混凝土橋橋面系構(gòu)造缺陷與防水系統(tǒng)

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一、橋梁防水系統(tǒng)缺陷引起的病害 
    建造公路和城市道路，尤其是高速公路和城市快速道路，動(dòng)輒幾億、十幾億元的投資，其中橋梁占總造價(jià)的10％～30％左右，要求設(shè)計(jì)使用年限比較長，至少要滿足50年以上，有些長達(dá)100年以上。因此橋梁的安全性和耐久性是非常重要的。 
    天津市的橋梁，防水問題一直沒有得到足夠的重視，很多人過去有一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，認(rèn)為混凝土本身不怕水，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁無須作防水，因此，對(duì)橋面系的構(gòu)造設(shè)計(jì)不太講究，甚至很粗糙。恰恰就因?yàn)闃蛎嫦禈?gòu)造的設(shè)計(jì)缺陷及沒有完善的防水系統(tǒng)，引起了很多病害，再由于交通量的增長和超載交通的影響，使橋梁過早地遭到破壞，成為危橋。 
    自1995年以來，天津市每年都發(fā)生橋面忽然塌陷，甚至出現(xiàn)空洞的嚴(yán)重病害，由于巡查及時(shí)，才沒有發(fā)生重大事故，但是也造成了很大的損失。津國公路菜園橋，由于滲水致使橋梁混凝土腐蝕酥松、脫落，鋼筋與混凝土高骨，造成該橋報(bào)廢重建。寶盧公路上水渠橋，北圍堤路馬場減河橋等，都發(fā)現(xiàn)板梁底部混凝土大面積脫落，鋼筋裸露。外環(huán)線張貴莊鐵路高架橋、津榆公路一號(hào)橋，由于橋面積水、滲水，致使T梁翼板混凝土酥松，在車輪作用了突然出現(xiàn)了2m2以上的空洞，經(jīng)檢查所有邊梁翼板都有同樣病害。同時(shí)邊梁腹板外側(cè)也都有明顯的混凝土腐蝕膨脹，鋼筋銹蝕的現(xiàn)象。以上病害的發(fā)生，除了超載因素外，橋面系構(gòu)造的不合理和沒有橋面防水層是主要原因，另一方面橋面水泥混凝土鋪裝太薄和鎮(zhèn)縫處的混凝土的質(zhì)量不高，很容易遭到水的損害。首先在鉸縫處形成裂縫，造成單梁受力，水由鋪裝層向下滲漏，從鉸縫流到梁板，對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕，削弱了梁板的承載能力，最后造成橋梁的破壞。
    過去采用的伸縮縫形式基本上都是漏水的，由伸縮縫處滲漏下的水往往流到梁端，再流到帽梁，對(duì)梁端和帽梁頂部混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，這一現(xiàn)象幾乎在每一座橋上都可以見到，八里臺(tái)立交橋、解放南路立交等就是最明顯的例證。京福公路東州大橋在1999年6月27日北起第十墩T型帽梁翼板南側(cè)西部突然斷裂，主要原因就是水從伸縮縫處流到帽梁上，腐蝕了上部混凝土和鋼筋造成的。 
    從對(duì)公路橋梁病害調(diào)查結(jié)果來看，橋面的損壞占的比例最大，其次是邊梁外側(cè)。梁端和帽梁。下部結(jié)構(gòu)則墩臺(tái)水位浮動(dòng)處損害最多。 
    由于邊梁處欄桿和人行道設(shè)計(jì)沒有考慮到雨水的影響，致使含有橋面污物的雨水亂流，先是污染邊梁，影響美觀，繼而腐蝕混凝土，仔細(xì)觀察，到處可見這樣的痕跡。邊梁外側(cè)首先遭到破壞就是橋面雨水腐蝕造成的。附圖為水腐蝕對(duì)混凝土梁造成的破壞情況。 
    雨水孔的設(shè)計(jì)往往考慮欠佳，由于沒有重視雨水孔的安裝形式和質(zhì)量，致使收水口周圍和孔下梁板混凝土受到嚴(yán)重的腐蝕。 
    橋梁墩柱等下部結(jié)構(gòu)由于受到水的侵害，也必然產(chǎn)生損害，在水位上下浮動(dòng)的部位更是嚴(yán)重。京津塘高速公路龍風(fēng)新河橋在1997年就發(fā)現(xiàn)了墩柱被嚴(yán)重腐蝕的病害，混凝土被腐蝕厚度達(dá)10cm以上，如不及時(shí)修復(fù)，后果不堪設(shè)想。 
