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】討論了我國橋梁耐久性不足的現(xiàn)狀及因素，并從設計和施工方面提出了提高結構耐久性的方法.針對現(xiàn)有橋梁產生的病害和耐久性不足的問題，加強橋梁的養(yǎng)護加固成為重要的解決方法.并以史各莊大橋為例，介紹橋梁養(yǎng)護加固對維持結構耐久性的重要性.【期刊名稱】《交通世界(運輸車輛)》【年(卷)，期】2018(000)012【總頁數(shù)】3頁(P86-87,176)【關鍵詞】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計有限公司，河北廊坊065000【正文語種】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條件下，隨著時間延續(xù)仍然能滿足既定功能的能力。橋梁的耐久性反應了結構維持整體穩(wěn)定性的能力。目前，國內夕卜關于橋梁的病害和坍塌事故屢見不鮮，大都是由于橋梁的耐久性不足引起的。我國大量橋梁面臨著如何保證橋梁在設計年限范圍內安全、耐久的問題。對現(xiàn)有橋梁進行養(yǎng)護加固成為增強橋梁耐久性的重要解決方式［1］。1國內外橋梁耐久性現(xiàn)狀1.1我國混凝土橋耐久性總體情況我國橋梁建設自新中國成立來取得了巨大成就。目前中國建成的橋梁已超過了60萬座，現(xiàn)有主跨在200m以上的橋梁將近110座，公路橋占80%以上。經過幾代橋梁工程師的摸索，我國建造橋梁技術已達到了世界前列。我國現(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的跨海大橋，無論在施工工藝及設計水平上都屬世界先進水平。雖然我國的橋梁建設取得了矚目成就，但是仍然存在很多問題。比如橋梁的耐久性問題。中國規(guī)定橋梁的設計使用年限為100年，但據統(tǒng)計，中國僅有40%的橋梁使用壽命超過40年。也就是說，中國橋梁在數(shù)量和跨徑達到世界先進水平，但是耐久性方面遠沒有達到國際先進水平［2］。據2012年統(tǒng)計，我國橋梁平均壽命僅30年（見表1），遠遠不能滿足100年的設計使用年限要求。耐久性不足是最重要的原因。1.2國外卜橋梁耐久性總體情況美國橋梁與公路建設一直處于世界領先地位。美國規(guī)定橋梁的設計使用壽命為75年，據統(tǒng)計，其使用壽命均超過了40年。雖然如此，美國橋梁仍面臨著耐久性不足問題，美國橋梁的垮塌事件時有發(fā)生?？v觀其他橋梁建設強國，橋梁耐久性問題依然嚴峻。由于橋梁養(yǎng)護不足、材料及施工缺陷、設計缺陷等原因導致的橋梁倒塌事件時有發(fā)生［3］。表1我國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施工質量差施工不合格是造成橋梁耐久性不足的一個極其重要的原因。施工質量與設計標準之間存在巨大差異而導致橋梁坍塌的事故屢見不鮮。有些施工人員往往因為追求進度而導致預應力施工不合格、混凝土振搗不足、養(yǎng)護不當，致使施工質量遠遠沒有達到設計和規(guī)范要求。施工過程中偷工減料、以次充好導致混凝土強度不足。施工質量問題最終會導致橋梁在短暫的使用年限內便出現(xiàn)了病害，嚴重影響橋梁使用性能，進而對橋梁的耐久性造成深遠的影響。2.2構造設計問題不可否認，我國的橋梁設計體系在耐久性設計方面仍存在許多需要改進的地方。一部分設計人員只滿足于設計規(guī)范，并不會針對具體項目所在的環(huán)境、使用條件等方面提出不同的設計標準。很多橋梁設計存在于公式化、標準化的問題，混凝土等級和保護層厚度并未按照環(huán)境條件進行優(yōu)化設計。導致惡劣氣候地區(qū)的橋梁耐久性嚴重不足。隨著新技術和新材料的快速發(fā)展，對橋梁設計人員提出了更高的要求。2.3養(yǎng)護管理不足好的橋梁施工和設計對橋梁耐久性固然重要，但在橋梁建成后的養(yǎng)護管理同樣重要。隨著我國的經濟發(fā)展，交通量不斷增大，重載、超載現(xiàn)象時有發(fā)生?？茖W管理和定期維護對于保障橋梁的耐久性方面尤為重要。2.4環(huán)境惡劣我國的經濟在飛速發(fā)展，與此同時加劇了惡劣氣候的產生。酸雨、廢氣等腐蝕性物質對于橋梁的損害巨大。橋梁長期暴露在這樣的環(huán)境中，對于橋梁的耐久性會產生巨大的不利影響。3提高橋梁耐久性方法3.1提高施工質量施工方要嚴格按照施工要求進行施工，施工人員需持證上崗，嚴格控制施工質量，不能盲目追求進度。施工人員與設計人員要做到充分溝通，充分考慮橋梁的耐久性問題，保證橋梁施工的合理性。為防止偷工減料和以次充好，要嚴格規(guī)范材料進出制度，對材料進出做好記錄，加強施工管理，做到事前防范。3.2提高設計水準橋梁設計者應充分考慮到材料老化對其耐久性的影響，在實際中應加強對材料性能的研究，合理地選材能提升橋梁的整體耐久性。在設計橋梁的耐久性參數(shù)時，應將橋梁靜動態(tài)參數(shù)結合考慮。針對在不同環(huán)境下的橋梁，采取不同的設計參數(shù)，在《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG3362—2018)中增加了耐久性設計要求。對于混凝土保護層厚度的設計要充分考慮到周圍環(huán)境的影響。在橋梁設計環(huán)節(jié)中，還要做好橋梁的超載設計和管理。