常見橋梁病害及橋梁加固的探討
2011-07-18 來源：網絡
隨著交通運輸事業(yè)的發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，尤其是拖掛運輸、集裝箱運輸、個體戶載重貨物運輸等重型車輛日益巨增，特種工程車如礦山運載車、大型平板車亦不時出現。現有公路橋梁中相當一部分，特別是年代較遠的低等級載荷橋，已遠遠不能滿足使用上的要求。
至目前，我國公路通車里程已達175.8萬公里，高速公里路程達2.58萬公里，躍居世界第二，建成的永久性橋梁在29萬座以上，1982年以前建成的橋梁約13.6萬座，大部分是按1972年以前部頒標準建造。絕大部分已滿足不了當前使用上的要求，成為三、四類橋梁。
對于三、四類橋梁則必須進行維修加固。否則即是一半新建，其耗資也是巨大的；八十年代的美國估算，40%的病危橋梁重建，耗資亦需3000億美元，造成不可能實現的情況。因而，加強橋梁養(yǎng)護、維修及病危橋梁的加固，力求充分利用，延長其使用壽命，以滿足交通運輸發(fā)展的需要。依國內外所積累的經驗表明，舊橋加固所需資金為同期新建橋梁的10～30%左右，所以說，適時合理地加固舊有橋梁，其經濟效益是十分顯著的。
此外，現有橋梁往往需要應對特殊載荷的需求，一個特大構件的運輸，新建一條臨時便道的投資很大，沿已有道路運輸雖則方便，但橋涵的通行能力便成了控制因素，為了安全可靠地利用已有公路，則對橋涵進行檢查，施行臨時加固，采取科學對策是十分重要的。
因而，正確掌握既有道路上所有橋涵的結構形式、力學性能、現有狀態(tài)、潛在能力、安全儲備是很必要的。一則依可支配資金合理分配，及早進行橋梁的健康診治；二則依交通流的增長，發(fā)展及早適時的安排后續(xù)工程；其次以應對突發(fā)事件（重型超設計載荷、地震、風災、洪水、車輛船舶撞擊等），采取措施及時處理。為此，應建立一整套現有橋梁管理系統(tǒng)，掌握現有橋梁性能，進行現代化管理。以提高其決策的科學性、正確性、及時性。
一、橋梁檢查的目的和意義
1、檢定現有橋梁的實際承載能力，為橋梁的使用及維修加固提供必要的依據
近年來隨著我國工業(yè)化進程的加快，特大型工業(yè)設備運輸、集裝箱運輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運行，都給現有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標準規(guī)定的荷載等級設計建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現，更是造成這些橋梁雪上加霜。現有道路上的橋梁由于營運使用多年，主要部位出現缺陷，如裂縫、錯位、沉降等，通過對現有橋梁進行檢查，了解其各部位損壞的程度，核定其承載能力，為橋梁的維修加固提供必要的依據。
另外，當橋梁遭受特大災害時，如因地震、洪水等而受到嚴重損壞或在建造、使用過程中發(fā)生嚴重缺陷（如質量事故、過度的變形和嚴重裂縫以及意外的撞擊受損斷裂等），均須通過對其檢查，核定其承載能力。為橋梁的管養(yǎng)提供可靠依據。
2、建立和積累必要的技術資料，建立橋梁養(yǎng)護數據庫