    引起橋梁破壞的原因很多，如荷載、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、突發(fā)事件等等，但橋面防水系統(tǒng)沒有達(dá)到使用要求，以至造成橋梁的破壞，是極其重要的原因之一，其后果將是災(zāi)難性的。
    二、橋梁防水系統(tǒng)缺陷對(duì)橋梁損害的機(jī)理分析 
    一般來說，水泥混凝土材料是耐水材料，在潮濕環(huán)境或水中能保持強(qiáng)度和穩(wěn)定性，潮濕條件也是水泥混凝土材料早期強(qiáng)度形成和發(fā)展不可缺少的條件。但是長期處于潮濕條件下，尤其在于濕交替循環(huán)狀態(tài)下，混凝土的耐久性問題是不容樂觀的。很多橋梁墩臺(tái)，在水位浮動(dòng)的部位首先被破壞就是證明。京津塘高速公路龍風(fēng)新河橋墩柱的被腐蝕就是典型的例證。空氣中的水和雨水是一種成分很復(fù)雜的液體，再混入橋面的污物，常含有溶解的氣體、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等，常見的有酸性物質(zhì)、氧離了、氯離子、氮、碳酸氣、硫化氫及其他酸性離子，以及堿金屬和堿土金屬離子，這些酸、堿物質(zhì)超過一定限度時(shí)，會(huì)侵蝕、損害橋梁的混凝土和金屬材料。
    水泥混凝土在塑性期或硬化初期會(huì)因?yàn)樗终舭l(fā)造成塑性開裂。一般而言，橋面混凝土厚度小，和空氣的接觸面積大，產(chǎn)生塑性開裂的幾率也大。加強(qiáng)橋面混凝土施工中的質(zhì)量管理和早期養(yǎng)護(hù)可以減少開裂，但難以完全消除。在以后的使用過程中，早期產(chǎn)生的裂縫會(huì)隨著車輛反復(fù)荷載的沖擊下逐漸擴(kuò)展。如果沒有完善的防水系統(tǒng)，帶有腐蝕性物質(zhì)的水就會(huì)滲入到混凝土中和從裂縫中流入到混凝土中去。產(chǎn)生堿一骨料反應(yīng)以及酸堿性物質(zhì)對(duì)混凝土進(jìn)行腐蝕的反應(yīng)。 
    混凝土堿一骨料反應(yīng)是指來自水泥沙卜口劑和環(huán)境中的堿金屬離子與砂石等緊料中的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在水泥砂漿與石子的界面處生成白色凝膠物質(zhì)，這種物質(zhì)在潮濕環(huán)境中吸水膨脹，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)從內(nèi)部開始的漲裂，甚至破壞。這種病害稱為混凝土的"癌癥"。堿一骨料反應(yīng)少則幾年，多則十幾年就可以使混凝土結(jié)構(gòu)喪失安全性。這種破壞具有不斷發(fā)展和不可修復(fù)性。具體表現(xiàn)為混凝土表面龜裂、突出、酥松，然后剝離。堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生和對(duì)混凝土的破壞需要三個(gè)條件：混凝土中的高堿性、碎石中的富含堿活性成分以及水。以前所用的水泥及外加劑均為高堿性，天津地區(qū)砂石資源含有不同程度的堿活性成分，橋梁又沒有完善的防水系統(tǒng)，完全具備了堿一骨料反應(yīng)的必要條件，所以很多橋梁都發(fā)生這種現(xiàn)象。 
    天津地區(qū)處在沿海地帶，空氣中和雨水中都含有一定的氯鹽成分，尤其在近海地區(qū)濃度更大。又因?yàn)樵诙緸橄龢蛎娴谋鶅龊头e雪而廣泛地應(yīng)用噴灑鹽水的方法，鹽水通過不防水的伸縮縫流向墩臺(tái)，通過不防水的橋面系滲入到混凝土的縫隙里，不光引起堿-骨料反應(yīng)，而且引起鹽腐蝕，加速了反應(yīng)。 
    天津?yàn)楹涞貐^(qū)，有較長的冰凍期，滲入到混凝土中的水結(jié)冰、融化，反復(fù)進(jìn)行，對(duì)混凝土的裂縫不斷擴(kuò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行漫性破壞作用。冰融的結(jié)果，加劇了堿-骨料反應(yīng)和鹽腐蝕的破壞作用。