【学员问题】桥梁检查及病害原因分析？
【解答】我国很多城市主要公路干线,大多数是在解放初期或建国初期修建的,经过多年的改建形成现有的路线。这些干线上的桥梁,设计标准较低,荷载等级低于现行的汽-20,挂-100的荷载等级;路线线形改善,加宽后,许多中、小桥是按线形需要采取老桥拼宽后使用至今,其承载力没有得到相应提高。由于承载能力较低,有些桥梁的设计又不尽合理,再加上施工质量和使用养护不当等原因,使得桥梁结构上出现了各种各样的病害,其中一些病害已降低了原结构的承载能力;而这些桥梁正处于带病和超载状态下使用,严重影响了正常的交通运输,亟待进行技术改造。为了掌握桥梁的技术现状,配合现有桥梁技术改造,保障桥梁的合理管养和营运,我们对全市干线公路上的186座大、中、小桥进行检查,总结和分析。1圬工拱桥主要病害原因及影响111主拱圈横向开裂病害1)病害原因分析。常见的横向开裂一般发生在拱顶区段,特点是沿砌缝开裂,贯通拱圈底面全宽,有两条以上裂缝,在封拱石一侧或两侧,开裂后有部位砂浆脱落,缝宽在小于1～5mm之间。针对其横向开裂情况,对10余座石拱桥进行了正截面强度验算分析(按容应力法和极限状态法)。验算结果表明,只考虑恒载和活载汽车-20级,有2?3的石拱桥内力偏心距大于016y,截面上出现较大的拉应力,承载能力达不到设计要求。这些石拱桥在使用后将会有横向裂缝出现。另有1?3的桥其偏心距并没有超过016y,拉力相对较小,理论上不应开裂,但实际上其拱顶有横向裂缝出现,相反有些填土较厚的石拱桥,在恒载作用下就可能出现病害而影响应用,实际上却未发现有明显可见的横向裂缝。可见,拱圈的横向裂缝不完全是由荷载引起的,还与设计施工及结构自身因素有关。通过综合分析,圬工拱桥拱圈横向开裂的原因,初步判断有以下几种:①墩台位移;②基础承载能力差,墩台不均匀沉陷;③超载使用,或桥面加厚;④施工质量差;⑤施工拱架的强度不够,预拱度不足,造成拱轴线偏离,产生较大附加内力。2)病害对原结构的影响。圬工拱桥一般是按无铰拱设计的,如果拱圈出现横向裂缝后发展到拱厚的一定深度,开裂面的抗弯惯矩将大大降低,相当于形成铰,改变了原结构体系,同时内力也发生变化,结构的稳定性降低。如出现多条横向裂缝、形成三铰以上时,将导致结构失稳破坏。可见,拱圈横裂是拱桥最严重的病害。112主拱圈的纵向开裂病害1)病害原因分析。通过综合分析,病害的主要原因有:①拱上侧土压力的作用。②结构本身的特殊受力因素,如弯桥受离心力作用,斜桥的钝角与锐角部分受弯受扭相差较大。③横截面刚度不均匀,相应变形不均匀,在荷载作用下,中间拱宽段变形大,下缘因拉应力较大而开裂,形成纵向裂缝。④拱上侧墙与桥台侧墙连为一体,在较大的侧土压力作用下,桥台发生侧向受力变形。⑤墩台的不均匀下沉开裂。2)病害对原结构的影响。归纳纵向开裂的原因,主要有:①结构本身的横向抗力差;②外界的一种或几种不利的横向力过大,当超过拱圈横向抵抗强度则导致纵向开裂破坏。拱圈产生纵向裂缝后,结构的整体性被破坏,纵缝两侧拱圈的受力、变形不均匀,局部部位的内力将增大。由于纵缝使横向受力性能减弱,在横向力增大的情况下,纵缝将继续发展,最终会导致完全无横向的共同作用,降低拱桥的承载能力。而拱头石开裂后,不能参与主拱承受活载,拱圈截面积减少,内力增大;若开裂严重而形成分离后,则类似一条肋拱,在偏载或横向力作用下,外侧将因失稳而倒塌,并牵连拱上建筑损坏,及至结构不能使用。113拱上侧墙病害1)侧墙常见的病害有3种:①侧墙竖向开裂。常见于L?4附近。由于侧墙与桥台翼墙或侧墙之间未留变形缝,变形不一致引起。②侧墙与拱圈的结合面脱裂和水平开裂。由拱上侧墙与台后侧墙之间未留变形缝且砌筑质量不好引起。③侧墙外凸。由于砌筑质量差,抗推稳定性不够,在侧土压力下形成外凸。2)病害对原结构的影响:由于实腹拱的拱上侧墙有参与主拱共同受力的作用,侧墙出现较严重的病害后,一方面降低了原拱圈的超载潜力;另一方面直接造成侧墙本身的破坏并牵连桥面系破坏。114墩台病害1)墩台的病害形式较多,有前墙竖裂,侧(翼)墙开裂,错动,均匀沉陷,墩台位移等。在国道207线上约有1?4的石拱桥桥台前墙发现竖向裂缝。引起墩台竖裂的因素有以下几种:①较大的拱脚反力。②基础不均匀下沉。③与主拱圈纵向开裂有关。2)墩台竖裂使结构整体性受到破坏,整体受力性能降低。桥台前墙开裂及墩台变形,对上部结构的使用影响极大,需考虑对结构进行加固。2钢筋砼T形梁桥主要病害原因及其影响211主梁开裂病害1)病害原因分析。①超载使用。因原设计荷载标准较低,达不到使用要求;另外,设计上横向联系普遍薄弱,降低了活载的横向分配,使单根梁受力增大,也造成超载。