現有橋梁大多資料不全，尤其是年代久遠的橋梁，更是缺乏資料，需要通過檢查，重新建立和積累技術資料，系統(tǒng)地收集這些橋梁技術數據，建立橋梁數據庫，為加強科學管理和提高橋梁管養(yǎng)技術水平提供必要條件，并能指導今后的橋梁養(yǎng)護、加固、與維修工作。
3、檢驗橋梁的結構質量，確定工程的可靠度，推動和發(fā)展舊橋評定及新結構的計算理論
通過對現有橋梁的檢查，對于一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后，可評定其設計及施工質量，確定工程的可靠度；對采用新型結構的橋梁，可驗證理論的實踐性和可靠性，進一步發(fā)現問題，總結經驗，以便對結構設計理論及結構形式加以改進，使其更臻完善；對經過維修加固的橋梁，可檢驗維修加固質量，并驗證加固方案的合理性與可靠性。
通過檢查，還可了解橋梁實際受力狀態(tài)，判斷結構的安全承載能力和使用條件。
二、橋梁檢查種類
橋梁檢查的種類分為經常性檢查、定期檢查和特殊檢查三種。
經常性檢查由路段檢查人或橋梁養(yǎng)護人員進行巡視檢查。目的是確保橋梁結構功能正常，使結構能得到及時的養(yǎng)護和緊急處治，對一些重大問題作出報告。該項檢查的特點是檢查人員有機會在各種天氣情況下對橋梁進行觀察。
定期檢查是對橋梁結構的質量狀況進行定期跟蹤的全面檢查。通常是依靠富有經驗專職橋梁檢查工程師，以目視觀察為主，輔以必要的工具、常規(guī)測量儀器、照相機和其他器材等手段，實地判斷病害原因，作出質量狀況評分，并估計需要維修的范圍及方法，或提出限制交通的建議。對需要進一步查明原因或繼續(xù)觀察的缺損部件，提出特殊檢查或下次檢查的時間要求。
特殊檢查是因各種特殊原因由專家們依據一定的物理、化學無破損檢驗手段對橋梁進行的全面察看、測強和測缺，旨在找出損壞的明確原因、程度和范圍，分析損壞所造成的后果以及潛在缺陷可能給結構帶來的危險。通常在下列四種情況下需對橋梁進行特殊檢查：（1）有必要使用特殊設備或專門技術對定期檢查作補充時；（2）在進行復雜和昂貴的維修前，須查出定期檢查中未能發(fā)現的損壞情況時；（3）在發(fā)生特殊事件后，如地震、洪水災害、采空區(qū)塌陷、巖溶損害、撞擊事故和超重車輛過橋后；（4）需要使用特殊儀器需作特別詳細記錄的檢查，擬評定結構實際狀況時。特殊檢查一般由現場檢查和實驗室測試分析兩大部分組成。
三、橋梁現場病害的檢查
橋梁結構的使用效能及耐用年限，主要由設計、施工和所用材料質量而定。由于設計、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷使橋梁結構在先天上存在著某些薄弱點。另外，橋梁在營運使用中又會受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影響往往疊加在一起，再遇上荷載和外力的臨界組合，很容易使橋梁發(fā)生不可預見的損壞。一處或某幾處局部的損壞又可能產生連鎖反應，波及到更多的位置，發(fā)展成更大的損壞，乃至危及橋梁的安全。所以，橋梁檢查就是要及時發(fā)現早期病害，在尚未出現更大損傷之前就能采取維修養(yǎng)護措施，以控制病害發(fā)展或把病害清除，從而確保橋梁的正常使用。