4橋梁耐久性不足的解決方案隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，對公路橋梁的通行能力和承載能力的要求越來越高。對于一些建成年限比較久的橋梁，因當時的設計標準和施工技術有限，導致現(xiàn)有橋梁遠不能達到設計使用年限。偶然事件的發(fā)生、車輛船只的撞擊、超載對橋梁的正常使用和耐久性也會產生極大的威脅。因此通過橋梁養(yǎng)護加固來解決橋梁的耐久性不足顯得尤為重要。5工程實例5.1工程概況史各莊橋位于國道106上，橋梁中心樁號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524.6m，^梁寬度為凈27.8+2x0.5m防撞護欄。上部結構為26孔20m普通鋼筋混凝土T梁下部結構采用樁柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎，右半幅橋建于1987年，橋寬14.4m，并于1997年左側加寬14.4m，與舊橋連成一體，加寬后橋面凈寬為27.8m。設計標準采用汽車一20級，掛車一100[4]。5.2橋梁主要病害分析2017年8月，北京九通衢檢測技術有限公司受廊坊市公路管理處委托對史各莊橋進行了全面檢測。根據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/TH21—2011）及《文安縣國道106線文安段史各莊大橋橋梁檢測報告》（JTQ—JB[QJ]—201第3502號）評定K105+742史各莊橋右幅為五類橋，全橋評分Dr=57.52。根據檢測報告以及現(xiàn)場勘測，橋梁具體病害包括以下方面。5.2.1上部結構（1）T梁主要病害。上部結構鋼筋混凝土T梁受力裂縫過多，對于截面削弱作用明顯，影響上部結構整體剛度。全橋T梁腹板均存在豎向及斜向裂縫共計2665條，裂縫總長31998m，裂縫寬度范圍為0.08~0.30mm。其中，18片T梁存在共計110條超限裂縫（0.25mm），超限裂縫總長為127.6m。部分梁體裂縫寬度較寬，且分布情況密集，其T梁結構剛度損失過大。丁梁翼緣破損情況嚴重。該橋翼緣板過?。ǘ瞬亢穸?cm）,右半幅橋面鋪裝拆除過程中發(fā)現(xiàn)翼緣端部混凝土局部松散、無強度，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149片T梁翼緣板破損、混凝土脫落形成的空洞、孔洞共計398處，總面積為128.22m2。T梁單梁受力。全橋共發(fā)現(xiàn)6孔17片T梁存在單梁受力病害。其中6片梁單梁受力病害明顯。其單梁受力表現(xiàn)形式為橫隔板開焊、失效，鉸縫嚴重滲水、滲泥，重車通過時相鄰兩片T梁變形受力不協(xié)調。T梁受環(huán)境侵蝕嚴重，混凝土剝落、鋼筋銹脹嚴重。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。梁體受侵蝕時間過長，混凝土剝落嚴重、局部位置鋼筋層狀剝離，對于梁體截面削弱過多，對于上部結構承載能力影響較大。（2） 鉸縫及橫隔板主要病害。69道鉸縫存在嚴重滲水，局部滲泥病害，總長度為1200m。全橋共發(fā)現(xiàn)256塊橫隔板存在開焊、橫向聯(lián)系失效，其中85塊橫隔板對應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量導致支座開裂、脫空病害，58塊支座存在嚴重老化、開裂病害，28塊支座橫向偏位，導致支座局部脫空、變形，5塊支座嚴重變形、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下部結構（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55條，總長51.1m，寬0.07~0.3mm。其中超限裂縫（0.3mm）8條，總長5.6m。全橋共發(fā)現(xiàn)20座墩柱存在43條環(huán)向裂縫，總長62.7m，寬0.08~0.2mm,墩柱網裂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。具體病害照片見圖1。圖1具體病害照片5.3項目實施方案（1）技術標準。汽車荷載等級：上部結構采用公路一I級，下部結構滿足設計要求。橋梁跨徑：26x20m。橋面橫坡：單向橫坡1.5%。橋面寬度：右半幅0.5m（護欄）+12m+0.5m（護欄）；左半幅0.5m（護欄）+13.4m+0.5m（護欄）。（2）實施方案。上部維修方案：本方案為拆除舊橋右幅全部T梁，重做上部結構。新建上部結構采用20m裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，共計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（護欄），橫向每孔布置4片箱梁。下部維修方案：通過計算，右橋現(xiàn)有蓋梁寬度及配筋已不能滿足新建上部結構的要求，因此，本橋蓋梁全部拆除新建，同時對右橋所有墩柱及系梁進行拆除重建。6結語橋梁坍塌事故的發(fā)生給人們的生命財產安全和社會穩(wěn)定帶來巨大的影響，我國橋梁的耐久性不足已成為當前急需采取措施的重大問題，應從設計和施工上引起足夠重視，否則，許多橋梁結構的正常使用功能得不到有效保證。需要廣泛借鑒國外橋梁設計和施工的先進經驗，結合我國地域的基本情況，制定合理有效的防范措施。針對橋梁的工程質量