钢筋混凝土铁路桥梁常见病害分析及对策.docx

1、钢筋混凝土铁路桥梁常见病害分析及对策西南交通大学铁道部客运专线工务培训班结业论文钢筋混凝土铁路桥梁常见病害分析及对策学员姓名：刘传奎单 位：武汉铁路局襄樊工务段职 务：副段长、高级工程师所在院系：土木工程学院专 业：铁道工程指导老师：李小珍教授研究方向：桥梁工程入学时间：2007年5月28日结业时间：2007年11月22日 2007年10月10日第一章 绪论1.1 钢筋混凝土铁路桥梁病害问题的现状1.2 选题的原因及目的简述第二章 钢筋混凝土铁路桥梁常见病害及原因分析2.1 刚度和强度不足引起的病害及分析2.2 混凝土裂纹病害分析2.3 混凝土钢筋锈蚀分析2.4 支座病害及分析2.5 桥面系病

2、害及分析2.6 墩台病害及分析第三章 钢筋混凝土铁路桥梁常见病害防治对策及处理办法3.1 钢筋混凝土铁路桥梁的加固措施及办法3.2 混凝土裂纹的预防措施、检测及处理办法3.3 混凝土钢筋锈蚀的防治措施3.4 支座病害的防治对策及整治措施3.5 桥面系病害的防治对策及整治措施2.6 墩台病害的防治对策及整治措施第四章 结论及展望 参考文献 第一章绪论1. 1 钢筋混凝土铁路桥梁病害问题的现状钢筋混凝土桥梁以其刚度大、强度高、取材广泛、造价低、噪音小、结构形式多、具有较好稳定性和耐久性、维修费用少等优点在铁路建设中被广泛采用。混凝土桥梁在铁路建设中占有相当大的比例,尤其是山区铁路,钢筋混凝土桥梁的

3、比例占到线路总长的1040,甚至更多。随着耕地保护及环保意识的提高，钢筋混凝土桥梁所占的比重将越来越大，据资料显示，正在建设的京沪高速铁路钢筋混凝土桥梁占到线路总长的80左右。在我国既有铁路线上广泛使用的钢筋混凝土桥梁由于设计、施工、养护、运营、材料及环境等影响,混凝土的强度、刚度、耐久性、稳定性问题非常突出。根据统计我国铁路病害桥梁所占比例占所有桥梁的40左右，其中六七十年代建成的桥梁所占的比重更大，桥梁结构类型主要以简支梁为主。经调查统计这些桥梁大部分已出现病害，主要表现在梁、墩裂纹普遍,发展速度加快；混凝土钢筋锈蚀严重；混凝土炭化、腐蚀、露筋普遍;支座歪斜、位移、空掉、积水、翻浆、支承块

4、破损压溃、失效；桥面积水、翻浆、板结排水不畅、步行板失效、吊围及人栏钢筋锈蚀严重；桥梁联接差、横向刚度及一阶自振频率不足、横向振幅偏大；浅基础冲刷失稳等。很多桥梁不仅不能满足提速和重载的需要,而且还被迫限速。1.2选题的原因及本文要研究的内容 如何提高混凝土桥梁的耐久性，延长混凝土桥梁的使用寿命，是人们一直在努力探索的问题.。然而，在钢筋混凝土桥梁设计、施工、养护维修中，人们由于对混凝土桥梁的认识不足，对混凝土桥梁耐久性往往期望值过高，造成重建轻养、重线轻桥的问题比较严重,使很多混凝土桥梁病害不能从设计和施工源头加以控制，留下大量的病害隐患，造成病害的快速产生和发展，增加了日后养护的困难，加上

5、在工务养护维修中很多桥梁病害得不到及时的发现和处理,造成混凝土桥梁状况恶化, 使混凝土桥梁的耐久性急剧下降，使用寿命大大缩短,不仅加大了桥梁建设和维修的成本,也影响到线路的正常运营，很多桥梁在使用寿命不到二、三十年就不得不限速、大修或更新。为了提高对混凝土桥梁病害的认识，科学地进行混凝土桥梁的检查、养护和维修,达到提高混凝土桥梁的耐久性，延长混凝土桥梁使用寿命的目的，本文从既有线混凝土桥梁的病害分析入手,主要阐述混凝土桥梁病害的类型、原因分析及防治对策和处理办法。第二章 钢筋混凝土铁路桥梁常见病害及原因分析2.1 刚度和强度不足引起的病害及原因分析在钢筋混凝土铁路桥梁中，由于片面追求造价低、施

