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l 2 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2期 矿 区混凝土桥梁检测与防护 张 亚先 ( 金堆 城钼业集 团有 限公司 ， 陕西 华县 7 1 4 1 0 2 ) 摘 要： 通过对矿区混凝土桥梁的病害现状调查， 分析 主要病害形式； 采用通用程序 A NS YS建立空间有限元模 型， 计算桥梁静、 动力参数， 并进行静、 动载试验， 对桥梁的承 载能力、 车辆通行能力和整体工作性能进行了鉴定和评估， 据此对桥梁病害采取有针对性的防护措施。 关键词： 矿区； 混凝土桥梁； 病害； 检测； 防护措施 l 前言 桥梁在长期使用过程中由于环境污染 、 荷载增 加、 施工措施不当等引起材料腐蚀 、 性能劣化， 使许 多桥梁达不到设计使用年限就提前报废 ， 给社会带 来巨大的经济损失和负担 。铁道部 2 0 0 0年桥隧抽 检汇总资料统计， 混凝土梁有较严重裂损等病害的 共计 6 5 2 9孔 ， 占全部抽检混凝土梁总数的 5 2 口 。 对于山区厂矿企业来说， 桥梁是企业生产、 生活的重 要交通通道 ， 其安全性 、 耐久性对矿区企业的发展至 关重要 。 2 矿区桥梁现状 金堆城矿 区位于东秦岭 山系南缘 ， 隶属华县金 堆镇 ， 矿区道路在长约 1 8 k m 范围 内建有 2 8座混 凝土桥梁， 主要有拱桥和简支梁( 板) 桥 2 种 ， 其中拱 桥 3 座 ( 2座石拱桥 ， 1座混凝土拱桥) ， 钢筋混凝土 简支梁( 板 ) 桥 2 3 座 ， 单跨简支 T梁桥 2座 ， 桥梁横 向坡度约为 1 5 ， 纵向坡度约为 1 2 。大部 分桥梁建于 2 O世纪 6 O年代 ， 少数为 2 O世纪 8 O年 代修建， 个别为新建。 2 1 桥梁外观检查 桥梁外观病害主要集中在桥面、 桥端部位 ， 外观 检查结果见表 1 。 2 2 桥梁混凝土抗压强度检测 采用 回弹仪分别测定桥梁的桥面、 上部结构、 下 部结构 的表 面混凝 土抗 压强度 ， 桥面系均值 2 6 8 表 1 矿 区桥梁外观检查状况汇总 检查部位 检查结果 MP a ， 上部结构 3 2 4 3 MP a ， 下部结构 2 9 9 8 MP a ， 满足规范要求 ； 2 6号桥梁的下部结构混凝土抗压强 度2 O MP a ， 达不到规范要求 ， 需进行加固处理 。 3 桥梁主要病害形式 3 1 混凝土腐蚀 矿区桥梁主要跨越西川河、 东川河及文峪河 ， 矿 区河水 、 地下水 p H值偏弱酸眭， 含有大量 S ， 对 混凝土有结 晶腐蚀作用。矿 区工业气体 中含有大量 的 c O 2 、 S O ， C 0。 使混凝 土产生碳 化腐蚀 ， S O2 对 混凝土产生酸化腐蚀 。这些酸性氧化物导致混凝土 强度降低、 裂隙扩大 、 结构疏松 ， 是部分桥梁混凝土 抗压强度降低 、 混凝土脱落老化的原因。 3 2 桥 台变形 桥台下沉 ， 主要 由于河水及地下水 的潜蚀作用 ， 地基持力层出现空洞所致 。而砌石桥 台除基础下沉 外 ， 由于自身散粒结构 的特殊性 ， 在长期动载作 用 下 ， 砂浆体逐渐疏松而导致 台身出现开裂等病害。 3 3 桥梁裂缝 混凝土路 面运营多年 ， 车辆荷载的不断增加 引 起混凝土内部产生应力腐蚀裂缝 ， 地表水和地下水 收稿 日期 ： 2 O 1 O O 5 2 8 作者简介 ： 张亚先( 1 9 7 2 一) ， 女 ， 工程师 ， 2 0 0 0年毕业于西安建筑科技大学建筑工程专业。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 5 期 矿区混凝土桥梁检测与防护 1 3 渗入反复冻融影响， 使裂缝进一步扩 大、 开裂 ， 造成 混凝土损坏和功能失效 。 