【學(xué)員問(wèn)題】橋梁檢查及病害原因分析？

　　【解答】我國(guó)很多城市主要公路干線,大多數(shù)是在解放初期或建國(guó)初期修建的,經(jīng)過(guò)多年的改建形成現(xiàn)有的路線。這些干線上的橋梁,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低,荷載等級(jí)低于現(xiàn)行的汽-20,掛-100的荷載等級(jí);路線線形改善,加寬后,許多中、小橋是按線形需要采取老橋拼寬后使用至今,其承載力沒(méi)有得到相應(yīng)提高。由于承載能力較低,有些橋梁的設(shè)計(jì)又不盡合理,再加上施工質(zhì)量和使用養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍��?使得橋梁結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了各種各樣的病害,其中一些病害已降低了原結(jié)構(gòu)的承載能力;而這些橋梁正處于帶病和超載狀態(tài)下使用,嚴(yán)重影響了正常的交通運(yùn)輸,亟待進(jìn)行技術(shù)改造。為了掌握橋梁的技術(shù)現(xiàn)狀,配合現(xiàn)有橋梁技術(shù)改造,保障橋梁的合理管養(yǎng)和營(yíng)運(yùn),我們對(duì)全市干線公路上的186座大、中、小橋進(jìn)行檢查,總結(jié)和分析。1圬工拱橋主要病害原因及影響111主拱圈橫向開(kāi)裂病害1)病害原因分析。常見(jiàn)的橫向開(kāi)裂一般發(fā)生在拱頂區(qū)段,特點(diǎn)是沿砌縫開(kāi)裂,貫通拱圈底面全寬,有兩條以上裂縫,在封拱石一側(cè)或兩側(cè),開(kāi)裂后有部位砂漿脫落,縫寬在小于1～5mm之間。針對(duì)其橫向開(kāi)裂情況,對(duì)10余座石拱橋進(jìn)行了正截面強(qiáng)度驗(yàn)算分析(按容應(yīng)力法和極限狀態(tài)法)。驗(yàn)算結(jié)果表明,只考慮恒載和活載汽車-20級(jí),有2?3的石拱橋內(nèi)力偏心距大于016y,截面上出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,承載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。這些石拱橋在使用后將會(huì)有橫向裂縫出現(xiàn)。另有1?3的橋其偏心距并沒(méi)有超過(guò)016y,拉力相對(duì)較小,理論上不應(yīng)開(kāi)裂,但實(shí)際上其拱頂有橫向裂縫出現(xiàn),相反有些填土較厚的石拱橋,在恒載作用下就可能出現(xiàn)病害而影響應(yīng)用,實(shí)際上卻未發(fā)現(xiàn)有明顯可見(jiàn)的橫向裂縫。可見(jiàn),拱圈的橫向裂縫不完全是由荷載引起的,還與設(shè)計(jì)施工及結(jié)構(gòu)自身因素有關(guān)。通過(guò)綜合分析,圬工拱橋拱圈橫向開(kāi)裂的原因,初步判斷有以下幾種:①墩臺(tái)位移;②基礎(chǔ)承載能力差,墩臺(tái)不均勻沉陷;③超載使用,或橋面加厚;④施工質(zhì)量差;⑤施工拱架的強(qiáng)度不夠,預(yù)拱度不足,造成拱軸線偏離,產(chǎn)生較大附加內(nèi)力。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。圬工拱橋一般是按無(wú)鉸拱設(shè)計(jì)的,如果拱圈出現(xiàn)橫向裂縫后發(fā)展到拱厚的一定深度,開(kāi)裂面的抗彎慣矩將大大降低,相當(dāng)于形成鉸,改變了原結(jié)構(gòu)體系,同時(shí)內(nèi)力也發(fā)生變化,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低。如出現(xiàn)多條橫向裂縫、形成三鉸以上時(shí),將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。可見(jiàn),拱圈橫裂是拱橋最嚴(yán)重的病害。112主拱圈的縱向開(kāi)裂病害1)病害原因分析。通過(guò)綜合分析,病害的主要原因有:①拱上側(cè)土壓力的作用。②結(jié)構(gòu)本身的特殊受力因素,如彎橋受離心力作用,斜橋的鈍角與銳角部分受彎受扭相差較大。③橫截面剛度不均勻,相應(yīng)變形不均勻,在荷載作用下,中間拱寬段變形大,下緣因拉應(yīng)力較大而開(kāi)裂,形成縱向裂縫。④拱上側(cè)墻與橋臺(tái)側(cè)墻連為一體,在較大的側(cè)土壓力作用下,橋臺(tái)發(fā)生側(cè)向受力變形。⑤墩臺(tái)的不均勻下沉開(kāi)裂。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。歸納縱向開(kāi)裂的原因,主要有:①結(jié)構(gòu)本身的橫向抗力差;②外界的一種或幾種不利的橫向力過(guò)大,當(dāng)超過(guò)拱圈橫向抵抗強(qiáng)度則導(dǎo)致縱向開(kāi)裂破壞。