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公路橋梁病害調查分析及整治
發布時間：2014-08-09
1 廣東省公路橋梁基本狀況廣東省在國、省、縣道干線公路網上,共有公路橋梁10877座,共長69萬延米。這些橋梁是經過幾十年的建設及改造積累而成。
雖然從90年代開始,我省加快了橋梁建設及改造的步伐,但目前在干線公路網上還有2080座(約占20%)荷載標準在汽-10以下的低標準橋梁,以及存在1240座(約占11%)橋面寬度在6m以下的窄橋,這些橋梁是目前公路網交通運輸的"瓶頸"隨著重型交通運輸及重型車輛的大量增加,這些低標準舊老橋梁的承載能力日益不堪負荷,橋梁損傷、損壞情況不斷產生。另一方面,隨著自然環境的變化,建筑材料耐久性能的衰退,以及橋梁建設過程中人為錯誤的不斷暴露,病危橋梁數量不斷增加"雖然從90年代開始,我省投入
大量的人力、物力進行了危橋的加固及改造,但目前還存在三、四類橋梁1100座,約占橋梁總數的10%。廣東省計劃在“十五”期間,對全省干線公路上2420座低標準橋梁及危橋進行改造、加固,需投入資金約11億元。因此,很有必要在詳細調查我省公路橋梁病害情況基礎上,分析病害產生原因,使橋梁的加固及改造更加具有針對性。
2 主要橋型及其常見病害分析
2.1 主要橋型分析
根據調查統計,約占90.7%的干線公路橋梁為中小橋梁,其中10m以下跨徑的簡易結構橋梁約占60%,跨徑在10~20m間的約占31%。若將橋梁按上部結構受力型式分類,約占63.5%橋梁為簡支式梁、板結構,約占32.5%為拱式結構橋梁。若再詳細分類,簡支板橋、石拱橋、簡支空心板、簡支T型梁橋、砼拱橋、雙曲拱橋等為我省的主要橋型。
這些型式的橋梁,反映了我省公路橋梁的建設發展過程及目前橋梁的基本技術狀況。從六十年代前期開始,我省進行了大規模的木危橋改建。當時缺乏鋼材,大量的木危橋改建都以石拱橋為主。由于受當時地基與基礎較難施工等條件的限制,造成了這類橋梁普遍存在基礎下沉的后遺癥——石拱圈開裂,尤其是淤泥地基及輕臺坦拱情況更甚。六十年代后期至七十年代,盛行建設、輕型裝配,節約木材為主的雙曲拱橋。這種輕型拱式橋梁,在大規模建設時其設計還處于摸索完善階段,存在如斷面尺寸、型式、材料組成、配筋率等諸多技術問題,導致建成及使用后,出現了拱圈下沉變形和開裂脫離等問題。這時期建設的雙曲拱橋梁,技術標準低!技術狀況差,是八十年代后橋梁改造的重點橋型。八十年代以后,廣東省公路建設進入了高峰時期,這時期建設的橋梁,大多數是以鋼筋混凝土結構為主。上部結構多采用簡支式的梁!板結構,下部結構多采用鉆孔灌注樁基及柱式墩臺。這些橋梁技術標準較高,整體技術狀況也較好,但不斷出現鉆孔灌注樁基損壞,橋面系損壞等問題。
從統計結果看,雙曲拱橋、圬工拱及鋼筋混凝土結構的T梁、空心板等橋梁其壞橋率較高。
2.2 常見病害
2.2.1 石拱橋及砼圬工板拱橋的常見病害
(1)主拱圈拱頂橫向開裂。在主拱圈的拱頂處有一道貫穿拱寬的主裂縫,縫兩側有明顯的高差及錯位,主要由于墩臺下沉所致。
(2)主拱圈拱頂段橫向開裂。在主拱圈的拱頂段出現1~2條貫穿橋寬的裂縫,縫兩側無明顯的高差,主拱頂有輕微的下沉,主要由于墩臺滑移或轉動所致。
