【學員問題】橋梁檢查及病害原因分析？

【解答】我國很多城市主要公路干線,大多數是在解放初期或建國初期修建的,經過多年的改建形成現有的路線。這些干線上的橋梁,設計標準較低,荷載等級低于現行的汽-20,掛-100的荷載等級;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,其承載力沒有得到相應提高。由于承載能力較低,有些橋梁的設計又不盡合理,再加上施工質量和使用養(yǎng)護不當等原因,使得橋梁結構上出現了各種各樣的病害,其中一些病害已降低了原結構的承載能力;而這些橋梁正處于帶病和超載狀態(tài)下使用,嚴重影響了正常的交通運輸,亟待進行技術改造。為了掌握橋梁的技術現狀,配合現有橋梁技術改造,保障橋梁的合理管養(yǎng)和營運,我們對全市干線公路上的186座大、中、小橋進行檢查,總結和分析。1圬工拱橋主要病害原因及影響111主拱圈橫向開裂病害1)病害原因分析。常見的橫向開裂一般發(fā)生在拱頂區(qū)段,特點是沿砌縫開裂,貫通拱圈底面全寬,有兩條以上裂縫,在封拱石一側或兩側,開裂后有部位砂漿脫落,縫寬在小于1～5mm之間。針對其橫向開裂情況,對10余座石拱橋進行了正截面強度驗算分析(按容應力法和極限狀態(tài)法)。驗算結果表明,只考慮恒載和活載汽車-20級,有2?3的石拱橋內力偏心距大于016y,截面上出現較大的拉應力,承載能力達不到設計要求。這些石拱橋在使用后將會有橫向裂縫出現。另有1?3的橋其偏心距并沒有超過016y,拉力相對較小,理論上不應開裂,但實際上其拱頂有橫向裂縫出現,相反有些填土較厚的石拱橋,在恒載作用下就可能出現病害而影響應用,實際上卻未發(fā)現有明顯可見的橫向裂縫。可見,拱圈的橫向裂縫不完全是由荷載引起的,還與設計施工及結構自身因素有關。通過綜合分析,圬工拱橋拱圈橫向開裂的原因,初步判斷有以下幾種:①墩臺位移;②基礎承載能力差,墩臺不均勻沉陷;③超載使用,或橋面加厚;④施工質量差;⑤施工拱架的強度不夠,預拱度不足,造成拱軸線偏離,產生較大附加內力。2)病害對原結構的影響。圬工拱橋一般是按無鉸拱設計的,如果拱圈出現橫向裂縫后發(fā)展到拱厚的一定深度,開裂面的抗彎慣矩將大大降低,相當于形成鉸,改變了原結構體系,同時內力也發(fā)生變化,結構的穩(wěn)定性降低。如出現多條橫向裂縫、形成三鉸以上時,將導致結構失穩(wěn)破壞。可見,拱圈橫裂是拱橋最嚴重的病害。112主拱圈的縱向開裂病害1)病害原因分析。通過綜合分析,病害的主要原因有:①拱上側土壓力的作用。②結構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,相應變形不均勻,在荷載作用下,中間拱寬段變形大,下緣因拉應力較大而開裂,形成縱向裂縫。④拱上側墻與橋臺側墻連為一體,在較大的側土壓力作用下,橋臺發(fā)生側向受力變形。⑤墩臺的不均勻下沉開裂。2)病害對原結構的影響。歸納縱向開裂的原因,主要有:①結構本身的橫向抗力差;②外界的一種或幾種不利的橫向力過大,當超過拱圈橫向抵抗強度則導致縱向開裂破壞。拱圈產生縱向裂縫后,結構的整體性被破壞,縱縫兩側拱圈的受力、變形不均勻,局部部位的內力將增大。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,最終會導致完全無橫向的共同作用,降低拱橋的承載能力。而拱頭石開裂后,不能參與主拱承受活載,拱圈截面積減少,內力增大;若開裂嚴重而形成分離后,則類似一條肋拱,在偏載或橫向力作用下,外側將因失穩(wěn)而倒塌,并牽連拱上建筑損壞,及至結構不能使用。113拱上側墻病害1)側墻常見的病害有3種:①側墻豎向開裂。常見于L?4附近。由于側墻與橋臺翼墻或側墻之間未留變形縫,變形不一致引起。②側墻與拱圈的結合面脫裂和水平開裂。由拱上側墻與臺后側墻之間未留變形縫且砌筑質量不好引起。③側墻外凸。由于砌筑質量差,抗推穩(wěn)定性不夠,在側土壓力下形成外凸。2)病害對原結構的影響:由于實腹拱的拱上側墻有參與主拱共同受力的作用,側墻出現較嚴重的病害后,一方面降低了原拱圈的超載潛力;另一方面直接造成側墻本身的破壞并牽連橋面系破壞。114墩臺病害1)墩臺的病害形式較多,有前墻豎裂,側(翼)墻開裂,錯動,均勻沉陷,墩臺位移等。在國道207線上約有1?4的石拱橋橋臺前墻發(fā)現豎向裂縫。引起墩臺豎裂的因素有以下幾種:①較大的拱腳反力。②基礎不均勻下沉。③與主拱圈縱向開裂有關。2)墩臺豎裂使結構整體性受到破壞,整體受力性能降低。橋臺前墻開裂及墩臺變形,對上部結構的使用影響極大,需考慮對結構進行加固。2鋼筋砼T形梁橋主要病害原因及其影響211主梁開裂病害1)病害原因分析。①超載使用。因原設計荷載標準較低,達不到使用要求;另外,設計上橫向聯系普遍薄弱,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性能差。