混凝土橋橋面系構(gòu)造缺陷與防水系統(tǒng)

1、混凝土橋橋面系構(gòu)造缺陷與防水系統(tǒng)         06-03-17 16:24:00     作者：劉真巖 趙可 王榮石    編輯：studa9ngns摘要：本文論述了橋面水對混凝土橋梁的危害，論證了設(shè)置橋面防水系統(tǒng)的重要性，進(jìn)而論述了橋面系構(gòu)造必須注意的要點(diǎn)，并介紹部分橋梁防水實(shí)用技術(shù)及施工方法。 關(guān)鍵詞：路橋結(jié)構(gòu) 事故處理 結(jié)構(gòu)防水  一、橋梁防水系統(tǒng)缺陷引起的病害 建造公路和城市道路，尤其是高速公路和城市快速道路，動輒

2、幾億、十幾億元的投資，其中橋梁占總造價(jià)的1030左右，要求設(shè)計(jì)使用年限比較長，至少要滿足50年以上，有些長達(dá)100年以上。因此橋梁的安全性和耐久性是非常重要的。 天津市的橋梁，防水問題一直沒有得到足夠的重視，很多人過去有一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，認(rèn)為混凝土本身不怕水，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁無須作防水，因此，對橋面系的構(gòu)造設(shè)計(jì)不太講究，甚至很粗糙。恰恰就因?yàn)闃蛎嫦禈?gòu)造的設(shè)計(jì)缺陷及沒有完善的防水系統(tǒng)，引起了很多病害，再由于交通量的增長和超載交通的影響，使橋梁過早地遭到破壞，成為危橋。 自1995年以來，天津市每年都發(fā)生橋面忽然塌陷，甚至出現(xiàn)空洞的嚴(yán)重病害，由于巡查及時(shí)，才沒有發(fā)生重大事故，但是也造成了很大的損

3、失。津國公路菜園橋，由于滲水致使橋梁混凝土腐蝕酥松、脫落，鋼筋與混凝土高骨，造成該橋報(bào)廢重建。寶盧公路上水渠橋，北圍堤路馬場減河橋等，都發(fā)現(xiàn)板梁底部混凝土大面積脫落，鋼筋裸露。外環(huán)線張貴莊鐵路高架橋、津榆公路一號橋，由于橋面積水、滲水，致使T梁翼板混凝土酥松，在車輪作用了突然出現(xiàn)了2m2以上的空洞，經(jīng)檢查所有邊梁翼板都有同樣病害。同時(shí)邊梁腹板外側(cè)也都有明顯的混凝土腐蝕膨脹，鋼筋銹蝕的現(xiàn)象。以上病害的發(fā)生，除了超載因素外，橋面系構(gòu)造的不合理和沒有橋面防水層是主要原因，另一方面橋面水泥混凝土鋪裝太薄和鎮(zhèn)縫處的混凝土的質(zhì)量不高，很容易遭到水的損害。首先在鉸縫處形成裂縫，造成單梁受力，水由鋪裝層向下滲

4、漏，從鉸縫流到梁板，對混凝土產(chǎn)生腐蝕，削弱了梁板的承載能力，最后造成橋梁的破壞。過去采用的伸縮縫形式基本上都是漏水的，由伸縮縫處滲漏下的水往往流到梁端，再流到帽梁，對梁端和帽梁頂部混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，這一現(xiàn)象幾乎在每一座橋上都可以見到，八里臺立交橋、解放南路立交等就是最明顯的例證。京福公路東州大橋在1999年6月27日北起第十墩T型帽梁翼板南側(cè)西部突然斷裂，主要原因就是水從伸縮縫處流到帽梁上，腐蝕了上部混凝土和鋼筋造成的。 從對公路橋梁病害調(diào)查結(jié)果來看，橋面的損壞占的比例最大，其次是邊梁外側(cè)。梁端和帽梁。下部結(jié)構(gòu)則墩臺水位浮動處損害最多。 由于邊梁處欄桿和人行道設(shè)計(jì)沒有考慮到雨水的影響，致使

