箱梁的病害成因分析及防治措施研究
2015-06-01
1 引言
箱梁结构桥横向刚度大，特别是连续箱梁桥具有加大跨径、降低梁高、保持桥面平整、无伸缩缝等优点，因此自二十世纪七十年代末以来连续箱梁桥发展迅速。经过长期运行以后，研究人员发现，箱梁会有梁体混凝土剥落、腹板、底板开裂、预应力钢丝束断裂、蹦脱、连续梁桥负弯矩处开裂等病害出现[1-4]。严重影响了箱梁的正常使用功能，国内外专家学者对如何能防治箱梁病害的出现，并对箱梁出现的病害进行治理进行了深入的研究，也取得了一定的成绩[5-7]。
本文对箱梁跨中腹板、底板开裂、连续梁桥负弯矩处开裂的原因进行了分析，并提出了相应的防治措施，对今后箱梁病害的分析和防治工作具有一定的借鉴作用。
2 箱梁病害
2.1腹板、底板开裂
研究发现，普通钢筋混凝土箱梁结构大多在腹板出现竖向裂缝，腹板竖向裂缝一般呈中间宽、上下窄规律，裂缝间距较小，平均为20-30cm，裂缝长度约为箱梁腹板高度的30%-60%，发展严重的可能贯通整个腹板，对桥梁的受力极为不利。梁底出现裂缝大多为横向裂缝，集中在跨中2-3m的范围之内，有些梁底裂缝与腹板裂缝相连接。梁底裂缝多伴有渗水、白华现象，会钢筋发生锈蚀，严重影响箱梁的寿命。为唐津高速跨京津塘立交桥的箱梁腹板开裂情况，裂缝宽度达0.34mm；为京沪高速西琉城桥的箱梁梁底开裂、渗水和白华现象。
病害危害：由于普通钢筋混凝土箱梁自重较大，加上混凝土的收缩等因素影响，腹板、梁底普遍出现裂缝。尽管设计中允许普通混凝土结构出现裂缝，但部分箱梁的裂缝已超过了允许宽度，这不仅使结构整体刚度降低影响其承载能力，一方面因裂缝宽度过大加速混凝土碳化，另一方面当雨水进入裂缝以后，会使钢筋发生锈蚀。在冰冻地区，由于冻涨影响，会使裂缝进一步开展，裂缝开展以后，进入的雨水会更多，进一步加速箱梁的破坏，最终导致整个桥梁结构发生破坏。
原因分析：按照受弯构件出现裂缝的规律应该是底板宽腹板相对较窄，而腹板裂缝宽度比底板裂缝宽度稍大，主要是腹板的裂缝在很大程度上是混凝土收缩和荷载作用共同的结果。另外，温度效应对腹板裂缝的开展也有较大的影响，特别是东西走向的箱形梁桥，特别是夏季温度较高时，处于阳面的腹板由于阳光照射使得腹板升温较快，而处于阴面的腹板由于受不得阳光的照射升温较慢，再加上混凝土是热的不良导体，导致箱梁出现较大的水平方向的温度应力，使得箱梁腹板出现大量裂缝。施工时，施工人员没有严格按照施工要求进行施工，造成钢筋分布不均匀，造成局部受力比较集中，造成混凝土出现裂缝。
防治措施：首先，在混凝土桥梁设计时，要充分的考虑温度效应对混凝土箱梁裂缝的影响，适当增加腹板的抗裂钢筋。然后，要加强对已建桥梁的养护工作，对出现的裂缝及时进行维修，当裂缝宽度小于规范值时，可以对裂缝进行封闭处理，当宽度大于规范值时，可以对裂缝进行灌浆处理。对出现渗水的必须先清除水渍，然后做好防水处治，再封闭裂缝。
2.2 梁体负弯矩处破坏
连续箱梁结构由于自重和活载作用在中墩处产生较大的负弯矩引起梁顶混凝土受拉，当混凝土产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，负弯矩处就会出现裂缝，裂缝反射到桥面引起沥青层开裂，雨水沿着桥面裂缝下渗，到达桥面水泥铺装和箱梁顶面，雨水较多的夏季高速车辆引起的动水压力冲刷混凝土和冬季雨雪水的反复冻融都会加速混凝土的破坏。图3、4为京津塘高速金钟路高架桥一连续梁墩顶打开时的情形，梁顶混凝土潮湿局部可见明水，顶板混凝土腐蚀严重，大面积钢筋锈蚀，严重影响到结构的使用寿命。负弯矩区域的裂缝由于存在水的破坏，其危害性远远大于跨中正弯矩区域裂缝。
病害危害：由于负弯矩处产生裂缝在顶板处，与底板相比更容易积水，如果裂缝较浅，雨水会在裂缝内存积，在寒冷地区，由于冻胀的影响，会使裂缝进一步开展，使裂缝进一步加深。当裂缝较深时，雨水会使钢筋发生锈蚀，混凝土碳化的速度也会加快。当钢筋锈蚀后，钢筋的有效面积会减小，承载力会降低，裂缝将会进一步开展，当钢筋截面减小到不能承当结构的荷载时，结构会发生破坏，对行人和车辆产生危害，影响交通运输的正常进行。
原因分析：造成负弯矩处产生裂缝的原因在于：首先混凝土的抗拉强度较低，负弯矩处产生的拉应力很容易就会达到混凝土的抗拉强度极限值，造成混凝土开裂；其次，由于施工时，施工人员不能严格按照施工要求进行施工，致使混凝土浇筑不密实，混凝土中气泡较多，水分很容易进入气泡。另外，负弯矩处预应力钢筋张拉不足也是造成负弯矩处产生裂缝的一个原因，在设计时应增加负弯矩处预应力钢筋的数量，以提高负弯矩处混凝土的抗拉强度。缺乏后期养护，没有及时对箱梁负弯矩处产生的裂缝进行及时的维修，造成了裂缝的进一步开展。
