桥梁病害的检测与病害原因分析

桥梁病害分析

摘要

桥梁是道路的咽喉,在我国道路事业上发挥着重要作用。

但在已经运营的线路上,有些桥梁却未达到其使用寿命而过早地发生损坏,一些建成工程已暴露出了较严重的耐久性问题,使用寿命远低于设计寿命标准。

如我国第一座城市大型立交桥?北京西直门立交桥,1980年12月建成,由于受到冰盐侵蚀、反复冻融、钢筋锈蚀等作用严重破坏,于1999年3月即拆除重建,寿命不到19年。

位于京广线正线上的某百孔大桥,1976年交付使用,1995年在预应力梁体上发现沿预应力筋的裂缝,此后病害不断发展,到2000年又发现第52孔曲线内梁的腹板箍筋和一束预应力钢丝锈断,经诊断查明其病害根源在于梁体本身的碱硅反应和外界氯盐侵蚀,为彻底消除隐患,最终花了近两个月的时间在2002年底进行换梁大修,耗资数千万元。

桥梁是生命线工程的重要环节,若因耐久性不足及早进行大修或更换,不仅耗资巨大,给政府构成沉重的财政负担,还会由于交通的临时中断而引发更多的社会、经济问题。

所以,研究桥梁混凝土结构的耐久性,以及病害发生的原因和处理、防治措施技术等,都具有重要意义。

随着交通运输事业的发展,交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,尤其是重型车辆增多,再加上许多桥梁超负荷使用,已带来严重的安全隐患。而改造又限于资金的紧缺,只能采取投资

较少,施工期短,又能缓解当前运输紧张状态的维修与加固技术措施。

因此,桥梁病害的检测与病害原因分析就显得尤为重要。

引言

桥梁的病害防治问题非常广泛,本文对桥梁下部机构的病害问题进行了分析。

用科学发展观和可持续发展的观点审视桥梁的安全耐久性问题,实施桥梁结构的全寿命设计,加强健康监测,适时养护维修,以桥梁全寿命期内的综合费用评价桥梁的经济性和社会效益,这一新的理念应在桥梁的设计中得以充分体现。有专家提出,设计者所设计的结构应具有6个特性,即可检、可控、可换、可修、可强及可持续性,以达到在桥梁使用过程中对其构件可检查、可控制、可维修加固。

设计是灵魂,施工是关键。在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段,进行有效的快速优化和仿真分析,运用智能化制造系统在工厂生产部件,利用GPS和遥控技术控制桥梁施工,精心设计、精心施工是建设精品工程的必备条件。

第1章病害的起因

1.1 一般表现

桥梁混凝土和钢筋混凝土结构的使用寿命一般为50年,但是从现实情况来看,桥梁在建造和使用的过程中,受各种有害化学物质的侵蚀,并承受车辆、风、雨、雪、冻融、地震、疲劳、超载以及人为因素等外部作用,许多桥梁建筑物过早出现各种各样的缺陷和病害,甚至尚未建成时,就出现严重的工程缺陷,或者刚投入使用,就不得不进行维修。

基础的缺陷和病害主要表现为:承载力不足而使基础不均匀沉陷;基础的滑移和倾斜,以及基底局部冲空;基础结构物的异常应力和开裂。

桥墩、桥台缺陷和病害主要表现为:水平、竖向和网状裂缝;混凝土脱落、空洞、材料老化;受外力冲击产生破坏;钢筋外漏和锈蚀;结构变形、位移等。

1.2 起因归类

引起混凝土病害是一个复杂的问题,不考虑洪水、地震、超载及船舶的撞击,主要取决于以下几方面因素:

（1）钢筋锈蚀

钢筋的锈蚀过程是一个电化学反应的过程,主要是因为钢筋表面的钝化膜破损而引起钢筋锈蚀。

（2）冻融破坏

由于混凝土结构内部各种毛细孔的存在,水存在于这些毛细孔中,

当温度下降至冰点,结构孔隙中的水份逐渐变成冰时,体积逐渐膨胀,这种膨胀会产生一种局部张力,使其周围的水泥基质断裂,造成结构破损而引起钢筋锈蚀。

（3）碱骨料反应

碱骨料反应可以导致混凝土结构膨胀并产生严重开裂,主要是由于混凝土中的某些骨料,如某些硅质类骨料,它们与水泥中的、、等成分发生反应,在骨料表面生成一种凝胶体遇水后发生膨胀,产生张力而导致周围混凝土发生开裂,一旦发生开裂,就会有更多的水渗透进入混凝土结构内部加速碱骨料反应的发生和发展,同时还会导致冻融破坏进入恶性循环。

（4）混凝土碳化

空气中的二氧化碳气体,逐渐中和混凝土的水泥水化物,把结硬的水泥浆中的氢氧化碳转化为碳酸钙,使混凝土失去碱性而变成中性化。这种现象称为“碳化”。当碳化深度达到超过钢筋保护层时,使表层混凝土丧失碱性环境,其ph值低于10,保护作用就消失了。

（5）氯离子侵蚀

氯离子对钢筋钝化膜的破坏作用最强,氯盐通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面,直接攻击钝化膜。

当钢筋表面的氯离子量超过临界值,钢筋保护膜遭到破坏,如果能供给氧气和水,就会造成钢筋局部发生腐蚀,较典型的是含盐环境。如化冰盐、海洋环境、含盐地下水等,并且其渗透深度很可能超过钢筋的深度。

因此氯盐是威胁桥梁耐久性最危险的化学物质,且对钝化膜产生局部性的破坏,使钢筋表面产生点状坑蚀。

（6）设计荷载标准偏低

桥梁的承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的,早期建造的桥梁,特别是二十世纪六、七十年代建造的桥梁,设计荷载大多偏低。随着交通量的增加和荷载等级的提高,原有桥梁已经无法满足现今交通的需要,有些桥梁已经出现严重病害。

（7）通行能力不足

这主要表现在桥面宽度不足;桥梁平面线形、纵断面线形标准太低;桥上通车净空或桥下通车净空不足。

（8）人为及自然因素引起结构的损坏

比如超出设计最高水位的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击等作用,河道不恰当开挖,桥梁基础下存在岩溶、矿山坑道等,引起桥梁结构的局部损坏。

（9）自然老化

早期公路桥梁的设计龄期为50年,随着时间的推移,已建桥梁会不断损坏和老化,其承载力、刚度、延性和稳定性不断下降,这是一个不可改变的客观。

（10）超期服役

这部分桥梁并不是太多,但主要是建造时期较早,比如五、六十年代建造的桥梁,设计使用寿命只有30年到50年,这些桥梁目前仍有部分在使用当中。