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桥面系病害1110fss
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1桥梁病害的概念
随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化,大力发展交通运输事业,建立四通八达的现代交通网络,这不仅有利于经济的进一步发展,同时对促进文化交流、加强民族团结、缩小地区差别、巩固国防等方面,也都有非常重要的意义。
我国自改革开发以来,路、桥建设得到了飞速的发展,对改善人民的生活环境,改善投资环境,促进经济的腾飞,起到了关键性的作用[1]。
[1]孙明山,桥梁检查及病害原因分析[[J1,湖南交通科技,第27卷第4期,2001.12.
桥梁是我国现代化建设的重要基础设施,由于反复承受着车轮的磨损、冲击,遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏,特别是我国交通量和重型汽车的不断增加,有些建筑材料的性质衰变,以及由于设计和施工留下的一些缺陷,必然造成道路桥梁使用功能和行车服务质量的日趋退化、不适应,甚至中断交通[2]。
[2]胡汉舟等,桥梁事故及经验教训[[J],桥梁建设,2002年第3期.
《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GBlT50283一1999)规定公路工程结构必须满足下列功能要求:
1.在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;
2.在正常使用时,具有良好的工作性能;
3.在正常维护下,具有足够的耐久性能;
4.在预计的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。
凡由于人为的(勘察、设计、施工、使用等)或自然的(地质、风雨、冰冻等)原因,使桥梁结构出现不符合上述规范和标准要求的一些问题和现象,在本课题中统称桥梁结构的病害[3]。
[3]刘建民,公路混凝土桥梁损伤评估技术研究,郑州大学硕士学位,2003.
2我国现有桥梁的状况
根据1982年全国公路普查资料,我国公路现有桥梁中危桥约占3.54;而国道干线上的危桥约占2.4。
在现有桥梁中,除按1972年交通部颁布的《公路工程技术标准(试行)》和1982年以来颁布的《公路工程技术标准》(JTJ1-1981)设计建造的桥梁,尚能基本满足近期交通要求外,在此之前,特别是20世纪50年代后期及60年代的一些桥梁大都发生荷载吨位不足,甚至干线公路桥梁重车无法通过的情况时有发生。
目前,在国道干线桥梁中,设计荷载等级在汽一10级以下者占5.4。
加之好些桥梁的桥龄较长,质量不高,有的桥面净宽不足;有的发生老化、破损、裂缝等情况;有的则由于其他工程施工影响而引起破坏;同时,必须清楚地看到新建的桥梁中,由于施工工艺、方法、材料等因素的影响,使新桥也很快地成为被维修的对象。
例如,1999年3月被全国人大代表点名批评的四条高等级道路(沈四线、柳南线、昆绿线、佛开线)称为豆腐渣工程,其中佛开线(佛山一开平)是19%年12月竣工,1998年9月全路封闭维修三个月,原因是该路的所有桥面均出现大面积开裂、松散等,严重地影响车道的运行[4]
3问题的提出及研究目的
我国桥梁大部分为建国后所建,桥龄一般为40年左右,桥梁病害开始逐渐暴露,不少桥梁已经或正在发生老化、破损、出现裂缝等现象,危桥逐年增多,承载能力逐年下降,桥梁功能的完善和运转的顺利不仅促进相应地区的经济发展,同时也将改善社区的生活品质[5]
桥梁结构经不住长期动荷载和极复杂条件的考验,不到几年时间就出现病害,甚至不堪使用的事例也是不少的。
但是,桥梁结构由于作用荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与施工质量的分散性、计算假定的近似性,其实际安全度是一个不确定值。
简而言之,有的桥梁由于原设计荷载标准偏低,现在重车增多,行车密度不断增长;有的桥梁由于采用桥型结构不当或设计计算假定不尽合理;有的桥梁不重视施工质量未按操作规程办事;也有的桥梁由于养护不当或年久失养;还由于反复承受着车轮的磨损、冲击,遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏,建筑材料的性质衰变,或上述情况兼而有之。
总而言之,有的桥梁先天不足,有的桥梁是后天失养,种种原因造成不少桥梁发生病害,甚至有的已成为“危桥”,严重地影响了桥梁的承载能力和正常使用。