6、工方便而降低了钢筋混凝土铁路桥梁刚度和强度方面的储存,随着桥梁的老化、运行条件的提高和病害的不断发展, 钢筋混凝土铁路桥梁的刚度和强度系数大为降低，很多桥梁出现横向刚度不足,横向振幅偏大或超限,过车时,桥梁晃动严重,不仅旅客列车乘坐舒适性得不到保证,而且大大改变了桥梁的受力状况,在动活载加剧的情况下,桥梁病害加快发展,不仅加剧了梁、墩裂纹的产生和发展,同时也加剧了支座病害的发展,对桥梁其它部件的破坏也会加剧,如果不采取切实的措施,不仅严重降低钢筋混凝土桥梁的耐久性,大大缩短桥梁的使用寿命,而且还严重威胁车辆运行安全.我们在对襄渝线老河口东至胡家营（k0k174）、汉丹线云梦至老河口东（k90k

7、372）78座钢筋混凝土桥梁的秋检及桥梁横向振幅检测后发现,有7座钢筋混凝土桥梁横向振幅超限,其中最大振幅为k40+216的东湾大桥，横向振幅达到18mm,严重超出桥检规3.522mm的安全限值，另有16座桥梁达到或接近桥检规横向振幅限值,经分析振幅超限或接近超限的桥梁全部为32米混凝土T型简支梁和不同跨度的型梁桥,全面检查发现这些桥梁的横隔板均出现不同程度的断裂,支座产生空吊、位移和损伤,梁部出现竖向裂纹,桥墩有不同的横向裂纹。桥梁横向振幅超限的主要原因有：设计标准低、施工质量差、养护维修投入不足、方法不当等设计方面主要片面考虑经济性和施工的方便,致使安全储备偏低,桥梁刚度,强度不足,尤其双

8、片T 型梁结构，由于横向连接薄弱，在活载作用下极易造成联接的横隔板断裂,大大降低了桥梁的横向刚度；在施工质量方面主要有：对支座的加工和安装检查把关不严，造成支座空吊、歪斜、不密贴等病害；对混凝土的用料认识不足、把关不严、配合比不合理、拌和不均、乱用添加剂、养生不标准、钢筋保护层不够等造成混凝土早期裂纹和钢筋锈蚀,弱化了混凝土的强度和刚度；养护维修方面主要是重线轻桥,投入不足,检查难度大,人员素质低,检查设备落后,修理难度大,致使很多桥梁病害得不到及时的发现和早期维修处理,此外列车过桥时的激振频率与32米简支 型梁桥的固有频率接近也是桥梁横向振幅超限重要的一个原因,此外也与混凝土桥梁运营时间较长

9、(使用年限已达30多年),结构老化有关.2.2 混凝土裂纹病害及原因分析2.2.1 混凝土裂纹病害的认识 混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、耐久性好等优点而成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。但是，大量的工程实践和理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见(缝宽0.6% ) ;3潮湿环境，可以提供反应物吸水膨胀所需要的水分。混凝土发生碱一骨料反应破坏的外部特征是表面裂缝、变形和渗出物;而内部特征主要有内部凝胶、反应环、活性碱骨料、内部裂缝等。混凝土结构一旦发生碱骨料反应出现裂缝后，会加速混凝土的其他破坏，如空气、水、二氧化碳等侵入，

10、会使混凝土碳化和钢筋锈蚀速度加快，而钢筋锈蚀产物铁锈的体积远大于钢筋原来的体积，又会使裂缝扩大;若在寒冷地区，混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏加速，这样就造成了混凝土工程的综合性破坏。2.2.2.5 混凝土中的钢筋锈蚀引起的裂纹混凝土中的钢筋会因为混凝土的孔隙率过大，碱含量降低，氯盐侵蚀而锈蚀，锈蚀会造成体积增大，也称锈胀，使混凝土开裂，当钢筋保护层不够时，还会造成混凝土掉块、露筋。2.3 混凝土的钢筋锈蚀问题原因分析 2.3.1 钢筋锈蚀原因及机理 （1）钢筋在混凝土中处于一种强碱性环境，在这种环境中，钢筋表面形成一种钝化膜，这种钝化膜是一种致密的、不渗透的氧化物，它使钢筋表面不存在活性状态的