要及時發(fā)現橋梁結構的病害，就必須對橋梁進行檢查。橋梁結構的檢查，是保證橋梁正常使用、進行維修加固的重要依據。沒有正規(guī)的檢查就不可能有合理的維修。病害發(fā)現得越早，維修工作量就越??；發(fā)現得越晚，維修工作量就越大。檢查不及時或不充分就有可能使橋梁病害得不到發(fā)現而潛藏著隱患。因此，檢查橋梁結構的目的在于隨時掌握結構的技術狀況和安全狀態(tài)，總結設計、施工、使用和維修的經驗和教訓，檢定現有橋梁的承載能力和通行能力；指導對橋梁的正確使用、管理與維修等。
舊橋現場的外觀調查是通過橋梁檢查人員的目測及有關量測儀器對橋梁進行全面細致的檢查，以便發(fā)現橋梁的缺陷或損傷的外部跡象，并分析其產生的原因。同時要測量橋梁主要承重結構構件的實際幾何尺寸。對于鋼筋混凝土橋梁，還要檢查鋼筋布置情況以及混凝土材料的有關性能。
盡管道路橋梁的結構形式較多，但是對舊橋現場的外觀調查工作的主要內容仍能歸納成幾個方面。
（一）、橋面系的外觀檢查
橋面系的外觀調查，可以按橋面系組成的四部分依次檢查。
一、橋面鋪裝的檢查
橋面鋪裝的功能是使車輛安全而舒適地行駛。當橋面鋪裝產生病害后，會產生如下后果：
1、鋪裝粗糙度不足或鋪裝層脫落，容易引起大的交通事故；
2、由于橋面鋪裝不平整等引起汽車車輛對橋梁的沖擊效應增大，使橋面板等結構的耐久性降低；
3、在伸縮縫的前后，橋梁鋪裝層與伸縮縫裝置之間的高低差不僅促使鋪裝本身的破壞，而且會促使伸縮縫裝置的破壞。
作為橋面鋪裝的外觀檢查首先是調查橋面鋪裝的類型，然后調查鋪裝層存在的主要缺陷。
瀝青橋面鋪裝的主要病害有：輕微裂縫（發(fā)狀或條狀）、嚴重裂縫（龜裂、縱、橫裂縫）、坑槽、車轍、擁包、磨光和起皮等。此外，瀝青橋面鋪裝應保證足夠的平整而粗糙，過分光滑雨天易使車輛打滑。
水泥混凝土橋面鋪裝的主要病害有：裂縫、剝落、坑洞、磨光等。
關于橋面鋪裝缺陷與損傷的外觀檢查方法、項目、記錄格式及初步評定可參照《公路養(yǎng)護技術規(guī)范（JTJ073-96）》中有關條文進行。
二、伸縮縫裝置的檢查
伸縮縫設置于梁端構造較弱部位，因直接承受車輛的反復荷載，故最易遭受破壞。隨著交通量的增大，重車增多，這些老的伸縮縫裝置的破壞逐漸增多。這不僅妨礙行駛性能，而且會發(fā)展到引起結構本身的破壞，如橋面伸縮縫的損壞，使水向下滲漏從而影響梁體端部結構和造成支座銹蝕等破壞。
伸縮縫裝置的損壞往往還會引起駕駛員心理上不快，從而可能引發(fā)駕駛事故。
各種伸縮縫裝置一般具有的缺陷往往表現在伸縮縫本身的破壞損傷、錨固件損壞、接頭周圍部位后鋪筑料的剝落、凹凸不平等等，這些缺陷也成為伸縮縫處漏水的原因，從而加速支座和結構本身的惡化。
對于常見道路橋梁伸縮縫類型，伸縮縫裝置本身的破壞損傷見下表所示。
究其原因，不外乎有以下幾個方面：
1、設計方面：橋面板板端剛度不足；伸縮縫裝置本身剛度不足；伸縮裝置錨固構件強度不足；過大的伸縮量；后澆筑填料選擇有誤；伸縮量計算有誤。
2、施工方面：橋面板間伸縮間距的施工誤差；后澆筑料的管理不良；伸縮裝置安裝得不好；橋面板澆筑不良；支承臺做得不好。
3、其他因素：車輛荷載及頻率加大；橋面板老化；后澆筑填料老化；橋頭前后橋面凸凹不平；橋面清掃不徹底；支座、橋墩異常；災害事態(tài)發(fā)生。