5、含有橋面污物的雨水亂流，先是污染邊梁，影響美觀，繼而腐蝕混凝土，仔細(xì)觀察，到處可見這樣的痕跡。邊梁外側(cè)首先遭到破壞就是橋面雨水腐蝕造成的。附圖為水腐蝕對混凝土梁造成的破壞情況。 雨水孔的設(shè)計(jì)往往考慮欠佳，由于沒有重視雨水孔的安裝形式和質(zhì)量，致使收水口周圍和孔下梁板混凝土受到嚴(yán)重的腐蝕。 橋梁墩柱等下部結(jié)構(gòu)由于受到水的侵害，也必然產(chǎn)生損害，在水位上下浮動的部位更是嚴(yán)重。京津塘高速公路龍風(fēng)新河橋在1997年就發(fā)現(xiàn)了墩柱被嚴(yán)重腐蝕的病害，混凝土被腐蝕厚度達(dá)10cm以上，如不及時(shí)修復(fù)，后果不堪設(shè)想。 引起橋梁破壞的原因很多，如荷載、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、突發(fā)事件等等，但橋面防水系統(tǒng)沒有達(dá)到使用要求，以至

6、造成橋梁的破壞，是極其重要的原因之一，其后果將是災(zāi)難性的。二、橋梁防水系統(tǒng)缺陷對橋梁損害的機(jī)理分析 一般來說，水泥混凝土材料是耐水材料，在潮濕環(huán)境或水中能保持強(qiáng)度和穩(wěn)定性，潮濕條件也是水泥混凝土材料早期強(qiáng)度形成和發(fā)展不可缺少的條件。但是長期處于潮濕條件下，尤其在于濕交替循環(huán)狀態(tài)下，混凝土的耐久性問題是不容樂觀的。很多橋梁墩臺，在水位浮動的部位首先被破壞就是證明。京津塘高速公路龍風(fēng)新河橋墩柱的被腐蝕就是典型的例證。空氣中的水和雨水是一種成分很復(fù)雜的液體，再混入橋面的污物，常含有溶解的氣體、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等，常見的有酸性物質(zhì)、氧離了、氯離子、氮、碳酸氣、硫化氫及其他酸性離子，以及堿金屬和堿土金屬離

7、子，這些酸、堿物質(zhì)超過一定限度時(shí)，會侵蝕、損害橋梁的混凝土和金屬材料。 水泥混凝土在塑性期或硬化初期會因?yàn)樗终舭l(fā)造成塑性開裂。一般而言，橋面混凝土厚度小，和空氣的接觸面積大，產(chǎn)生塑性開裂的幾率也大。加強(qiáng)橋面混凝土施工中的質(zhì)量管理和早期養(yǎng)護(hù)可以減少開裂，但難以完全消除。在以后的使用過程中，早期產(chǎn)生的裂縫會隨著車輛反復(fù)荷載的沖擊下逐漸擴(kuò)展。如果沒有完善的防水系統(tǒng)，帶有腐蝕性物質(zhì)的水就會滲入到混凝土中和從裂縫中流入到混凝土中去。產(chǎn)生堿一骨料反應(yīng)以及酸堿性物質(zhì)對混凝土進(jìn)行腐蝕的反應(yīng)。 混凝土堿一骨料反應(yīng)是指來自水泥沙卜口劑和環(huán)境中的堿金屬離子與砂石等緊料中的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在水泥砂漿與石子的界

8、面處生成白色凝膠物質(zhì)，這種物質(zhì)在潮濕環(huán)境中吸水膨脹，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)從內(nèi)部開始的漲裂，甚至破壞。這種病害稱為混凝土的"癌癥"。堿一骨料反應(yīng)少則幾年，多則十幾年就可以使混凝土結(jié)構(gòu)喪失安全性。這種破壞具有不斷發(fā)展和不可修復(fù)性。具體表現(xiàn)為混凝土表面龜裂、突出、酥松，然后剝離。堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生和對混凝土的破壞需要三個(gè)條件：混凝土中的高堿性、碎石中的富含堿活性成分以及水。以前所用的水泥及外加劑均為高堿性，天津地區(qū)砂石資源含有不同程度的堿活性成分，橋梁又沒有完善的防水系統(tǒng)，完全具備了堿一骨料反應(yīng)的必要條件，所以很多橋梁都發(fā)生這種現(xiàn)象。 天津地區(qū)處在沿海地帶，空氣中和雨水中都含有一定

9、的氯鹽成分，尤其在近海地區(qū)濃度更大。又因?yàn)樵诙緸橄龢蛎娴谋鶅龊头e雪而廣泛地應(yīng)用噴灑鹽水的方法，鹽水通過不防水的伸縮縫流向墩臺，通過不防水的橋面系滲入到混凝土的縫隙里，不光引起堿-骨料反應(yīng)，而且引起鹽腐蝕，加速了反應(yīng)。 天津?yàn)楹涞貐^(qū)，有較長的冰凍期，滲入到混凝土中的水結(jié)冰、融化，反復(fù)進(jìn)行，對混凝土的裂縫不斷擴(kuò)大，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行漫性破壞作用。冰融的結(jié)果，加劇了堿-骨料反應(yīng)和鹽腐蝕的破壞作用。 堿-骨料反應(yīng)，鹽腐蝕、凍融作用是混凝土結(jié)構(gòu)的三大主要破壞因素，都是因?yàn)樗M(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)里面引起的。 預(yù)制梁橋的餃縫處是受力復(fù)雜、混凝土最薄弱的部位，最容易受到侵蝕，尤其近年來，超重交通的形成，過載車輛的增多

