凝土集料可以就地取材 ， 成 本低 ； 耐久性好， 维修费用少。我国建造的这种桥 型基本都 已满足 当时 的交通量和荷载等级要求为 主要设计依据 ， 但 由于设计及 施工经验不足 ， 运 营 时间较久 ， 并且近年来交通量增涨迅 速 ， 车辆超载 情况严重 ，车辆荷载增幅很大 ，已经超过设计要 求 ， 现 阶段部分梁桥 出现不同程度的损坏 ， 该类桥 梁 已经进人维修加 固期 。 经过长期大量调查，发现斜梁桥的病害集中 表现在下列几个方面： ( 1 ) 桥面板存在横向和纵向 贯穿裂缝 ， 端部普遍开裂 ； ( 2 ) 部分桥墩存在竖向 与环向裂缝 、 露筋及钢筋锈蚀现象 ； ( 3 ) 盖梁表面 混凝 土剥落 ， 挡块破损 。梁桥 病害的发生 ， 一方 面 与近年来 交通量增加 ， 车辆超载现象增多有关 ， 车 辆 荷载超过了原 有的设计抗力 ，另一方 面与梁桥 特别是斜交 自身性质有关。斜梁桥作为桥梁较普 遍的形式 ， 随着近年来交通量及车辆荷载的增大， 病 害严 重 ，越来越难 以满足结构安全及正常使用 的需要，所以有必要对这类桥梁进行全面科学彻 底 的结构安全检测 。 1 工 程概况 某钢筋混凝土斜桥位于山东省咸石公路上， 始 建于 2 0 0 3年 ， 桥 中心桩号为 K 4 + 2 9 0， 结构 型式 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 2 9 基金项目： 国家自然科学基金项 目( 5 0 7 7 9 0 3 2 ) ， 山东省 自然科 学基金项 目( Z R 2 0 1 0 E M0 2 4 ) 。 作者简介 ： 胡淼( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 山东诸城人， 工程师 ， 从事财政 投资评 审工作 。 为 6孔 1 3 m钻孔灌注桩基础柱式墩 、 U形 台扩大 基础钢筋混凝土空心板桥( 斜 4 5 。) ， 为了保证该 桥 与河槽水流方 向协调 ， 将该桥分为左右两 幅桥 ， 并且两幅桥桥孔顺桥 向错一孑 L 。 桥全长 9 7 5 m。 桥 面宽为净 一 2 4 m行车道 + 2 1 2 5 n 1 人行道 ， 全桥 宽 2 6 5 m 。 桥面铺装采用六孔一连续， 全桥共一联； 伸缩缝采用 G Q F C 6 0型伸缩缝 。联端支座采用 圆 板式四氟滑板橡胶支座( D h = 2 0 0 m m 3 7 m m ) ， 其 余支座采用圆板式普通橡胶支座( D h = 2 0 0 m m 4 2 m m ) 。 该桥设计荷载等级为汽车一2 0 级、 挂车一 1 0 0 。 该桥建成后 ， 为当地经济 的发展与建设做出了 重要贡献 ， 然而伴随交通量和大吨位车辆的增加 ， 该桥出现不少病害，严重影响了桥梁的正常和安 全运营。 2 桥梁主要病害 为了保证该桥的安全使用，检测单位于 2 0 1 3 年 4月对该桥进行 了普通检测和特殊检测 ，同时 也为桥梁 日后 的养护管理 、维修加 固设计 和改扩 建决策提供依据。 2 1 主要病害形式 ( 1 ) 预制混凝土空心板存在多条横向贯通裂缝， 端部开裂 现象严重 ， 裂缝宽度 0 2 0 5 m m； 多 条 纵向裂缝且部5 -) q 有渗水泛白， 缝宽为 0 2 0 -3 m m ； 中部板混凝土冻融破坏， 钢筋锈蚀， 见图 1 、 图 2 。 图 1 底板端 部开裂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 1 0 月第 1 0 期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构 5 5 产生缝隙后 ，相邻两榀空心板在荷载作用下产生 挠度不连续 ， 因此导致铺装混凝土产生 s 形弯曲， 在挠度小的梁边产生负弯矩，当桥面铺装钢筋配 筋率低时， 易造成桥面沿梁长顺桥向裂缝 ， 由此降 低横桥向整体性， 使荷载横向分布集中， 降低桥梁 承载能力 。桥梁斜交角度较大 ， 端部尖头抗弯强度 偏小。 ( 3 ) 现浇部分混凝 土构件 ， 钢筋骨架在安装 过 程中垫块错位、 缺失等原因， 导致安装后钢筋混凝 土 的保护层太厚或者太薄 ， 使 结构局部强度不够 ， 在外力作用下而产生破坏 。 4 桥梁检测结论 根据设计施工图纸，结合该桥的实际检测情 况采用了检算折减系数 ( z ，) 、承载能力恶化系数 ( 睾 e ) 、 截面折减系数( 专 。 、 毛 ) 及活载影响修正系数 ( 。 ) ， 检算荷载为公路 I 级荷载， 通过对全桥详细 的承载力检算可以得到以下结论 ： ( 1 ) 桥 墩 与 盖梁 的混 凝 土 强度 评 为 三类 ， 较 差 ； 梁板 的混凝土强度评为一类 ， 良好 。 ( 2 ) 混凝土 最大碳 化深度为 2 6 9 m m， 根 据碳 化尝试平均值与保护层平均值之比，并考虑其离 散情况 ， 评定该桥 的碳化状况 为较差状态。 ( 3 ) 钢筋保护层厚度测试多数构件保护层不 足 ， 评定该桥的保护层厚度为较差状态。 ( 4 ) 桥墩测点电位在 2 0 0 3 5 0 mV之 间 ， 盖 梁及底 板测点 电位 基本 在 2 0 0 3 0 0 m V之 间 ， 有锈蚀活动性， 但锈蚀状态不确定， 可能坑蚀。 ( 5 ) 现浇板跨 中正截面抗弯强度不能够满足 检算荷载的要求， 亟需对该桥进行加固。 ( 6 ) 现浇板斜截面抗剪强度能满足检算荷载 的要求 。 ( 7 ) 现浇板 刚度能满 足检算荷载的要求 。 ( 8 ) 依据现行 公路桥涵养护规范 的要求对 该桥总体技术状况等级进行评定 ，全桥结构 技术 状况综合评分 D r =- 6 0 4， 采用按重要部件最差 缺损 状况评定方法 ， 评定该桥为 四类桥 。 ( 9 ) 通过试验计算分析， 在现有道路运营荷载 作用下处于安全有 隐患状态 。若考虑现行交 通运 营状况及未来交通发展 ，建议立 即对该桥 实施加 固修复 ， 以保证安全运营。 5 加 固维修建议 通过对桥梁检测成果进行评价 ，认为需要对 该桥进行加 固除险 。加 固以不更改原结构形式为 原则 ， 应尽量减小附加动力荷 载 ， 在增加结构整体 刚度和强度的前提下 ，尽量减小施工及正常使用 情况下的扰动 ， 减小对结构的损伤 。 考虑交通发展，结合该路段 日益增加的交通 负担 ， 若要满足现行公路 I 级荷载的运营要求 ， 需 对该桥进行有针对性 的加 固，以满足 日益严 峻的 运营荷载压力， 保证安全运营。针对该桥现存病害 做 出如下建议 ： ( 1 ) 采用“ 壁可法” 封闭板底裂缝。 ( 2 ) 凿除板底表面劣化混凝土 ， 对锈蚀钢筋进 行除锈工作 ，采用预应力钢丝绳网片 一 聚合物砂 浆技术对于上部结构进行承载力加 固。 ( 3 ) 对钢筋混凝土柱 ， 凿除混凝土破损严重破 损处， 钢筋除锈， 采用特种混凝土补强， 进行加固。 ( 4 ) 对损坏严重 的梁 、 盖梁及墩柱 ， 拆除重建 。 ( 5 ) 加 固施工完成后重新进行荷载试验对于加 固效果进行验证 。 6结论 混凝土斜梁桥是应用较早和应用范围很广的 桥梁形式 ，到 目前为止 ，有大量该类桥梁正在运 营， 由于长期承受的车辆荷载远超设计荷载 ， 加之 混凝土碳化徐变 、 钢筋锈蚀等材料性质的影响， 出 现 老化 、 破损等病 害 ， 这造 成桥梁安全性 能 降低 ， 使用性能下降，使此类桥梁成为交通运输的 “ 瓶 颈 ， 严重影响交通运输的畅通 。据调查 ， 混凝土梁 桥加固维修费用一般为新建桥梁费用的 2 0 4 0 ， 如果 经过妥善设计 、 专业施工 ， 对发生病 害的 混凝土梁桥进行加固， 使其刚度、 强度能够满足现 阶段要求 ，保证正常使用 ，就可以节省一大笔资 金 ， 同时也能节省新建桥梁所花费的时间， 进而保 证交通运输 的安全畅顺 。 参 考文献 【 1 王东， 叶翔， 陶鹏， 等 某既有桥梁的检测评估和维修加固设计 J 公路与汽运， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 6 7 1 7 1 f 2 l 刘春玉 钢筋混凝土桥梁检测和损伤评估研究 J 黑龙江交通科 技， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 8 6 8 7 【 3 】 宋庆瑞 浅谈桥梁检测与评估【 J 】 科学之友， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 3 5 3 6 【 4 】 张碧 桥梁检测评估中应注意的问题 J 】 山西建筑， 2 0 0 7 ( 3 6 ) ： 3 21 -3 2 3 5 】 C J J 9 9 - 2 0 0 3 ， 城市 桥梁养 护技术规范 【 s 】 2 0 0 3 【 6 】范 立 础 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 桥 M】 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 1 9 8 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m