②钢筋与砼之间的粘结性能差。多数开裂严重的T形梁桥的主筋均采用é级光圆钢筋绑扎骨架,就地浇筑。③施工质量差以及砼强度低于设计值。④附加内力过大。由于支座约束,墩台沉降、梁轴线扭曲等产生过大的附加内力。2)病害对原结构的影响。①结构上出现裂缝后,空气中的腐蚀性气体进入,使梁内钢筋锈蚀,影响结构的耐久性。②对截面强度有削弱的病害裂缝,发生在控制设计断面附近,将使结构承载力降低。212横向联系开裂1)所检T形梁桥,横向联系的横隔板,大多都出现裂缝,主要发生在横隔梁中部。原因主要有以下几种:①横梁受力较大而设计强度不够;②主梁刚度差,存在病害,增大了横梁受力;③构造钢筋较少,混凝土质量差,强度低;④混凝土收缩,温度变化产生较大的附加内力。2)病害对原结构的影响。横梁开裂后,截面惯矩削弱很大,横梁刚度降低,单根主梁受力增大,降低了结构的承载能力。3钢筋砼板桥主要病害原因及其影响纵向开裂是整体式板桥的一种普遍病害。裂缝宽度在012～2mm之间,开裂位置居于板宽约1?3处或1?2处。通过结构计算和分析,笔者认为产生纵向裂缝的原因有以下几种:①与宽跨比有关,小跨径整体板桥的桥宽一般不少于7m,宽跨比大于1。整体板受力为双向受力状态,且横向内力较大,应按双向受力设计。②荷载的偏载作用。③支承不平整和墩台不均匀变形下沉。④温度变化和混凝土收缩的影响。纵向裂缝出现后,裂缝截面的刚度明显降低;对荷载的横向分配的影响较大。4双曲拱桥主要病害原因及影响由于双曲拱桥在设计理论、施工方法上存在一些问题,加之养护不当等因素,致使双曲拱桥出现了一些必然的结构病害,其中以拱波开裂,拱肋与拱波结合面开裂,腹拱圈开裂等现象较为普遍。411拱波纵裂病害1)病害原因分析。拱波纵裂部位一般在波顶,开裂范围主要在L?4～3L?4拱跨区段。引起拱波开裂主要因素有以下几种:①拱圈的横向联系内有较大的内力。②横向联系设计薄弱,拱波参与横向分配传力作用较大。③拱圈各单元受力不均匀,变形相应不均匀,引起拱波开裂。④拱波预制质量差,砼强度低。2)病害对原结构的影响。由于在主拱圈结构中,拱波在纵、横向都受力,拱波出现病害后,将降低主拱圈的承载能力。412拱肋与拱波结合面的开裂病害1)病害原因分析。我市早期修建的部分双曲拱桥,其主拱圈的拱肋使用矩形截面,这类截面的拱肋与拱波结合面为通缝,结合面较小且主要用砂浆砌筑连接,在拱顶区段是正弯矩控制设计。该结合面位于受拉区,拱圈受力与曲梁受力相似,在拱肋承受拉应力时,在拱肋外弧出现法向拉应力,法向拉应力较大时,使结合面开裂。除此之外,还有如下因素:①结合面上较大的法向拉应力或较大的剪应力。②参与横向分配荷载而受力。③拱圈单元变形不均匀而受扭。④由于肋、波、板混凝土的龄期差,强度差,温度差等,出现收缩而产生一定的附加应力。⑤施工质量差,砂浆不饱紧。⑤立模:先立排架,再立拱架,施工顺序从后往前。立好模后,立即用圆木将其与围岩撑紧,间距115m。⑥安装钢花拱:从后往前,自下至上依次安装,边安装边浇砼。⑦钢花拱安好后,即组织快速浇砼。浇墙时,边浇砼边用浆砌片石将墙背回填密实;浇拱时,按设计预埋好超前钢轨,一端搭在拱上(50cm),一端安在台车前端钢轨拱上,钢轨铺在衬砌砼上面。然后按处理方案回填拱顶,衬砌完成后出碴,继续下一循环。5强调几点注意事项处理大塌方是很危险的工作,全体施工人员要牢固树立“安全第一”的思想,坚持“预防为主”的原则,坚决做到以下几点。1)隧道施工遇地质不良地段,首先应以预防塌方为主。在施工中应根据设计文件,借助必要的勘察手段,确切掌握地质情况,制订切实可行的施工方案并严格组织施工,此外还应加强围岩观察分析,发现问题及时采取可靠的补救措施。2)安全生产制度健全、落实。3)全体施工人员熟悉掌握工地现状和施工处理方案,有强烈的自保互保意识,并有一定的工作经验。严格按“三大规程”进行施工。4)保证临时支撑、超前掩护、初次衬砌和二次衬砌的质量,决不马虎。5)整个塌方的处理时期要有专人分班24h巡视观察顶板,发现情况及时汇报处理。施工过程中要有专人统一指挥、调度。6)严禁人员(特别是装载机司机、汽车司机、喷射手)处在裸露的围岩下作业。6结语1)由于采取了可靠的安全防范措施和合理的施工方案,保证了施工安全。塌方处理过程中虽出现过筑模台车被轻度砸坏,但未出现重伤及以上伤亡事故。2)该段塌方处理历时2个月,比计划时间提前了1个月,节约了工期,并大大减少了业主的投资。3)由于采取了增加衬砌强度、采用E型高强度防水剂防水、保证浇砼和回填质量等措施,保证了工程质量。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