4 静 、 动载测试 矿区桥梁均为小桥 ， 根据规范 ， 消除结构 自重产 生的长期挠度 ， 梁式桥主梁最大挠度值不应超过计 算跨径的 1 6 0 0 ( 拱桥挠度限值为跨径的 1 8 0 0 ) ， 因 此荷载试验以测试桥梁 的跨 中最大挠度值为主， 兼 测试桥梁的 自振频率 、 冲击系数。根据矿区桥梁实 际荷载并结合理论分析结果确定加载工况， 选取 1 0 座具有代表性及安全性要求较高的桥梁进行静 、 动 载试验， 矿区其他桥梁 以表观详细检查为主 。 4 1 桥梁静动力理论计算 各跨间均为简支梁 ( 板) 结构 ， 跨径小， 只计算一 跨 即可推算其他跨径 的相应受力状态 ， 采用通用程 序 AN S YS建立空 间有 限元模 型， 计算 中以梁单元 来模拟主梁结构 ， 桥面铺装层在计算结构的动力特 性 时仅考 虑质量 的影 响。分静 载和 4 0 k m h 、 2 0 k m h速度跑车作用下桥梁受力状态 3种工况进行 计算。计算各工况下桥梁各截面的应力 、 应变、 位移 及动力特性。 4 2 测试截面和测点布置 结合 AN S YS数值分析结果确定 控制截 面， 然 后根据控制截面确定测试截面。考虑矿区桥梁结构 的对称性 ， 选择各桥的跨中截面 ( 截面 1 ) 、 1 4截面 ( 截面 2 ) 进行测试。各跨测试截面布置见图 1 。各 测点挠度采用高精度全 自动挠度仪实时跟踪测量 。 测点布置见 图 2 。 4 3 加载方式 按等效荷载进行试验。采矿区 7 号 、 9号、 1 2号 桥用专用矿车满载( 6 0 t ) 进行加载， 轮距 3 0 m， 轴 距 7 5 m； 其他路段桥梁采用普通汽车满载( 4 0 t ) 进 行加载， 轮距 2 4 m， 前轴距 6 5 m， 后轴距 1 5 m。 前轮位 后轮位 图 1 测试加载示意 图 2测点布置 分 3种工况进行静、 动载测试 。工况 1 ： 纵向按跨 中 弯矩和挠度最不利布载， 横 向偏载 ； 工况 2 ： 时速 4 0 k m h通过桥 梁 ， 横 向 ( 动) 偏 载 ； 工 况 3 ： 时 速 2 O k m h通过桥梁 ， 横向( 动) 偏载 。 4 4 测试 结果分 析 部分工况下荷载试验测试结果见表 2 。 从表 2可以看 出： ( 1 )在所有工况下 ， 桥梁 的挠跨 比均小于规范 规定的 1 6 0 0 ， 矿区桥梁 的整体结构刚度满足规范 要求。静载试验测试未发现基础变形， 说 明其承载 力满足规范和使用要求。 ( 2 )位移分析结果显示 ： 矿区桥梁 的最大位移 值未超过规范规定值 ， 桥梁静力刚度满足规范要求 ， 在加 固局部变形较大部位后可满足当前使用 。 ( 3 )各测点的竖向位移未发现异常变化。加载 时 ， 桥梁最大竖向位移发生在 L 2截面， 3号 、 7号、 9号、 1 2号、 1 5号、 1 6号 6座桥梁的跨中挠度均较大 ( 除 1 6 号外其余均大于 2 mm) 。 ( 4 )3号 、 7号 、 9号、 1 2号 、 1 5号、 1 6号 6座桥 的 冲击 系数较大 ， 7 号桥最 大。表 明这 6 座桥梁行 表 2 部分工况下荷载试验测试结果 桥 梁 编 号 跨 径 m 荷 载 t 堂 塑 墨 壹 冲 击 系 数 一 1 2 一 O 9 4 9 2 3 一 o 8 一 o 8 5 3 3 一 O 5 1 2 1 O 一 2 8 2 o 一 1 3 o 一 5 8 1 7 1 8 7 3 1 1 2 8 1 2 2 7 0 2 5 6 0 9 2 9 2 1 9 4 1 1 6 O 2 1 5 3 7 7 7 O O 7 7 5 拈 加 u 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2期 睾性能不佳 ， 桥面平整度不良， 与表观检查结果吻合 。 