11、铁，钢筋就不会产生锈蚀。而一旦钝化膜被破坏，在有水和氧气的条件下，钢筋就会产生锈蚀。(2）pH值：研究认为当钢筋处在pH值低于11.5以下的混凝土中时，才会锈蚀，碳化使混凝土的碱性降低，破坏钢筋的钝化保护膜，当有水和氧存在时，钢筋会锈蚀。(3）.几乎所有的钢筋锈蚀都是发生在受力状态下的，在混凝土完好的条件下应力因素对钢筋锈蚀速度无显著影响。若在应力状态下钢筋表面有微小裂纹，会加速钢筋的锈蚀和破坏 。(4）同一环境中，混凝土强度等级越低，钢筋锈蚀越严重，混凝土的密实性越差，氧气、腐蚀介质及水等就容易渗入混凝土进而加速对混凝土的锈蚀，混凝土的湿度越大，越易锈蚀；钢筋表面的不均匀性会导致存在电位差和

12、形成腐蚀电池，从而对钢筋产生锈蚀。 (5)氧气的扩散及孔隙水中氧气的存在是钢筋锈蚀的必要条件。即使钢筋钝化膜遭到破坏，若氧气未能扩散到钢筋表面，就不会发生钢筋锈蚀现象。(6)环境温度在40以下时，随着温度的增高钢筋的锈蚀率会增加，但在40以上时，反而会延缓钢筋的锈蚀。(7)钢筋混凝土构件产生裂缝将会加速钢筋锈蚀的过程，处于水、氧、二氧化碳或氯离子等环境介质的混凝土，一旦出现裂缝且宽度超过一定的界限时，这些介质就会通过裂缝顺畅地到达裂缝处的钢筋表面。如果二氧化碳侵入，将使周围的混凝土碳化，碱性降低，使钢筋失去碱性保护;如果氯离子侵入，并到达一定浓度后，将引起钢筋钝化膜的破环。然后，在水、氧具备的

13、条件下会引起锈蚀。(8)混凝土保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，当保护层不够时，会加剧钢筋的锈蚀。2.3.2 钢筋锈蚀对桥梁的危害钢筋锈蚀对桥梁的主要危害是影响混凝土的耐久性，主要表现在 ：(1)混凝土的开裂与剥落：钢筋在生锈过程中锈蚀产物结合多个水分子，使体积增大数倍。如红锈体积可增大到原来的四倍，黑锈体积可增大到原来的两倍。铁锈体积膨胀对周围混凝土产生压力，混凝土顺筋产生裂缝，钢筋表面的混凝土保护层成片剥落，混凝土一旦开裂或剥落，钢筋的锈蚀就会加剧。(2)粘结力下降：当钢筋生锈质量小于1%时，钢筋的锈蚀会增加钢筋与混凝土之间的粘结力。当锈蚀质量大于1%时，钢筋的锈蚀会减小混凝土与钢筋之

14、间的粘结力。钢筋与混凝土之间的粘结力下降，也会造成钢筋混凝土结构耐久性降低。 (3)钢筋的断面减小：钢筋的腐蚀有两种类型，一种是一般腐蚀，也就是钢筋表面的均匀腐蚀;一种是局部腐蚀，散布在钢筋表面，形成坑槽。钢筋锈蚀后，钢筋截面有效面积减小，承载能力很快降低并不可恢复，腐蚀严重时会出现钢筋断裂。典型的局部锈蚀可使钢筋横截面积减小50%多.(4).钢筋延性降低,钢筋锈蚀后，会造成钢筋的延性降低，严重时会造成构件突然断裂.2.4 支座病害及原因分析 混凝土桥梁支座病害主要有以下几种类型：支座下沉， 2）支承块破裂或失效 3）支座裂纹4）支座纵横向位移5）支座积水，翻浆，锈蚀，6）橡胶支座老化，7）活

15、动支座不活动，8)螺栓锈蚀，失效或断裂。9）支座空吊、不密贴、几个支座不在一个平面上。原因分析：桥梁支座的作用，是将上部结构的反力传给墩台，并完成梁部结构所需要的变形，即水平位移（梁体伸缩）和转角（梁体竖向挠曲）。因而它是桥梁的重要组成部分。某些上部梁跨及墩台基础的病害，往往首先反映在支座位移的变化上，所以桥梁支座应经常保持良好状态，发现病害要及时整治。引起支座病害的原因主要有支座材质不好、加工精度不够,造成支座安装不密贴,局部受力不均、出现裂纹；制作,安装不当，支座不在一个平面上,受力不均,造成支座空吊、下沉、支座破损,螺栓断裂；桥梁桥梁维修养护不到位，未及时养护涂油,密封,梁端漏水,使水或