(3)主拱圈縱向開裂。裂縫從拱腳處開始向拱頂及向外斜向發展,主要由于墩臺橫向不均勻下沉所致。若屬橋臺側沉,一般還會伴隨臺側墻的豎斜向開裂。
(4)主拱圈斜向開裂。裂縫從拱腳及墩臺外側處開始,向斜對角方向發展,主要由于對向墩臺同側橫向下沉所致。
(5)主拱圈縱向開裂。裂縫從拱頂處開始向兩拱腳方向發展,主要由于同跨兩墩臺同側下沉 所致。
(6)橋面破損、拱上填料積水,引起拱上側墻鼓脹或脫離開裂。或在車輛作用下,因拱圈受力不均勻,引起拱圈的局部損壞。
2.2.2 雙曲拱橋的常見病害
(1)拱肋跨中徑向開裂,多條裂縫主要分布在拱肋跨中部分,約在1/4~3/4L(L為跨徑)范圍內,裂縫從肋兩側面下緣向上延伸發展。主要原因是:拱肋截面太薄弱,強度不足,在正彎矩作用下,導致肋下緣開裂;或由于墩臺產生水平位移,使拱頂區的正彎矩加大,使肋下緣開裂。這種情況一般還會伴隨主拱圈拱頂的明顯下沉變形(見圖1)。
(2)拱腳處拱肋徑向開裂。在拱座與拱腳交接處產生1~2道較寬的橫向裂縫,或在拱腳區附近產生數條由肋上緣向下發展的徑向裂縫。主要原因是截面強度不足,在負彎矩作用下開裂,或因墩臺下沉!水平位移所致。
(3)拱頂處拱波頂縱向開裂。裂縫一般沿跨徑方向延伸發展,裂縫寬度一般較寬。主要原因是主拱圈橫向聯系剛度不足,主拱肋產生移動或
轉動所致。一般情況下,橋越寬!拱波的矢跨比越小,以及橫向聯系越弱,這類裂縫越易產生。
(4)拱肋與拱波結合面的脫離開裂。裂縫一般分布在拱頂區段和拱腳區段,主要是由于墩臺出現移動,肋波結合面拱頂段拉應力增大及拱腳
段剪應力增大所致。
(5)主拱圈的過量變形。主要表現在拱頂下沉以及1/4拱處的過大上凸,使拱軸線呈“M”型。一般是由于主拱圈剛度不足;橋面鋪裝層增厚,恒載增大;以及墩臺的下沉!移動等諸多原因所引起。一般情況下,主拱圈變形過大,伴隨著會產生拱上側墻鼓脹、開裂,腹拱結構開裂損壞,乃至主拱肋開裂等病害。
2.2.3 其它砼拱式橋梁的常見病害
(1)空腹式鋼筋混凝土拱橋,在拱腳段的拱上立柱及拱上結構出現開裂損壞,主要是由于主拱過大撓度或變形所致。
(2)鋼筋混凝土剛架拱橋的上弦桿及大、小節點處出現豎向或斜向裂縫,主要是由于構件配筋錯誤或超載所致。
(3)鋼筋混凝土剛架拱橋的主拱肋與橋面板結合處開裂脫離,引起橋面的開裂損壞。
2.2.4 簡支式橋梁上部結構常見病害
(1)鋼筋混凝土簡支T型梁橋主要的病害有: 預制拼裝T型梁的橫隔梁搭接縫處開裂損壞;預 制拼裝T型梁翼板搭接處的開裂損壞,引起橋面
縱向開裂;L20mT梁跨中腹板下緣彎曲裂縫;T 梁支座附近腹板斜向裂縫。
(2)空心板主要病害有:預應力空心板拼裝后,各板下撓度不一,板下支座不平、脫空,橋橫向聯系差,使橋面經常開裂損壞。預應力空心板的
板下緣角處,混凝土開裂!脫落,出現崩角。
(3)鋼筋混凝土板橋在橋較寬的情況下,出現板底縱向及斜向開裂,一般與墩臺下沉、板配筋錯誤等原因有關。
2.2.5 簡支式橋梁下部結構常見病害
簡支結構橋梁墩臺產生過量的下沉!側向沉降及轉動,不但會使墩臺結構本身開裂,同時還會使上部結構的支座出現異常或變形,使橋面伸縮縫損壞,以及引起橋面線型的變化,嚴重者還會使上部梁端產生擠壓破壞。
(1)重力式墩臺帽在支座下處局部開裂,一般裂縫從支承墊石開始,從上向下發展。
