新建铁路桥墩病害形成原因分析及其劣化评定标准的探讨
摘要:文章分析了新建铁路桥墩和桥台裂缝成因,阐述目前国内检测混凝土裂缝的方法原理,对应用现有标准对桥墩和桥台进行劣化评定中对现有评定标准的局限提出了建议,供类似工程参考。
关键词:桥墩 裂缝 超声波 劣化
近几年随着我国高速铁路建设的飞速发展,新建的铁路桥梁也越来越多,桥墩、台的病害也呈发展趋势,主要是桥墩、台的混凝土开裂而劣化,影响了列车行车安全。
混凝土裂缝通常有塑性收缩、温度收缩、自生收缩、干燥收缩和由荷载作用形成。而新建桥墩、台主要以温度收缩、自生收缩和荷载作用形成的裂缝为主。如温度收缩,现在有很多施工单位,为了抢工期,一般会在混凝土施工时擅自增加水泥用量,这样虽然会增加混凝土的早期强度,提高混凝土强度,但也会使混凝土水化热加大,破坏了原设计的水灰比,更容易引起结构物(混凝土)产生裂缝。这一点在国内外有很多资料已证明富强水泥的危害性。所以,在施工中使混凝土达到其应用的必要强度就可以,增大水泥用量还有另一个缺点就是:碱—集料反应(Alkali-Aggregate
Reaction,简称AAR反应)加大,也就是膨胀加剧。
碱硅酸盐反应(Alkali-Silica Reaction)简称ASR反应,是指混凝土中碱组分与集料中的某些硅活性组分之间发生化学反应,其结果导致集料被侵蚀,生成具有膨胀性的产物,并导致混凝土结构物开裂,但这种反应需要较长时间。
近几年通过调查和检测发现,墩、台竖向裂缝长度>1 m的,一般是钢筋锈蚀再加上混凝土收缩而产生的。横向裂缝长度>1 m的,一般除有同竖向裂缝产生相同的原因外,还有基础的不均匀沉降,更容易使结构物产生环向裂缝,如图2。
混凝土结构由于各种原因普遍存在裂缝,为了确定裂缝的危害性制订相应的补救措施,关键是测定裂缝深度,应用超声波检测混凝土裂缝深度是其方法之一。超声波检测裂缝深度方法有:单面平测法、双面斜测法、钻孔对测法、冲击回波法、负波及首波相位反转法和正波法。目前国内一般采用超声波法检测混凝土裂缝,在实际工程中普遍使用单面平测法,下面简述一下超声波单面平测法。
1 检测基本理论
1•1 检测设备及测试分析连接
1•2 混凝土裂缝超声波法检测原理
在混凝土结构表面裂缝深度检测中,当裂缝深度≤500 mm时,称为浅裂缝。对于浅裂缝一般采用超声波单面平测法,如图3所示。当发射探头T以一定能量和频率向混凝土介质发射一弹性脉冲(声波)时,该脉冲波以一定速度经距离L传播后,由接收探头R接收。当波在传播过程中遇到裂缝时不能跨过裂缝而需绕开裂缝传播被接收探头R接收。
1•3 试验方法
1)选取测点位置时,应选择混凝土表面平整、无龟裂处。将被测物体表面处理干净,测量物体表面裂缝长度及宽度时,裂缝宽度可用读数显微镜,或者用其他电子仪器测量。
2)分别在被测物体表面完好处和裂缝处画好等距线,正交对称布置。
3)将换能器T和R置于完好处和裂缝为轴线的对称两侧,被测点涂抹黄油或其它耦合剂,使换能器与混凝土表面保持良好耦合,提高测试的准确性。
4)分别测量声时、波速,计算分析裂缝深度。
2 评定标准
检测结果评定依据中华人民共和国铁道部行业标准《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》TB/T2820•1—2820•8“墩台基础”中的相关内容。墩台基础的劣化类型包括:墩台裂缝、墩台变位、墩台身损伤、基础损伤以及墩台基础综合刚度不足。
墩台基础劣化等级评定包括:墩台裂缝的宽度限值 ①墩帽:≤0•3 mm;②墩身:经常有侵蚀性环境水影响时,有筋0•2 mm,无筋(或石砌)0•3 mm;常年有水但无侵蚀时,有筋0•25mm,无筋(或石砌)0•35 mm;干沟或季节性有水河流≤0•4 mm;有冰冻作用部分≤0•2 mm。
3 评论及说明
由于超声波法检测裂缝现在是无损检测,最大深度一般≤500 mm,裂缝深度>500 mm视为超出检测范围。所以检测各结构物的裂缝长、宽、深,从相关评定标准看,若正确评定结构物的安全等级需要多方面的参数,特别是裂缝的发展变化。中华人民共和国铁道部行业标准TB/28201•1—2820•8《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》TB/T2820•1—2820•8“墩台基础”中,对裂缝深度和长度没有给出量化标准,只对其宽度给出量化标准,而有些结构物宽度没有达到劣化标准,但其长度、深度都很长、很深,有些裂缝深度接近结构物本身厚度或贯通。所以对现有桥墩、台的混凝土开裂而劣化的评定,需要长时间多角度的观测,仅依靠单一指标无法准确判断结构物的实际状态,其发展变化及对行车安全的影响尚需加强观测。
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