橋梁耐久性的不足與解決方案

橋梁耐久性的不足與解決方案張占華【摘要】討論了我國(guó)橋梁耐久性不足的現(xiàn)狀及因素，并從設(shè)計(jì)和施工方面提出了提高結(jié)構(gòu)耐久性的方法.針對(duì)現(xiàn)有橋梁產(chǎn)生的病害和耐久性不足的問(wèn)題，加強(qiáng)橋梁的養(yǎng)護(hù)加固成為重要的解決方法.并以史各莊大橋?yàn)槔榻B橋梁養(yǎng)護(hù)加固對(duì)維持結(jié)構(gòu)耐久性的重要性.【期刊名稱】《交通世界(運(yùn)輸車輛)》【年(卷)，期】2018(000)012【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P86-87,176)【關(guān)鍵詞】橋梁;耐久性;維修;加固【作者】張占華【作者單位】廊坊市燕趙交通勘察設(shè)計(jì)有限公司，河北廊坊065000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】U4180引言橋梁的耐久性是指橋梁在正常使用和維護(hù)條件下，隨著時(shí)間延續(xù)仍然能滿足既定功能的能力。橋梁的耐久性反應(yīng)了結(jié)構(gòu)維持整體穩(wěn)定性的能力。目前，國(guó)內(nèi)夕卜關(guān)于橋梁的病害和坍塌事故屢見(jiàn)不鮮，大都是由于橋梁的耐久性不足引起的。我國(guó)大量橋梁面臨著如何保證橋梁在設(shè)計(jì)年限范圍內(nèi)安全、耐久的問(wèn)題。對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)加固成為增強(qiáng)橋梁耐久性的重要解決方式［1］。1國(guó)內(nèi)外橋梁耐久性現(xiàn)狀1.1我國(guó)混凝土橋耐久性總體情況我國(guó)橋梁建設(shè)自新中國(guó)成立來(lái)取得了巨大成就。目前中國(guó)建成的橋梁已超過(guò)了60萬(wàn)座，現(xiàn)有主跨在200m以上的橋梁將近110座，公路橋占80%以上。經(jīng)過(guò)幾代橋梁工程師的摸索，我國(guó)建造橋梁技術(shù)已達(dá)到了世界前列。我國(guó)現(xiàn)已建成的懸索橋、斜拉橋、梁橋，有18座已躋身于世界同類型的橋梁排行榜前列。新建成的珠港澳大橋成為世界上最長(zhǎng)的跨海大橋，無(wú)論在施工工藝及設(shè)計(jì)水平上都屬世界先進(jìn)水平。雖然我國(guó)的橋梁建設(shè)取得了矚目成就，但是仍然存在很多問(wèn)題。比如橋梁的耐久性問(wèn)題。中國(guó)規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)僅有40%的橋梁使用壽命超過(guò)40年。也就是說(shuō)，中國(guó)橋梁在數(shù)量和跨徑達(dá)到世界先進(jìn)水平，但是耐久性方面遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平［2］。據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)橋梁平均壽命僅30年（見(jiàn)表1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足100年的設(shè)計(jì)使用年限要求。耐久性不足是最重要的原因。1.2國(guó)外卜橋梁耐久性總體情況美國(guó)橋梁與公路建設(shè)一直處于世界領(lǐng)先地位。美國(guó)規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命為75年，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其使用壽命均超過(guò)了40年。雖然如此，美國(guó)橋梁仍面臨著耐久性不足問(wèn)題，美國(guó)橋梁的垮塌事件時(shí)有發(fā)生?？v觀其他橋梁建設(shè)強(qiáng)國(guó)，橋梁耐久性問(wèn)題依然嚴(yán)峻。由于橋梁養(yǎng)護(hù)不足、材料及施工缺陷、設(shè)計(jì)缺陷等原因?qū)е碌臉蛄旱顾录r(shí)有發(fā)生［3］。表1我國(guó)橋梁平均壽命橋型數(shù)量平均使用壽命（年）空心板梁345130.24整體式現(xiàn)澆板90027.94T梁35729.071梁4533.36H形梁1634.25箱形梁3623.39連續(xù)T梁11729.97連續(xù)箱梁2426.582橋梁耐久性不足的因素2.1施工質(zhì)量差施工不合格是造成橋梁耐久性不足的一個(gè)極其重要的原因。施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之間存在巨大差異而導(dǎo)致橋梁坍塌的事故屢見(jiàn)不鮮。有些施工人員往往因?yàn)樽非筮M(jìn)度而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施工不合格、混凝土振搗不足、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，致使施工質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。施工過(guò)程中偷工減料、以次充好導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足。施工質(zhì)量問(wèn)題最終會(huì)導(dǎo)致橋梁在短暫的使用年限內(nèi)便出現(xiàn)了病害，嚴(yán)重影響橋梁使用性能，進(jìn)而對(duì)橋梁的耐久性造成深遠(yuǎn)的影響。2.2構(gòu)造設(shè)計(jì)問(wèn)題不可否認(rèn)，我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)體系在耐久性設(shè)計(jì)方面仍存在許多需要改進(jìn)的地方。