4 。 5 混凝土应力理论值与实测值比较 跨 中截 面混凝土应力理论值与实测值 比较见 多年 ， 桥梁出现不 同程度损伤， 结构性能下降， 结构 整体刚度较设计刚度出现部分损失 ， 在荷载一定的 条件下材料应力会随之增加 ， 从而导致实测数据偏 表 3 。 大。这与运营较长时问的桥梁现状是相符 的， 与有 从表 3 可知 ： 实测数据较理论数据偏大。计 算 关研究也是相符的 ， 因此需对 7 号 、 9号、 1 2号 、 1 5 模型是以桥梁设计参数建立 的， 矿区桥梁已经运营 号 、 1 6 号桥进行加固。 表 3 跨 中截面混凝土应力理论值 与实测值 比较 桥梁编号 工况 1 工况 2 工况 3 理论值 M P a 实测值 M P a 应力校验系 数 理论值 MP a 实测值 M P a 应力校 验系 数 理论值 M P a 实 测值 M P a 应力校验系 数 一 0 0 1 1 0 0 8 9 一 O 0 1 5 0 O 1 】 一 0 0l 4 0 0 2 0 0 0 4 8 0 0 0 4 0 0 0 9 0 0 0 2 0 0 2 3 0 0 5 5 0 00 5 0 0 1 1 O 0 0 3 0 0 3 5 0 3 5 8 0 0 3 4 0 0 2 6 0 0 2 9 0 0 4 6 0 3 7 5 0 0 4 3 0 0 2 9 0 0 3 3 1 3 2 6 1 04 8 1 25 3 l _ 1 2 5 1 1 5 l 注 ： “ +” 表示拉应力， “ 一” 表示压应力 。 5 桥梁加 固措施 3 号桥路面开裂 、 桥台变形开裂 ， 需对桥 台、 梁 体加固； 7号、 9号、 l 2号桥 面破损严重 ， 梁体变形 ， 需对桥面和梁体加固； 1 4号桥梁拱圈以上部分结构 破损， 需对局部拱圈加固； 1 5号、 1 6号桥梁上部结构 变形严重， 桥台下沉变形严重， 需对梁体及桥台进行 加固。其他桥结构基本完好 ， 只需要 正常的维护就 能满足要求。 5 1 桥台加固 矿区桥梁桥台主要为混凝土桥台和砌石桥 台 2 种形式， 混凝土桥 台结构完好 ， 砌石桥台冲刷严重， 需加 固。可采取以下加固措施 J 。 ( 1 )台身加 固。加 固前首先恢复伸缩缝的正常 工作 。采用小孔注浆加 固台身砌体 ， 充实片石 间空 隙 ， 增强片石间粘结力 ， 增强砌体强度 ， 提高砌体的 整体性及均匀性。在侧墙及台身中上部设置钢花管 注浆锚杆 ， 以减小 台身最不利截面弯矩 。台身前缘 浇筑混凝土补强层 ， 设置竖 向受力主钢筋， 增强台身 的抗弯 、 剪能力。 ( 2 )台后填土加 固。在台身中上部设置钢花管 注浆锚杆， 对台后填土进行注浆加固， 增大台后土体 的粘结力和内摩擦角 。 ( 3 )排水设施维修。清除排水沟中的杂物 ， 在 台身前墙及翼墙上设置排水管， 确保台身排水畅通。 5 2 桥面 加 固 1 7号桥、 1 2 1 7号桥普遍存在桥面破损开 裂、 排水不畅、 桥面渗水的问题 。对于破损比较严重 的 3号、 7号、 9号、 l 2号桥桥面可整体拆除 ， 重做铺 装层 ， 保证桥梁的刚度 ； 对其他桥面局部破损 的， 除 凿除修补外， 同时对桥面伸缩缝进行修补， 疏通泄水 孔 ， 对路面部分坡度不足 、 积水多的部位进行修整 ， 解决桥梁积水下渗 、 冬季结冰、 路面刻槽磨损和抗滑 力下降的问题 。 5 3 梁体加固 主要加固 3号 、 7号 、 9号、 1 2号、 1 4 1 6号粱 体。梁的加固采用在梁顶上加铺 1层钢筋混凝土的 桥面补强层 ， 并 结合在梁 体粘贴 C F R P片材 的方 法 ， 可有效解决桥梁结构变形问题 。 