10、，過早地造成鉸縫部位的裂縫，橋面雨水通過裂縫進(jìn)一步腐蝕混凝土和鋼筋，形成單梁受力，降低承載能力直至破壞。 對于堿-骨料反應(yīng)，鹽的腐蝕、冰融作用應(yīng)以防止和抑制為主。減少混凝土中的堿含量是解決的辦法之一，使用低堿水泥、低堿外加劑，可以減緩，但解決不了全部問題。無論堿-骨料反應(yīng)、鹽腐蝕，還是凍融作用，只要是沒有水，就可以減緩或避免，所以必須設(shè)置完善的防水系統(tǒng)，將混凝土與水隔離開來，使其不具備發(fā)生反應(yīng)的條件，就將達(dá)到延長橋梁使用壽命的要求。 三、橋梁防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 橋梁防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是設(shè)法將水與混凝土隔離，使水不能進(jìn)入混凝土本體，尤其不能進(jìn)入裂縫中去。系統(tǒng)包括以下幾方面。 1混凝土本身的自防水 混

11、凝土經(jīng)常接觸水的部位都要設(shè)計(jì)為防水混凝土，保證本身的密實(shí)性和防腐蝕的性能。尤其是橋面和下部結(jié)構(gòu)水位浮動的部位。在混凝土中加入粉煤灰或超細(xì)粉等可以減少水泥帶入的堿量，加太鋼纖維深丙烯纖維可以對膨脹、開裂起到阻裂作用，并具有很好的抗?jié)B能力，達(dá)到自防水的基本要求。橋面水泥混凝土的平均厚度不能小于10cm，最薄處厚度不能小于8cm，而且混凝土本身的配比設(shè)計(jì)以及澆筑質(zhì)量是最重要的。橋面鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑不宜小于10mm，間距不能大于150mm。很多橋梁不到十年甚至兩三年就破壞，設(shè)計(jì)橋面鋪裝的不盡合理和施工質(zhì)量存在缺陷是主要原因之一。 2橋面防水涂層 無論橋面混凝土施工質(zhì)量如何好，均不能完全保證不開裂。所以橋

12、面水泥混凝土鋪裝層上面必須設(shè)置防水層。防水層不但本身要起到防水作用，而且要求其與水泥混凝土和瀝青混凝土都有很好的親和性，附著力好。下面能牢固地與水泥混凝土表面粘結(jié)，上面與瀝青混和料牢固地粘結(jié)。否則就成為一個(gè)層問抗剪力很低的夾層，將導(dǎo)致橋面瀝青混凝土出現(xiàn)擁包、滑移，直至松散、破壞。 3伸縮縫的防水 天津市采用了很多種橋梁伸縮縫，只有在叨年代初采用的毛勒伸縮縫不漏水，近幾年改進(jìn)后的仿毛勒伸縮縫也基本不漏水，其他均漏水。所以以前修建的橋，伸縮緩下面的梁端和帽梁受水損害最嚴(yán)重。由于伸縮縫的形式及安裝質(zhì)量問題，造成該部位最容易損壞。除了毛勒縫、仿毛勒縫之外，對伸縮量小于5cm的小變位伸縮縫，采用聚合物改性瀝青彈塑體填充式伸縮縫，也能成功地解決伸縮縫漏水的難題。 4橋面雨水孔與水落管 橋面雨水孔與水落管的設(shè)置應(yīng)該像屋面一樣的嚴(yán)格，但是無論設(shè)計(jì)還是施工，都容易忽略。常見的問題主要表現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：收水口小，不能及時(shí)將水泄走；收水口標(biāo)高高于周圍標(biāo)高，造成積水；收水口高出水泥混凝土表面，而且周圍混凝土不密實(shí)，造成管周圍漏水；出水管過短，發(fā)生尿檐現(xiàn)象。從而導(dǎo)致收水口周圍以及邊梁外側(cè)混凝土的破壞。 5欄桿外測與人行道的構(gòu)造 欄桿外