一部分設(shè)計(jì)人員只滿足于設(shè)計(jì)規(guī)范，并不會(huì)針對(duì)具體項(xiàng)目所在的環(huán)境、使用條件等方面提出不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。很多橋梁設(shè)計(jì)存在于公式化、標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，混凝土等級(jí)和保護(hù)層厚度并未按照環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。導(dǎo)致惡劣氣候地區(qū)的橋梁耐久性嚴(yán)重不足。隨著新技術(shù)和新材料的快速發(fā)展，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。2.3養(yǎng)護(hù)管理不足好的橋梁施工和設(shè)計(jì)對(duì)橋梁耐久性固然重要，但在橋梁建成后的養(yǎng)護(hù)管理同樣重要。隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量不斷增大，重載、超載現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。科學(xué)管理和定期維護(hù)對(duì)于保障橋梁的耐久性方面尤為重要。2.4環(huán)境惡劣我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展，與此同時(shí)加劇了惡劣氣候的產(chǎn)生。酸雨、廢氣等腐蝕性物質(zhì)對(duì)于橋梁的損害巨大。橋梁長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，對(duì)于橋梁的耐久性會(huì)產(chǎn)生巨大的不利影響。3提高橋梁耐久性方法3.1提高施工質(zhì)量施工方要嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，施工人員需持證上崗，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，不能盲目追求進(jìn)度。施工人員與設(shè)計(jì)人員要做到充分溝通，充分考慮橋梁的耐久性問(wèn)題，保證橋梁施工的合理性。為防止偷工減料和以次充好，要嚴(yán)格規(guī)范材料進(jìn)出制度，對(duì)材料進(jìn)出做好記錄，加強(qiáng)施工管理，做到事前防范。3.2提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)橋梁設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮到材料老化對(duì)其耐久性的影響，在實(shí)際中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)材料性能的研究，合理地選材能提升橋梁的整體耐久性。在設(shè)計(jì)橋梁的耐久性參數(shù)時(shí)，應(yīng)將橋梁靜動(dòng)態(tài)參數(shù)結(jié)合考慮。針對(duì)在不同環(huán)境下的橋梁，采取不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG3362—2018)中增加了耐久性設(shè)計(jì)要求。對(duì)于混凝土保護(hù)層厚度的設(shè)計(jì)要充分考慮到周圍環(huán)境的影響。在橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，還要做好橋梁的超載設(shè)計(jì)和管理。4橋梁耐久性不足的解決方案隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)公路橋梁的通行能力和承載能力的要求越來(lái)越高。對(duì)于一些建成年限比較久的橋梁，因當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)有限，導(dǎo)致現(xiàn)有橋梁遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。偶然事件的發(fā)生、車輛船只的撞擊、超載對(duì)橋梁的正常使用和耐久性也會(huì)產(chǎn)生極大的威脅。因此通過(guò)橋梁養(yǎng)護(hù)加固來(lái)解決橋梁的耐久性不足顯得尤為重要。5工程實(shí)例5.1工程概況史各莊橋位于國(guó)道106上，橋梁中心樁號(hào)K105+742處跨越趙王新渠，橋梁中線的法線與河道的水流方向的交叉角度為0°，全長(zhǎng)524.6m，^梁寬度為凈27.8+2x0.5m防撞護(hù)欄。上部結(jié)構(gòu)為26孔20m普通鋼筋混凝土T梁下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，右半幅橋建于1987年，橋?qū)?4.4m，并于1997年左側(cè)加寬14.4m，與舊橋連成一體，加寬后橋面凈寬為27.8m。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用汽車一20級(jí)，掛車一100[4]。5.2橋梁主要病害分析2017年8月，北京九通衢檢測(cè)技術(shù)有限公司受廊坊市公路管理處委托對(duì)史各莊橋進(jìn)行了全面檢測(cè)。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TH21—2011）及《文安縣國(guó)道106線文安段史各莊大橋橋梁檢測(cè)報(bào)告》（JTQ—JB[QJ]—201第3502號(hào)）評(píng)定K105+742史各莊橋右幅為五類橋，全橋評(píng)分Dr=57.52。