(2)U型橋臺側向豎斜向開裂,一般是側墻基礎不均勻下沉所引起。
(3)雙柱式墩臺下地梁豎向開裂,或多柱式墩臺蓋梁產生自上向下的垂直裂縫,或在柱與蓋梁交接處樁產生環向裂縫"一般均是因樁基產生不均勻下沉所引起。
2.2.6 鋼筋混凝土橋梁常見的鋼筋銹蝕病害
(1)鉆孔灌注樁基礎,因河床沖刷下降,樁與地梁交接處混凝土剝落,鋼筋銹蝕"這種情況目前十分普遍。
(2)空心板因施工原因,板內露筋!鋼筋銹蝕特別是在橋面開裂漏水的情況下更甚。
(3)經常與水接觸的構件,如邊梁!邊肋!欄桿以及臨水面的墩臺構件,特別是截面尺寸小的小構件和橋齡30年以上,鋼筋銹蝕情況更嚴重。
(4)經常與特殊環境如污水、工業廢水、海水等接觸的橋梁構件,鋼筋較易銹蝕。
2.2.7 預應力結構及箱形橋梁常見病害
(1)預應力結構的錨固構造開裂主要有:先張法預應力梁端錨固處附近混凝土的局部劈裂,后張法預應力錨固處的斜向裂縫,箱梁底板在連續力筋錨固齒板后面的橫向裂縫。
(2)預應力梁的腹板與下翼板交界處、腹板側面及梁的下翼緣等處的縱向開裂。
(3)多次澆筑的箱梁腹板、頂板底部產生的豎向或橫向的收縮裂縫。
(4)T構連續梁等主跨負彎矩區,以及箱梁懸翼板頂面的橋面開裂。
(5)大跨度連續箱梁的大噸位點式支座工作性狀的不確定性、或損壞,引起箱梁相關的病害。
3 主要病害的整治及其方法
3.1 橋梁受損基礎的加固及防護
廣東省約占75%的橋梁是修建在江河之上, 最近十幾年由于自然環境的變化以及隨著土木工程大規模建設,需大量地采挖河砂。目前各河流河床面(特別是中上游)均出現急劇的下降趨勢, 多數下降達3~4m,甚至5~6m,導致了約占20% 的橋梁的基礎受到不同程度的損壞,同時也造成 了橋梁水毀情況的日益嚴重。對橋梁受損基礎的整治是目前我省橋梁養護工作的重點之一。多數受損情況較嚴重的明挖淺基礎橋梁,因橋梁建設標準較低,橋齡較長,應結合橋梁新改建進行整治。對于八十年代后修建的橋梁,多數以樁基礎為主,整治時應采取受損樁基加固及對河床進行防治等綜合方法整治。
3.2 對橋梁的橋面系損壞及時進行維修
目前我省橋梁養護工作另一個重點是對損壞的橋面系及時進行維修及整治。橋梁的橋面系損壞如橋面開裂、伸縮縫的損壞,以及人為增加橋面鋪裝層厚度,造成恒載大量超載等情況十分普遍, 原因也較復雜"橋面開裂損壞既有車輛軸載大量超載造成的損壞,又有建設時設計、施工留下的隱患,也有后期養護上的不及時引起的損壞惡化。
橋面伸縮縫損壞的主要原因有:伸縮縫造型不對、伸縮縫產品及安裝不良、橋梁上部結構及支座異常、墩臺下沉移動等。維修時應找準原因,及時治理。
3.3 橋頭“跳車”現象的治理
橋梁與引道連接不平順,橋臺后填土過量下沉,引起行車在橋頭“跳車”,使橋梁交通功能受到影響。要解決“十橋九跳”的現象,是一項長期及艱巨的任務。橋臺的作用除了承受上部結構傳下的荷載外,更主要的功能是保證臺后填土的豎向及側向的穩定,這是一個不論在設計!施工及后期養護上都容易被忽略的問題。臺后填土的穩定, 主要與填土高度、橋臺造型、地基處理!施工時填土的選料及壓實、橋頭排水系統設置等有關。對橋頭跳車現象的后期整治,可采用增加臺后填土支擋,更換填料,地基加固等措施予以處理"。
3.4 加固穩定性差的橋梁地基基礎
