一、引言
近年來,我國橋梁工程建設(shè)取得了舉世矚目的進(jìn)步,然而隨 著交通事業(yè)的發(fā)展和在役橋梁使用年限的增加,高速公路橋梁的病害問題日益突出,橋梁改造維修加固任務(wù)十分繁重,并且耗資巨大。一般而言,如果能認(rèn)真施工,并在運營期間仔細(xì)檢查與維護,混凝土橋梁的預(yù)期壽命可以達(dá)到75~ 100年,橋梁的養(yǎng)護維修經(jīng)驗表明,病害及早發(fā)現(xiàn),及時整治,就能延長橋梁的使用壽命。
二、高速公路橋梁常見病害
2.1裂縫裂縫是高速公路橋梁中最普遍、最常見的病害之一,不產(chǎn)生裂縫的橋梁是不存在的。而且裂縫往往是多種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。裂縫對鋼筋混凝土橋梁的危害程度不一,嚴(yán)重的裂縫如貫穿縫、網(wǎng)裂等將會嚴(yán)重危及橋梁的運行安全。裂縫往往也會引起其它病害的發(fā)生,如鋼筋銹蝕、凍融破壞等,這些病害與裂縫形成惡性循環(huán),會對橋梁的耐久性產(chǎn)生極大的危害。
2.2地基不均勻沉降引起的破壞
由于地基不均勻沉降引起的破壞對高速公路橋梁的影響是比較大,如翼墻和錐坡的下沉、滑動、開裂,毛石墩臺的貫通縫等。軟基在荷載作用下產(chǎn)生的較變形后沉降是導(dǎo)致橋臺與路堤沉降差的主要因素。
2.3粱端頭局部破損
粱端頭局部破損主要是由于填縫材料老化或根本沒使用填縫材料,使雨水滲漏,導(dǎo)致鋼筋銹蝕,鋼筋銹蝕后體積會膨脹,從而對鋼筋周圍混凝土產(chǎn)生張力導(dǎo)致開裂破損,開裂后雨水和化冰鹽更容易進(jìn)入混凝土裂縫,形成惡性循環(huán),加快了鋼筋的銹蝕過程和受凍融破壞的程度,使得病害更加嚴(yán)重。
2.4剝蝕混凝土的剝蝕主要是由凍融循環(huán)和水質(zhì)侵蝕兩種因素造成的。混凝土結(jié)構(gòu)在飽水或潮濕狀態(tài)下,由于外界正負(fù)溫度變化過大而造成混凝土中毛細(xì)管和孔隙中水分遇冷結(jié)凍時體積膨脹受阻,混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,而遇熱時水溶解周邊混凝土應(yīng)力又松弛下來,這樣應(yīng)力不斷反復(fù),使混凝土的疲勞應(yīng)力降低或超過混凝土的疲勞應(yīng)力,造成混凝土由表及里逐漸剝蝕,這一破壞現(xiàn)象稱為凍融破壞。
凍融剝蝕破壞會使鋼筋混凝土梁橋的墩臺、梁板、樁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有效面積減少,并誘發(fā)鋼筋銹蝕,加快破壞,致使橋梁的承載力和穩(wěn)定性下降。在整個過程中,混凝土的含水量和環(huán)境溫度變化起了決定作用,是發(fā)生凍融破壞的必要條件。凍融對混凝土結(jié)構(gòu)破壞作用的大小取決于混凝土的抗凍性、飽水程度、混凝土所處環(huán)境的最低溫度、凍融速率、最大凍深和年凍融循環(huán)次數(shù)等因素。影響混凝土抗凍性的主要因素有混凝土的水灰比、含氣量、水泥品種、骨料質(zhì)量、外加劑和結(jié)合料等。凍融破壞形態(tài)可表現(xiàn)為表面脫落、冰凍裂縫、凍脹等。凍融對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞是比較大的,應(yīng)引起足夠重視。
2.5混凝土碳化與鋼筋銹蝕
混凝土的碳化是一種化學(xué)腐蝕。當(dāng)空氣中二氧化碳滲透到混凝土內(nèi),就會與堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水,使混凝土堿度降低,這個過程稱為混凝土碳化。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣,空隙中飽和氫氧化鈣溶液充滿了混凝土,混凝土中的凝土堿性介質(zhì)對鋼筋有良好的保護作用,使鋼筋表面生成難溶的保護層。混凝土碳化后會使堿度降低,當(dāng)碳化超過混凝土的保護層時,在水與空氣的條件下,就會削弱混凝土對鋼筋的保護作用,導(dǎo)致鋼筋生銹。影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先是水泥品種,因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同;其次,影響混凝土碳化主要還與空氣中的二氧化碳濃度高低、濕度大小有關(guān),在干燥和飽和水條件下,碳化反應(yīng)幾乎停止。
三、高速公路橋梁常見病害防治措施
3.1裂縫的防治措施
3.1.1優(yōu)選施工方案
采取良好的施工方案,對控制混凝土裂縫有很大的關(guān)系。施工方案主要應(yīng)確定一定的澆筑量,施工縫間距、澆筑時間、位置及構(gòu)造、振搗和運輸?shù)取R淮螡仓L度由垂直施工縫分割,最好是設(shè)置在變截面處或承力較小的部位。水平施工縫位置的設(shè)留也應(yīng)加以注意,一般來說,水平施工縫應(yīng)盡量留在變截面處,或遠(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受拉區(qū),確定澆筑時間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的時間。如果必須在夏季施工,則應(yīng)采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。
3.1.2提高施工質(zhì)量