16、水汽进入，造成支座积水,翻浆,锈蚀等； 横向振幅过大、支座空吊、受力不均、墩顶位移等原因造成支座纵横向出现位移。25 桥面系病害及原因分析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。桥面系主要病害及原因有:桥面步行板质量差,掉块、露筋、断裂，腻缝及垫层破损、失效，步行板晃动；护栏钢筋锈蚀，被盗；托架锈蚀、锚固螺栓锈蚀失效，断裂；吊围栏及检查梯钢筋锈蚀，失效；桥面排水不畅，泄水孔堵塞，防水层老化、破坏，造成桥面翻浆、向梁部渗水；桥面道碴及缓冲层不够，使桥面受到列车的直接冲力过大，引起桥面排水设施损害及桥梁裂纹，桥梁下沉，轨枕断裂等；泄水孔突檐伸出不够，造成梁部潮湿渗水，影响

17、梁的耐久性；梁端及梁间空隙过大，联接措施不当，造成轨枕空吊、漏碴，污染支座及墩台，且危及行车安全；检查盖板破损、失效 、被盗，影响行人及路工安全等。桥面系病害是工务日常养护维修中最常见的病害之一，它不仅有原设计标准低，施工质量差的原因，如：桥面的排水问题，梁缝的处理及联接问题，桥面的防水及弹性问题，锚固螺栓、钢筋的防锈问题等；更有工务养护维修的原因，如：对病害的检查发现不及时，缺损设施补充及临修不及时，未及时安排维修及保养等；也有环境的问题，如：治安环境不好，空气潮湿，含腐蚀性物质浓度高等。2.6 墩台病害及原因分析墩台常见病害有：墩身纵环裂纹；托盘与墩身连接处开裂，墩顶开裂，墩身剥落掉块，露

18、筋；墩台下沉及墩顶位移；台的护锥下沉、溜坍，基础冲刷失稳等。其主要原因有：混凝土的耐久性及质量问题，在前面已作分析；施工质量问题，如:接缝处理不好，外观麻面，蜂窝，混凝土的配合比不准、拌和不均、养护不当等；外部荷载的作用，如：列车的振动及桥梁的晃动产生的冲击力、摇摆力加快了裂纹的产生和发展，尤其是托盘与墩身连接处裂纹的产生和发展，如不能及时得到处理，不仅桥梁的横向振幅过大或超限，甚至危及行车安全；墩台下沉及墩顶位移主要是地基的承载力不够、浅基础和墩身的刚度不足而造成的，既有设计的问题，也有施工的原因；山洪及湍流是造成墩台基础冲刷失稳的主要原因，在桥梁附近采砂也是非常主要的原因，也有设计及施工质

19、量的问题，基础一旦被严重冲刷，如不能及时采取加固等措施，将会危及行车安全。第三章钢筋混凝土铁路桥梁常见病害对策及方法3.1钢筋混凝土铁路桥梁的加固措施及办法目前，我国铁路运营线上的混凝土桥梁共计12万余孔，受运输条件、架桥设备的限制,其中绝大部分为双片式简支结构,单线桥面布置的形式,单片梁多为T型及少量型截面,常用跨度为6m32m,采用集中预制、架桥机架设的施工工艺与方法,并形成了标准设计、工厂预制、铁路运输、架桥机架设的完整体系. 双片式简支T梁因其结构联接较弱,与其它型式的梁相比,其自振频率和横向刚度偏低,再加上运营使用时间较长，耐久性降低，难易适应重载和提速的要求，即使在既有运营条件下，

20、很多桥梁也不能满足自振频率和横向刚度的要求，过车时出现桥梁横向振幅超限的问题，需要采取加固等措施。 影响双片式T梁横向刚度的主要因素是两片梁之间的横向联接作用.这可以通过有限元模型计算验证,通过在模型中改变两片两接缝的混凝土的弹性模量,来模拟两片梁之间联接作用的强弱变化. 当横向联接很弱时,两片梁基本相当于是在独立工作,梁体整体横向一阶自振频率偏低,当横向联接得到加强之后梁体横向一阶自振频率迅速提高,既有线梁横向刚度偏小,振幅偏大的一个主要原因就是两片梁的横向联接偏弱.因此,提高双片梁横向刚度的关键就是增强两片梁体之间的联接,保证两片梁体在荷载作用下的共同受力. 混凝土双片简支T梁加固的方法主