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，橋梁具體病害包括以下方面。5.2.1上部結(jié)構(gòu)（1）T梁主要病害。上部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土T梁受力裂縫過(guò)多，對(duì)于截面削弱作用明顯，影響上部結(jié)構(gòu)整體剛度。全橋T梁腹板均存在豎向及斜向裂縫共計(jì)2665條，裂縫總長(zhǎng)31998m，裂縫寬度范圍為0.08~0.30mm。其中，18片T梁存在共計(jì)110條超限裂縫（0.25mm），超限裂縫總長(zhǎng)為127.6m。部分梁體裂縫寬度較寬，且分布情況密集，其T梁結(jié)構(gòu)剛度損失過(guò)大。丁梁翼緣破損情況嚴(yán)重。該橋翼緣板過(guò)?。ǘ瞬亢穸?cm）,右半幅橋面鋪裝拆除過(guò)程中發(fā)現(xiàn)翼緣端部混凝土局部松散、無(wú)強(qiáng)度，翼緣端部混凝土大面積脫落，極大地影響行車道板整體性能和車輛通行能力。共計(jì)149片T梁翼緣板破損、混凝土脫落形成的空洞、孔洞共計(jì)398處，總面積為128.22m2。T梁?jiǎn)瘟菏芰?。全橋共發(fā)現(xiàn)6孔17片T梁存在單梁受力病害。其中6片梁?jiǎn)瘟菏芰Σ『γ黠@。其單梁受力表現(xiàn)形式為橫隔板開(kāi)焊、失效，鉸縫嚴(yán)重滲水、滲泥，重車通過(guò)時(shí)相鄰兩片T梁變形受力不協(xié)調(diào)。T梁受環(huán)境侵蝕嚴(yán)重，混凝土剝落、鋼筋銹脹嚴(yán)重。全橋共發(fā)現(xiàn)39片T梁腹板及翼緣板存在銹脹、混凝土剝落96處，總面積為39.15m2;13片T梁翼緣板及腹板滲水、堿蝕，面積為164.5m2;2片T梁局部存在混凝土脫落、掉角2處，總面積為0.1m2。梁體受侵蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土剝落嚴(yán)重、局部位置鋼筋層狀剝離，對(duì)于梁體截面削弱過(guò)多，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)承載能力影響較大。（2） 鉸縫及橫隔板主要病害。69道鉸縫存在嚴(yán)重滲水，局部滲泥病害，總長(zhǎng)度為1200m。全橋共發(fā)現(xiàn)256塊橫隔板存在開(kāi)焊、橫向聯(lián)系失效，其中85塊橫隔板對(duì)應(yīng)橋面處橫隔板頂連接鋼板斷裂、缺失。（3） 支座主要病害。全橋共發(fā)現(xiàn)19塊支座存在縱向剪切變形過(guò)量導(dǎo)致支座開(kāi)裂、脫空病害，58塊支座存在嚴(yán)重老化、開(kāi)裂病害，28塊支座橫向偏位，導(dǎo)致支座局部脫空、變形，5塊支座嚴(yán)重變形、破損、失效，其他支座使用30年，橡膠均已老化，失去變形能力。5.2.2下部結(jié)構(gòu)（1）橋墩主要病害。全橋共發(fā)現(xiàn)15片蓋梁存在豎向及水平裂縫共計(jì)55條，總長(zhǎng)51.1m，寬0.07~0.3mm。其中超限裂縫（0.3mm）8條，總長(zhǎng)5.6m。全橋共發(fā)現(xiàn)20座墩柱存在43條環(huán)向裂縫，總長(zhǎng)62.7m，寬0.08~0.2mm,墩柱網(wǎng)裂4處，總面積為6.7m2。全橋發(fā)現(xiàn)6片蓋梁存在銹脹、混凝土剝落16處，總面積為11.66m2;墩柱及蓋梁水蝕、混凝土剝落22處，總面積為20.61m2。具體病害照片見(jiàn)圖1。圖1具體病害照片5.3項(xiàng)目實(shí)施方案（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。汽車荷載等級(jí)：上部結(jié)構(gòu)采用公路一I級(jí)，下部結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。橋梁跨徑：26x20m。橋面橫坡：?jiǎn)蜗驒M坡1.5%。橋面寬度：右半幅0.5m（護(hù)欄）+12m+0.5m（護(hù)欄）；左半幅0.5m（護(hù)欄）+13.4m+0.5m（護(hù)欄）。（2）實(shí)施方案。上部維修方案：本方案為拆除舊橋右幅全部T梁，重做上部結(jié)構(gòu)。新建上部結(jié)構(gòu)采用20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，共計(jì)104片。橋梁跨徑組合為5x20m+4x20m+4x20m+4x20m+4x20m+5x20m。新建橋梁上部寬度為凈12m+2x0.5m（護(hù)欄），橫向每孔布置4片箱梁。下部維修方案：通過(guò)計(jì)算，右橋現(xiàn)有蓋梁寬度及配筋已不能滿足新建上部結(jié)構(gòu)的要求，因此，本橋蓋梁全部拆除新建，同時(shí)對(duì)右橋所有墩柱及系梁進(jìn)行拆除重建。6結(jié)語(yǔ)橋梁坍塌事故的發(fā)生給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)巨大的影響，我國(guó)橋梁的耐久性不足已成為當(dāng)前急需采取措施的重大問(wèn)題，應(yīng)從設(shè)計(jì)和施工上引起足夠重視，否則，許多橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用功能得不到有效保證。需要廣泛借鑒國(guó)外橋梁設(shè)計(jì)和施工的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)地域的基本情況，制定合理有效的防范措施。針對(duì)橋梁的工程質(zhì)量