拱圈產(chǎn)生縱向裂縫后,結(jié)構(gòu)的整體性被破壞,縱縫兩側(cè)拱圈的受力、變形不均勻,局部部位的內(nèi)力將增大。由于縱縫使橫向受力性能減弱,在橫向力增大的情況下,縱縫將繼續(xù)發(fā)展,最終會(huì)導(dǎo)致完全無(wú)橫向的共同作用,降低拱橋的承載能力。而拱頭石開(kāi)裂后,不能參與主拱承受活載,拱圈截面積減少,內(nèi)力增大;若開(kāi)裂嚴(yán)重而形成分離后,則類似一條肋拱,在偏載或橫向力作用下,外側(cè)將因失穩(wěn)而倒塌,并牽連拱上建筑損壞,及至結(jié)構(gòu)不能使用。113拱上側(cè)墻病害1)側(cè)墻常見(jiàn)的病害有3種:①側(cè)墻豎向開(kāi)裂。常見(jiàn)于L?4附近。由于側(cè)墻與橋臺(tái)翼墻或側(cè)墻之間未留變形縫,變形不一致引起。②側(cè)墻與拱圈的結(jié)合面脫裂和水平開(kāi)裂。由拱上側(cè)墻與臺(tái)后側(cè)墻之間未留變形縫且砌筑質(zhì)量不好引起。③側(cè)墻外凸。由于砌筑質(zhì)量差,抗推穩(wěn)定性不夠,在側(cè)土壓力下形成外凸。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響:由于實(shí)腹拱的拱上側(cè)墻有參與主拱共同受力的作用,側(cè)墻出現(xiàn)較嚴(yán)重的病害后,一方面降低了原拱圈的超載潛力;另一方面直接造成側(cè)墻本身的破壞并牽連橋面系破壞。114墩臺(tái)病害1)墩臺(tái)的病害形式較多,有前墻豎裂,側(cè)(翼)墻開(kāi)裂,錯(cuò)動(dòng),均勻沉陷,墩臺(tái)位移等。在國(guó)道207線上約有1?4的石拱橋橋臺(tái)前墻發(fā)現(xiàn)豎向裂縫。引起墩臺(tái)豎裂的因素有以下幾種:①較大的拱腳反力。②基礎(chǔ)不均勻下沉。③與主拱圈縱向開(kāi)裂有關(guān)。2)墩臺(tái)豎裂使結(jié)構(gòu)整體性受到破壞,整體受力性能降低。橋臺(tái)前墻開(kāi)裂及墩臺(tái)變形,對(duì)上部結(jié)構(gòu)的使用影響極大,需考慮對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。2鋼筋砼T形梁橋主要病害原因及其影響211主梁開(kāi)裂病害1)病害原因分析。①超載使用。因原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低,達(dá)不到使用要求;另外,設(shè)計(jì)上橫向聯(lián)系普遍薄弱,降低了活載的橫向分配,使單根梁受力增大,也造成超載。②鋼筋與砼之間的粘結(jié)性能差。多數(shù)開(kāi)裂嚴(yán)重的T形梁橋的主筋均采用é級(jí)光圓鋼筋綁扎骨架,就地澆筑。③施工質(zhì)量差以及砼強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值。④附加內(nèi)力過(guò)大。由于支座約束,墩臺(tái)沉降、梁軸線扭曲等產(chǎn)生過(guò)大的附加內(nèi)力。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。①結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂縫后,空氣中的腐蝕性氣體進(jìn)入,使梁內(nèi)鋼筋銹蝕,影響結(jié)構(gòu)的耐久性。②對(duì)截面強(qiáng)度有削弱的病害裂縫,發(fā)生在控制設(shè)計(jì)斷面附近,將使結(jié)構(gòu)承載力降低。212橫向聯(lián)系開(kāi)裂1)所檢T形梁橋,橫向聯(lián)系的橫隔板,大多都出現(xiàn)裂縫,主要發(fā)生在橫隔梁中部。原因主要有以下幾種:①橫梁受力較大而設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠;②主梁剛度差,存在病害,增大了橫梁受力;③構(gòu)造鋼筋較少,混凝土質(zhì)量差,強(qiáng)度低;④混凝土收縮,溫度變化產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。橫梁開(kāi)裂后,截面慣矩削弱很大,橫梁剛度降低,單根主梁受力增大,降低了結(jié)構(gòu)的承載能力。3鋼筋砼板橋主要病害原因及其影響縱向開(kāi)裂是整體式板橋的一種普遍病害。裂縫寬度在012～2mm之間,開(kāi)裂位置居于板寬約1?3處或1?2處。通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析,筆者認(rèn)為產(chǎn)生縱向裂縫的原因有以下幾種:①與寬跨比有關(guān),小跨徑整體板橋的橋?qū)捯话悴簧儆?m,寬跨比大于1。整體板受力為雙向受力狀態(tài),且橫向內(nèi)力較大,應(yīng)按雙向受力設(shè)計(jì)。②荷載的偏載作用。③支承不平整和墩臺(tái)不均勻變形下沉。④溫度變化和混凝土收縮的影響。縱向裂縫出現(xiàn)后,裂縫截面的剛度明顯降低;對(duì)荷載的橫向分配的影響較大。