6 桥梁 防护措施 6 1 混凝土的表面保护 混凝土表面使用保护涂层是最有效 、 最经济 的 防护措施 。根据桥梁 所处的环境特点和 防腐蚀要 求 ， 可选用单组分水性聚氨酯防腐涂料、 有机硅改性 聚氨酯涂料 、 环氧改性聚氨酯重防腐涂料等。 6 2 钢筋的腐蚀防护 控制好混凝土原材料中氯化物 的含量； 使用钢 筋涂层或阻锈剂对钢筋进行防护。 6 3 车辆管制 对货运车辆进行管制， 限重、 限速行驶， 减少其 对桥 梁 的影 响； 避 免 车辆 在桥 上会 车 ， 增加 桥梁 荷重。 7 结语 为确保矿 区交通运输安全 ， 一方面应尽快对有 病害的桥梁进行加 固治理， 另一方面着重对货运车 辆进行管制 ， 限重、 限速行驶， 减少其对桥梁的影响。 ( 下转第 1 8页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2 期 置 U形箍筋 ， U形箍筋可以采用套箍布置， 在纵向 上建议合龙段箍筋间距为 1 2 C l fi 。 ( 4 )在跨中增设横隔板， 以增强箱梁顶 、 底板的 整体刚度 。 ( 5 )混凝土施工完后 ， 分批张拉力筋 ， 并 即时灌 浆后再张拉下一批力筋 ， 增大施工过程 中结构局部 抗力。 ( 6 )当裂缝 宽度不大且裂纹数量较少时 ， 可 以 认为混凝土截面上有效预应力 降低不严重 ， 不需要 进行复杂的处理 ， 但应对所有裂缝进行封 闭处 理。 常采用的方法是压力灌浆修补法和 表面粘贴修补 法 ， 在实际施工中也常常将两者结合使用。 4结语 预应力张拉时底板崩裂后， 混凝土内部 出现大 ( 上接 第 1 4页) 同时对桥梁进行健康监测 ， 实时监控影响桥梁耐久 性的重要参数 ， 为当前桥梁的劣化程度进行评估 ， 为 桥梁的维修 、 养护与管理决策提供依据和指导。 参考文献 ： 1 周长军混凝土桥梁腐蚀的成因与防护E J 散装水 泥 ， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 4 7 4 8 量的空隙和裂缝 ， 即使对底板表面全部裂缝进行灌 胶封闭， 底板内部仍存在管状空洞 ， 混凝土被裂纹 面分割 ， 且不能作为整体共 同参与工作， 局部混凝土 的受力性能受到很大削减 ， 需在施工过程中加 以预 防， 在病害发生后及时采取有效措施处理。 参考文献： E l i 刘毅， 胡婷 ， 苏明星变截面预应力连续梁桥箱梁 底板裂缝加固措施及施工工艺E J 交通科技， 2 0 0 9 ， ( S 1 ) ： 2 6 2 8 E 2 韩素芳混凝土工程病害与修补加固E M 北京： 海洋 出版社 ， 1 9 9 6 E 3 李俊， 李小珍， 卫星， 等连续刚构桥底板纵向裂 纹原因分析E J 公路， 2 0 0 5 ， ( 9 ) ： 6 1 O E 4 3 冯鹏程， 吴游宇， 杨耀铨， 等连续刚构桥底板崩裂事 故的评析E J 世界桥梁， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 6 6 6 9 E 2 贾涛， 刘世忠基于ANS Y S实体模型对小跨径钢筋 混凝土简支梁旧桥的模态分析E J 兰州交通大学学 报 ， 2 0 0 8 ， ( 3 ) ： 9 1 2 F 3 潘健， 莫志锋浆砌片石桥台综合加固技术E J 施 工技术 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 6 3 6 6 4 范永强桥梁加固技术综述及广州洛溪大桥加固应用 r J 中小企业管理与科技 ， 2 0 0 9 ， ( 1 0 ) ： 2 2 7 2 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m