由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率是最大的,如果在施工時能控制住了裂縫,那么在使用階段出現(xiàn)裂縫的可能性也就降低了。因此,預(yù)防裂縫的主要階段是施工階段,在施工階段要注意以下幾個問題:(1)選擇合適的配合比,配合比的選擇不僅要滿足強度要求、施工要求,同時還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā)。在滿足強度的原則下,盡可能減少水泥用量。(2)鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固,以免施工中發(fā)生變形。鋼筋上的污物和氧化層要清除,以免影響?zhàn)そY(jié)力。(3)澆筑和振搗操作要合理,特別是振搗操作技術(shù)往往被忽視,過分的振搗對水泥混凝土均勻有害,振搗不足也不能保證混凝土應(yīng)有的密實度,振搗的程度要恰到好處。
3 .1.3加強養(yǎng)護管理
養(yǎng)護的目的是使混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。關(guān)鍵是設(shè)法使混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程的溫差。以便減小溫度應(yīng)力,盡量防止裂縫的產(chǎn)生。常規(guī)的養(yǎng)護方法是噴水,對一般混凝土結(jié)構(gòu),減少表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積混凝土由于塊體內(nèi)外溫度不一致,強度增長不同,常常是在強度增長慢的表面開裂,其養(yǎng)護就不能只滿足于常規(guī)方法。具體說,盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時回填,避開外界氣候的影響,養(yǎng)護期應(yīng)以混凝土強度增長最快的階段為準(zhǔn),即7~ 28d。
3.2地基不均勻沉降的防治措施
3.2.1加樁加固
當(dāng)橋臺基底下有軟臥層或橋臺基礎(chǔ)未置于堅硬的巖石基礎(chǔ)上而發(fā)生沉降以及橋墩的基礎(chǔ)被嚴(yán)重沖刷時,可采用在橋臺外圍加樁,在沉井基礎(chǔ)內(nèi)加樁,或者在橋墩上、下游加樁的方法對上述墩、臺進(jìn)行加固。通常采用的加樁方法有旋噴樁加固、鉆孔樁加固、預(yù)制混凝土樁加固以及鋼管樁加固等。
3.2.2頂推加固對于發(fā)生橋臺水平位移的混凝土橋,可采用頂推法消除因橋臺位移引起的病害。最后,用鋼筋混凝土箍套加固:當(dāng)墩、臺或樁等下部結(jié)構(gòu)因承載能力不足、施工質(zhì)量不好、水流沖刷磨損、風(fēng)化剝蝕、排水不良以及其他因素如地震、火災(zāi)、船舶和漂浮物撞擊等造成損壞、變形、側(cè)移及鼓肚等各種病害時,可以采取在有缺陷的墩、臺和樁基等的外圍澆筑一層鋼筋混凝土箍套的方法進(jìn)行加固。
3.3粱端頭局部破損的防治措施
3.3.1拆除原有伸縮縫的填充材料。
3.3.2基層處理將伸縮縫兩邊各寬約40cm范圍內(nèi)的鋪裝層混凝土鑿除并用高壓水槍清洗干凈,涂刷2遍“優(yōu)止水”,處理原預(yù)埋螺栓錨筋及露出的橋面鋼筋。
3.3.3伸縮縫防水處理
(1)用小扁鑿鑿除舊的填縫料,用鋼絲刷清理縫壁,并清理干凈縫內(nèi)塵土。
(2)用水盾防水膠底漆涂刷縫壁。
(3)在伸縮縫的兩側(cè)路面上各撒一層石粉,防止灌填接縫材料時污染路面;鑿?fù)诨蜚@成埋置螺栓用的錨筋孔,并預(yù)先埋好錨筋;錨筋必須埋設(shè)牢固,在孔內(nèi)灌注調(diào)和好的“立止水”,使其不易拔出。
(4)縫的下部可填25~ 30mm高的泡沫塑料嵌條。
(5)用防水膠面漆灌縫,縫頂部須留有5mm膨脹空間。
3.4混凝土碳化的防治措施
3.4.1水泥的選擇
在施工中應(yīng)根據(jù)建筑物所處的地理位置、周圍環(huán)境等因素,選擇合適的水泥品種;對于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥;沖刷部位宜選高強度水泥;
3.4.2骨料的選擇
分析骨料的性質(zhì),如抗酸性骨料與水、水泥的作用對混凝土的碳化有一定的延緩作用。另外,若建筑物地處環(huán)境惡劣的地區(qū),宜采取環(huán)氧基液涂層保護效果較好,對建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護層;用各種溶注液浸注混凝土。
3.4.3配合比的選擇
要選好配合比,適量的外加劑,高質(zhì)量的原材料,科學(xué)的攪拌和運輸,及時的養(yǎng)護等各項嚴(yán)格的工藝手段,以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕,以確保混凝土的密實性。
四、結(jié)語
要降低病害對高速公路橋梁橋的損傷,首先要進(jìn)行系統(tǒng)的病害調(diào)查,弄清橋梁病害的真正狀況,在對病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確診斷分析的基礎(chǔ)上,嚴(yán)格按照施工程序控制施工質(zhì)量,配合科學(xué)合理養(yǎng)護措施,可大大延長橋梁維修周期,提高混凝土的耐久性,延長高速公路橋梁的使用壽命。
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