4雙曲拱橋主要病害原因及影響由于雙曲拱橋在設(shè)計(jì)理論、施工方法上存在一些問(wèn)題,加之養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩?致使雙曲拱橋出現(xiàn)了一些必然的結(jié)構(gòu)病害,其中以拱波開(kāi)裂,拱肋與拱波結(jié)合面開(kāi)裂,腹拱圈開(kāi)裂等現(xiàn)象較為普遍。411拱波縱裂病害1)病害原因分析。拱波縱裂部位一般在波頂,開(kāi)裂范圍主要在L?4～3L?4拱跨區(qū)段。引起拱波開(kāi)裂主要因素有以下幾種:①拱圈的橫向聯(lián)系內(nèi)有較大的內(nèi)力。②橫向聯(lián)系設(shè)計(jì)薄弱,拱波參與橫向分配傳力作用較大。③拱圈各單元受力不均勻,變形相應(yīng)不均勻,引起拱波開(kāi)裂。④拱波預(yù)制質(zhì)量差,砼強(qiáng)度低。2)病害對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。由于在主拱圈結(jié)構(gòu)中,拱波在縱、橫向都受力,拱波出現(xiàn)病害后,將降低主拱圈的承載能力。412拱肋與拱波結(jié)合面的開(kāi)裂病害1)病害原因分析。我市早期修建的部分雙曲拱橋,其主拱圈的拱肋使用矩形截面,這類截面的拱肋與拱波結(jié)合面為通縫,結(jié)合面較小且主要用砂漿砌筑連接,在拱頂區(qū)段是正彎矩控制設(shè)計(jì)。該結(jié)合面位于受拉區(qū),拱圈受力與曲梁受力相似,在拱肋承受拉應(yīng)力時(shí),在拱肋外弧出現(xiàn)法向拉應(yīng)力,法向拉應(yīng)力較大時(shí),使結(jié)合面開(kāi)裂。除此之外,還有如下因素:①結(jié)合面上較大的法向拉應(yīng)力或較大的剪應(yīng)力。②參與橫向分配荷載而受力。③拱圈單元變形不均勻而受扭。④由于肋、波、板混凝土的齡期差,強(qiáng)度差,溫度差等,出現(xiàn)收縮而產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。⑤施工質(zhì)量差,砂漿不飽緊。⑤立模:先立排架,再立拱架,施工順序從后往前。立好模后,立即用圓木將其與圍巖撐緊,間距115m。⑥安裝鋼花拱:從后往前,自下至上依次安裝,邊安裝邊澆砼。⑦鋼花拱安好后,即組織快速澆砼。澆墻時(shí),邊澆砼邊用漿砌片石將墻背回填密實(shí);澆拱時(shí),按設(shè)計(jì)預(yù)埋好超前鋼軌,一端搭在拱上(50cm),一端安在臺(tái)車前端鋼軌拱上,鋼軌鋪在襯砌砼上面。然后按處理方案回填拱頂,襯砌完成后出碴,繼續(xù)下一循環(huán)。5強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)注意事項(xiàng)處理大塌方是很危險(xiǎn)的工作,全體施工人員要牢固樹(shù)立“安全第一”的思想,堅(jiān)持“預(yù)防為主”的原則,堅(jiān)決做到以下幾點(diǎn)。1)隧道施工遇地質(zhì)不良地段,首先應(yīng)以預(yù)防塌方為主。在施工中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件,借助必要的勘察手段,確切掌握地質(zhì)情況,制訂切實(shí)可行的施工方案并嚴(yán)格組織施工,此外還應(yīng)加強(qiáng)圍巖觀察分析,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取可靠的補(bǔ)救措施。2)安全生產(chǎn)制度健全、落實(shí)。3)全體施工人員熟悉掌握工地現(xiàn)狀和施工處理方案,有強(qiáng)烈的自�；ケＲ庾R(shí),并有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。嚴(yán)格按“三大規(guī)程”進(jìn)行施工。4)保證臨時(shí)支撐、超前掩護(hù)、初次襯砌和二次襯砌的質(zhì)量,決不馬虎。5)整個(gè)塌方的處理時(shí)期要有專人分班24h巡視觀察頂板,發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)匯報(bào)處理。施工過(guò)程中要有專人統(tǒng)一指揮、調(diào)度。6)嚴(yán)禁人員(特別是裝載機(jī)司機(jī)、汽車司機(jī)、噴射手)處在裸露的圍巖下作業(yè)。6結(jié)語(yǔ)1)由于采取了可靠的安全防范措施和合理的施工方案,保證了施工安全。塌方處理過(guò)程中雖出現(xiàn)過(guò)筑模臺(tái)車被輕度砸壞,但未出現(xiàn)重傷及以上傷亡事故。2)該段塌方處理歷時(shí)2個(gè)月,比計(jì)劃時(shí)間提前了1個(gè)月,節(jié)約了工期,并大大減少了業(yè)主的投資。3)由于采取了增加襯砌強(qiáng)度、采用E型高強(qiáng)度防水劑防水、保證澆砼和回填質(zhì)量等措施,保證了工程質(zhì)量。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。