廣東地處沿海,地基較為軟弱。橋梁地基基礎穩定性差,是引起橋梁結構損壞的主要原因。
通過調查,大多數恒載比重大的圬工拱式橋梁,其損壞原因較為單純,就是基礎的過量下沉移動,引起上部結構開裂損壞。也有相當數量的梁式結構橋梁,因地基基礎沉降,出現支座異位,引起上部結構開裂及橋面伸縮縫的常年損壞,同時嚴重者還會引起墩臺及墩臺框架本身的開裂。對此類橋 梁病害的處理,應先“固”本,再治“標”。
3.5 輕型拱式橋梁的損壞及加固
輕型拱式橋梁如雙曲拱、剛架拱、輕型肋拱等橋梁,因截面尺寸較小及恒載比重較小,對活載較敏感。在目前車輛嚴重超載運輸及車輛荷載不確定性增大的狀況下,上部結構如主拱圈、拱上立柱、排架、腹拱、橋面板、側墻等構件出現開裂損壞。這些橋梁的損壞,除了超載原因外,還與主拱肋等主要承重構件剛度不足,撓度變形過大,以及基礎的下沉位移等原因有關。對這類橋梁的病害進行整治,應先查清引起損壞的主要原因,再對“癥”處理。一般應以加固地基基礎,增強主要承重構件的剛度以及加強整橋的橫向聯系為主要措施。
3.6 橋梁鉆孔樁基礎病害的處理
橋梁鉆孔樁基礎,特別是軟基及摩擦樁基的過量下沉以及樁身的損壞,是我省目前主要的橋梁病害之一。橋梁樁基礎因受特定鉆孔灌注施工工藝的影響,無論其承載能力、樁基質量及其耐久性均存在較大的不確定性。特別是在軟土層較厚處,采用摩擦樁計算模式,以及大孔徑、深樁基礎及施工過程操作不良等情況尤甚。成橋后主要表現在墩臺過量下沉,引起上部結構的相關病害。
樁基因河床下降而外露部分,出現樁基的“縮頸”及露筋銹蝕。對于樁基承載能力明顯不足,長時間下沉不穩定的橋梁,應采用加樁、補樁等辦法予以加固。對樁基損壞!樁身截面減少者,可采用于損壞處增大截面的包樁加固方法處理。
4 主要結論及建議
(1)通過對全省干線公路網橋梁病害的調查, 以及對主要橋梁結構型式與相關病害的統計分析,可以看出橋梁病害與橋梁結構形式、建材類型、修建年代及地域有很強的相關性。引起橋梁的損壞可以是單一原因,也可以是諸多原因綜合作用的結果。對受損橋梁的加固維修,應找準病因。
(2)橋梁地基基礎的沉降與位移是引起橋梁上部結構!特別是圬工拱橋損壞的主要原因。輕型拱式橋梁損壞原因有多個方面,既有地基下沉
又有主要承重構件剛度不足，撓度變形過大,以及車輛荷載超載等原因。但基礎穩定,提高主要承重構件的抗變形能力是輕型拱式橋梁加固的重點。
(3)鋼筋混凝土梁式橋梁損壞的原因,主要是橋梁地基基礎過量沉降,支座工作性狀異常,結構細部構造不當,溫度變化及結構內力異常重分布材料耐久性能的衰退諸多原因所引起。調查發現,橋梁因上部結構主要承重構件整體強度不足而引起的損壞,這種情況較為少見。因此,結構補強是橋梁加固的治標方法,并不是治本的主要手段。
(4)橋梁所在的河道及河床面穩定與否,是橋梁本身穩定及安全的基礎和保障。目前越來越多的橋梁因水道河床面急劇下降而損壞!毀壞,這是一個應引起高度重視的問題。
(5)橋梁的損壞及原因是多樣復雜的,對受損壞橋梁的加固及維修方法也是多方案的。對特定橋梁病害的整治處理,既要考慮結構及力學特點、材料性能,又要考慮方便施工、方便社會交通,還要考慮經濟等諸多條件的約束,因此,橋梁加固方法應因地制宜。
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