【學(xué)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(shù)是在解放初期或建國初期修建的,經(jīng)過多年的改建形成現(xiàn)有的路線。這些干線上的橋梁,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低,荷載等級低于現(xiàn)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(yīng)提高。由于承載能力較低,有些橋梁的設(shè)計又不盡合理,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)和營運(yùn),我們對全市干線公路上的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(diǎn)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(cè)或兩側(cè),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(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,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)計要求。這些石拱橋在使用后將會有橫向裂縫出現(xiàn)。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(yīng)開裂,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)有明顯可見的橫向裂縫�？梢�,拱圈的橫向裂縫不完全是由荷載引起的,還與設(shè)計施工及結(jié)構(gòu)自身因素有關(guān)。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(chǔ)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(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)病害對原結(jié)構(gòu)的影響。圬工拱橋一般是按無鉸拱設(shè)計的,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,將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。可見,拱圈橫裂是拱橋最嚴(yán)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(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)力較大而開裂,形成縱向裂縫。④拱上側(cè)墻與橋臺側(cè)墻連為一體,在較大的側(cè)土壓力作用下,橋臺發(fā)生側(cè)向受力變形。⑤墩臺的不均勻下沉開裂。2)病害對原結(jié)構(gòu)的影響。歸納縱向開裂的原因,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大,當(dāng)超過拱圈橫向抵抗強(qiáng)度則導(dǎo)致縱向開裂破壞。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,最終會導(dǎo)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(nèi)力增大;若開裂嚴(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)墻常見的病害有3種:①側(cè)墻豎向開裂。常見于L?4附近。由于側(cè)墻與橋臺翼墻或側(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)合面脫裂和水平開裂。由拱上側(cè)墻與臺后側(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墩臺病害1)墩臺的病害形式較多,有前墻豎裂,側(cè)(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(xiàn)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(chǔ)不均勻下沉。③與主拱圈縱向開裂有關(guān)。2)墩臺豎裂使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的使用影響極大,需考慮對結(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主梁開裂病害1)病害原因分析。①超載使用。因原設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低,達(dá)不到使用要求;另外,設(shè)計上橫向聯(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)開裂嚴(yán)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(zhì)量差以及砼強(qiáng)度低于設(shè)計值。④附加內(nèi)力過大。由于支座約束,墩臺沉降、梁軸線扭曲等產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力。2)病害對原結(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對截面強(qiáng)度有削弱的病害裂縫,發(fā)生在控制設(shè)計斷面附近,將使結(jié)構(gòu)承載力降低。212橫向聯(lián)系開裂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)病害對原結(jié)構(gòu)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(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(jié)構(gòu)計算和分析,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。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(xiàn)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(shè)計理論、施工方法上存在一些問題,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,其中以拱波開裂,拱肋與拱波結(jié)合面開裂,腹拱圈開裂等現(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(lián)系內(nèi)有較大的內(nèi)力。②橫向聯(lián)系設(shè)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(yīng)不均勻,引起拱波開裂。④拱波預(yù)制質(zhì)量差,砼強(qiáng)度低。2)病害對原結(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。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,在拱肋外弧出現(xiàn)法向拉應(yīng)力,法向拉應(yīng)力較大時,使結(jié)合面開裂。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,邊澆砼邊用漿砌片石將墻背回填密實(shí);澆拱時,按設(shè)計預(yù)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(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)注意事項(xiàng)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(yù)防為主”的原則,堅決做到以下幾點(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)問題及時采取可靠的補(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,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)整個塌方的處理時期要有專人分班24h巡視觀察頂板,發(fā)現(xiàn)情況及時匯報處理。施工過程中要有專人統(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(xiàn)過筑模臺車被輕度砸壞,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(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。

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