21、要有:1.横隔板加固法, 2.增加水平板加固法,3.桥面板联接、加宽加固法. 现以应用范围最广、问题最多的32M T型梁为例分别介绍这几种加固方法.1.横隔板加固法由于既有线混凝土T梁横隔板厚度较小,且联接较弱,横向联接刚度很小,不能保证两片T梁的共同作用.因此,对横隔板加固主要是加厚部分横隔板,并设置横向预应力筋来增强其整体刚度。横隔板数量及分布、沿梁纵向厚度、横向宽度等因素对横向刚度的影响较大。计算及试验分析表明:横隔板数量及组合对梁体的竖向基频影响很小,靠近梁端的横隔板对梁的横向基频贡献比跨中的横隔板要大的多。同时随着横隔板厚度的增加,梁体横向一阶、二阶横向自振频率和一阶扭转频率均有所增

22、长,在隔板厚度0.6米时,相应频率分别增加了25.6、27.8、39.2,梁体横向及扭转刚度均有所提高,但梁体的一、二阶竖向增长频率也下降了1.8和1.6.从增长频率提高的效率、经济性及施工的可行性等方面考虑,横隔板的厚度不宜超过1米,且横截面不宜封闭,计算分析比较表明:增加两侧梁端附近各3块隔板厚度至0.60.8米是横隔板加固的最优方法.2.增加水平板加固法 增加水平板联接可以使横向力在两片梁间相互传递,使两片梁形成整体共同承担横向弯曲,且可以提高抗扭刚度。加固时,水平板布置的高度、纵向分布及尺寸对横向刚度和自振频率的影响较大。根据计算及分析比较:中心距梁下缘1.2m时梁体横向自振频率达到最

23、大值4.394hz(比原梁提高约35.0)。加固时,一般沿顶端布置;纵向水平方向,在两端8米范围内连续加固与通常加固效果差别不大(自振频率为4.328hz).3桥面板联接、加宽加固法.将桥面板接缝封闭、桥面整体联接后,梁的横向、扭转一阶自振频率分别可提高6.9和14.4,且越靠近跨中,集中布置,加固效果越好。但由于这种加固法对运输干扰大、加固效果有限且质量难易保证,一般不宜单独采用。上述几种加固方法在实际运用中,应根据桥梁的具体病害情况、实测数据资料、后期目标要求等具体考虑使用,有单独使用一种方法的,也有几种方法综合使用的,其中以横隔板加固和增加水平板加固法应用最广,下面是一起襄渝线K40+2

24、16东湾大桥增加水平板及墩身包箍加固桥梁的介绍:东湾大桥建于1970年，为23孔32米预应力钢筋混凝土桥梁，墩高13m29m，线路为直线，坡度为6,道碴桥面。Q100=447m3sec,H100=152.72m,V100=3.6m3sec。桥下无水,3,4,5号墩托盘与墩身连接处出现通长裂纹,宽约3cm,现场踏勘,发现该桥晃动严重,列车通过时,桥墩横向摇摆严重,经检测该桥横向振幅最大为18mm,最小为10.36mm,平均为14.18mm,超出允许的横向振幅值2.52mm约6倍,对行车安全构成了极大威胁。加固方法:1.对3.4.5号墩裂纹处进行包箍加固,具体为根据裂纹部位,在墩顶托盘突檐下60c

25、m,墩身突檐上90cm托盘1.5m范围内进行挂钢筋网,灌注30cm厚C25混凝土,形成钢筋混凝土防护箍；对23孔32m预应力钢筋混凝土桥梁采用增加水平连接板进行预加应力横向加固, 钎钉锚固采用25号锚固剂, 具体为每片梁在靠近顶板增加5处水平连接板,每块板长2.6m、宽1.6m、高0.3m、间距3.74m.两端为2.32m,每块板采用4孔直径25毫米的精制螺纹钢预应力筋；增加梁体滴水檐,解决梁体污染；两片梁上翼缘间隙用混凝土筑实。施工顺序:搭建脚手板-确定横向预应力筋的位置-腹板钻孔-预埋套管-穿入预应力筋-初张拉-水平板钢筋安装及绑扎-立模-灌注水平板混凝土-穿预拉应力钢筋-终张拉-压浆-切除多余钢绞线或钢筋-封锚。注意事项:1.混凝土灌注48小时,强度达到设计强度的80,方可进行终张拉,每根预拉应力的终张拉力为100KN。2.水平板与梁的连接筋孔