某些多次出现的桥梁病害,它们在表现形式和形成机理等方面可能存在着共同点—即隐含着现有设计理论和施工方法中的不合理因素。
如果能够找出同一类病害产生的共同原因并得到一个对该类病害普遍适应的防治及改造方法,就可以在今后的设计和施工当中有效地减少该类桥梁病害发生的几率,从而起到未雨绸缪的作用[6]
桥梁坍塌是所有构件或桥梁主要构件失效,这时需要替换全部以及部分构件。
当整个结构或结构的主要构件倒塌后,桥梁倒塌,结构就没有能力承载。
倒塌可以进一步分为两类,全部倒塌以及部分倒塌。
全部倒塌暗示着桥跨的几个主要构件倒塌,没有车道可以通行。
部分倒塌暗示着桥跨的一些主要构件倒塌,这种情况威胁着结构上部或下部的通行的寿命。
回顾历史,不难发现,近代桥梁是在与事故与病害的斗争中不断发展的。
经过2个世纪的发展,近代桥梁数量已异常庞大,无论是钢桥还是混凝土桥梁曾出现过不少破坏事故。
有的是在施工过程中,有的则在运营阶段。
分析总结这些事故的经验教训,对今后的桥梁建设是有好处的。
桥梁坍塌的原因有很多,有设计、施工、材料、维护及外部事件等,而外部原因所造成的桥梁事故所占的比例最大[7]
1.4桥面系的组成
桥面系包括桥面铺装、桥面板、伸缩缝、人行道、栏杆以及排水系统等。
3.3桥面系
桥面系包括桥面铺装、桥面板、伸缩缝、排水系统、栏杆及扶手、人行道。
桥面系主要病害为桥面下沉、栏杆及人行道系损坏等。
其主要原因是缺乏养护而造成的,一般情况下,桥梁通车后,养护部门对桥梁养护不够重视,造成桥梁长期失养,外观损坏严重,排水不畅,而桥面铺装过去又多为泥结碎石结构,强度低,防水性能差[2]
3.3.桥面铺装
为了保证车辆安全,舒适地通过桥面,同时防止桥面上雨水及其它液体侵蚀桥梁结构,使钢筋桥面板不遭受车轮的直接磨耗和剪切作用,并分散车辆轮重的集中荷载,需要在桥面上铺筑桥面铺装层。
桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,其变形和应力特征与主梁及桥面结构形式密切相关,一方面可分散荷载,参与桥面板的受力;另一方面起联合各主梁共同受力作用,它既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,所以要求其具有足够的强度和良好的整体性,并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能[42]
3.3.1.1桥面铺装破坏类型
(1)裂缝
裂缝是引起材料破坏、断裂的根源,桥面铺装层裂缝产生原因较为复杂,根据裂缝产生的原因可将裂缝分为干缩裂缝、温度裂缝和疲劳裂缝。
混凝土干缩裂缝属于早期裂缝,它的产生很大程度上是由于养护的影响最大。
一方面,混凝土干缩随环境相对湿度的增加而减小,较高的湿度对防止混凝土干缩有利:
另一方面,不同环境温度对应于一个临界相对湿度,如果养护不良,环境湿度低于相应温度下的临界湿度,就会在混凝土表面产生大量的干缩裂缝。
温度裂缝主要是指低温缩裂,当铺装层表面的温度下降时,由于整个铺装体系的降温需要一个过程,会在铺装结构内产生温度梯度。
面层遇降温而收缩的趋势,会受到其下部桥面板的约束而产生拉应力,开始时由于沥青混合料的劲度相对较低,这个拉应力较小,但是随着进一步的降温,混合料的劲度增加,从而伴随了收缩趋势的进一步增强,导致拉应力超过沥青混凝土相应条件的抗拉强度,便产生开裂。
由于铺装层的纵向尺寸远大于横向,低温收缩时侧向约束不大,故这种开裂一般为横向间隔性裂缝,严重时才发展为纵向裂缝。
疲劳开裂是指铺装层在正常使用情况下,由行车荷载的多次反复作用引起的铺装层的开裂破坏,是桥面铺装的主要破坏类型。
桥面铺装层在荷载作用下会产生裂缝,特别是箱梁,桥面板的变形使纵向肋、横隔梁等刚性较大的部位与桥面板连接处成为高应力区,并在这些位置处的铺装层内产生较大的负弯矩,即这些位置处的铺装层表面是拉应力(拉应变)集中区,因此桥面铺装的疲劳开裂出现在铺装层表面,然后逐渐向底面发展。
铺装层的疲劳开裂不仅直接影响到路面的路用性能,而且对于桥面板也有不利的影响。
铺装层的开裂破坏,为雨水侵蚀桥面板提供了途径,钢筋的锈蚀会直接影响桥梁功能。
因此,必须控制桥面铺装的疲劳开裂,即使发生开裂破坏,也要及时进行修复[43]
江阴长江公路大桥是京沪、同三国道主干线的咽喉工程,也是我国目前唯一一座跨距超过一千米的大型悬索桥,是我国第一、世界第四大悬索桥,1999年9月建成通车,这座通车仅仅三年多一点的大桥桥面却破损严重。
在大桥桥面上,隆起、破裂现象随处可见,有的裂缝长达近百米,部分地方桥梁钢板已经
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