多數開裂嚴重的T形梁橋的主筋均采用é級光圓鋼筋綁扎骨架,就地澆筑。③施工質量差以及砼強度低于設計值。④附加內力過大。由于支座約束,墩臺沉降、梁軸線扭曲等產生過大的附加內力。2)病害對原結構的影響。①結構上出現裂縫后,空氣中的腐蝕性氣體進入,使梁內鋼筋銹蝕,影響結構的耐久性。②對截面強度有削弱的病害裂縫,發(fā)生在控制設計斷面附近,將使結構承載力降低。212橫向聯系開裂1)所檢T形梁橋,橫向聯系的橫隔板,大多都出現裂縫,主要發(fā)生在橫隔梁中部。原因主要有以下幾種:①橫梁受力較大而設計強度不夠;②主梁剛度差,存在病害,增大了橫梁受力;③構造鋼筋較少,混凝土質量差,強度低;④混凝土收縮,溫度變化產生較大的附加內力。2)病害對原結構的影響。橫梁開裂后,截面慣矩削弱很大,橫梁剛度降低,單根主梁受力增大,降低了結構的承載能力。3鋼筋砼板橋主要病害原因及其影響縱向開裂是整體式板橋的一種普遍病害。裂縫寬度在012～2mm之間,開裂位置居于板寬約1?3處或1?2處。通過結構計算和分析,筆者認為產生縱向裂縫的原因有以下幾種:①與寬跨比有關,小跨徑整體板橋的橋寬一般不少于7m,寬跨比大于1。整體板受力為雙向受力狀態(tài),且橫向內力較大,應按雙向受力設計。②荷載的偏載作用。③支承不平整和墩臺不均勻變形下沉。④溫度變化和混凝土收縮的影響�？v向裂縫出現后,裂縫截面的剛度明顯降低;對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計理論、施工方法上存在一些問題,加之養(yǎng)護不當等因素,致使雙曲拱橋出現了一些必然的結構病害,其中以拱波開裂,拱肋與拱波結合面開裂,腹拱圈開裂等現象較為普遍。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,開裂范圍主要在L?4～3L?4拱跨區(qū)段。引起拱波開裂主要因素有以下幾種:①拱圈的橫向聯系內有較大的內力。②橫向聯系設計薄弱,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,變形相應不均勻,引起拱波開裂。④拱波預制質量差,砼強度低。2)病害對原結構的影響。由于在主拱圈結構中,拱波在縱、橫向都受力,拱波出現病害后,將降低主拱圈的承載能力。412拱肋與拱波結合面的開裂病害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合面為通縫,結合面較小且主要用砂漿砌筑連接,在拱頂區(qū)段是正彎矩控制設計。該結合面位于受拉區(qū),拱圈受力與曲梁受力相似,在拱肋承受拉應力時,在拱肋外弧出現法向拉應力,法向拉應力較大時,使結合面開裂。除此之外,還有如下因素:①結合面上較大的法向拉應力或較大的剪應力。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,強度差,溫度差等,出現收縮而產生一定的附加應力。⑤施工質量差,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,邊澆砼邊用漿砌片石將墻背回填密實;澆拱時,按設計預埋好超前鋼軌,一端搭在拱上(50cm),一端安在臺車前端鋼軌拱上,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強調幾點注意事項處理大塌方是很危險的工作,全體施工人員要牢固樹立“安全第一”的思想,堅持“預防為主”的原則,堅決做到以下幾點。1)隧道施工遇地質不良地段,首先應以預防塌方為主。在施工中應根據設計文件,借助必要的勘察手段,確切掌握地質情況,制訂切實可行的施工方案并嚴格組織施工,此外還應加強圍巖觀察分析,發(fā)現問題及時采取可靠的補救措施。2)安全生產制度健全、落實。3)全體施工人員熟悉掌握工地現狀和施工處理方案,有強烈的自�；ケＲ庾R,并有一定的工作經驗。嚴格按“三大規(guī)程”進行施工。4)保證臨時支撐、超前掩護、初次襯砌和二次襯砌的質量,決不馬虎。5)整個塌方的處理時期要有專人分班24h巡視觀察頂板,發(fā)現情況及時匯報處理。施工過程中要有專人統(tǒng)一指揮、調度。6)嚴禁人員(特別是裝載機司機、汽車司機、噴射手)處在裸露的圍巖下作業(yè)。6結語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。塌方處理過程中雖出現過筑模臺車被輕度砸壞,但未出現重傷及以上傷亡事故。2)該段塌方處理歷時2個月,比計劃時間提前了1個月,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度、采用E型高強度防水劑防水、保證澆砼和回填質量等措施,保證了工程質量。

以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。