對伸縮縫裝置的檢查主要是目測，必要時應量測破損的范圍，并在記錄中詳細描述。
三、橋面排水設施的檢查
橋面排水設施及橋面鋪裝的缺陷，往往導致橋面積水，引起車輛滑移，導致交通事故。
橋面排水設施的缺陷，在降雨和化雪時表現得最顯著，因而對橋面排水設施缺陷的檢查最好在此時進行。
橋面排水設施不良，除設計上可能考慮不周外，主要是排水設施本身被破壞以及塵土、樹葉、淤泥等堵塞排水設施，以致不能正常排水。
橋面積水往往會通過橋面鋪裝的裂縫等缺陷影響橋梁主要承重結構構件的耐久性能。
四、欄桿、扶手及人行道的檢查
主要檢查欄桿、扶手本身破壞情況以及相互連接處是否脫落，鋼制構件是否銹蝕、脫漆，對于人行道，檢查路緣石是否有破碎，人行道與橋面板連接的牢固程度，等等。
橋梁的橋面系狀況直接與行車、行人的安全和適用性能有關，同時橋面系中存在的缺陷也會促使橋梁主要結構構件工作性能的惡化。因而對它的外觀檢查還得與橋下的檢查緊密結合起來，才能取得較好的效果。
五、照明設備、交通設施檢查
檢查燈具完整性，電路正常否，燈柱有無損壞、銹蝕、變形、標志、標線是否完整、清晰、有效。
（二）、橋梁上部結構的檢查
橋梁上部結構是橋梁的主要承重結構，它往往由許多基本構件組成，例如梁、板、拱肋（片）等。因此對橋梁上部結構的檢查，就是對這些基本受力構件的工作狀況進行檢查。具體檢查工作內容如下。
一、基本受力構件缺陷及損傷檢查
根據橋梁結構形式、構件種類、建橋環(huán)境、施工質量以及使用情況等不同，在基本構件上缺陷產生的部位、種類和程度也不同。對于混凝土公路橋上部結構的基本構件，缺陷通常有混凝土開裂、剝離、斷面破損、鋼筋外漏及銹蝕、混凝土本身質量不足、異常變形等。其表現為表面裂縫、蜂窩、麻面、空洞、露筋、剝落、游離石灰、縫隙夾層等現象。
以鋼筋混凝土橋面板損傷破壞為例，說明其損害原因。
1、橋面板斷裂。大多因為（1）作用的車輛荷載過大。隨著近年來汽車的大型化，載重增加以及超載違章車輛的增加，對橋面板有很大影響的單車重力或輪荷載已超過了現有橋梁的設計荷載等級。（2）沖擊影響。由于橋臺下沉致使路橋接合處或由于伸縮縫的損壞等原因而出現高差，車輪經過時產生較大沖擊力。
2、橋面板碎裂。大多因為混凝土級配和施工質量不好而造成強度不足、蜂窩麻面等缺陷，從而致使荷載作用下產生破壞。
3、由鋼筋銹蝕而引起的抗彎強度不足遭到的破壞。橋面板裂縫，雨水下滲，從而鋼筋再次銹蝕，加劇其損害，形成惡性循環(huán)。
4、橋面板剛度不夠而引起的裂縫。由于橋面板較薄，因此在車輪荷載作用下容易引起較大的變形以致產生較大的裂縫。
5、由主梁的影響而引的破壞。（1）連續(xù)梁橋、懸臂梁橋、桁架拱的橋面板由于主梁上部在荷載作用下（或基礎沉降）產生負彎矩或拉力，從而會出現裂縫，此類裂縫往往會反射到橋面。（2）主梁的不均勻沉降。由于基礎的不均勻沉降導致主梁沉降，由此影響到橋面，多出現縱向裂縫。
6、拱橋或箱梁（槽形梁）橋梁結構中采用小拱板或空心板做橋面板時，由于小拱板或預制的空心板強度不足或施工不良，與主梁連接不好，而引起板的折裂、破損、甚至掉落，形成空洞。
對于公路混凝土橋梁，由于某一缺陷日積月累的變化，加上環(huán)境影響，有擴大的危險。另外，在混凝土公路橋梁中，缺陷和原因不是一一對應的，不少情況是某一個原因為誘發(fā)源，其它則多為促進缺陷發(fā)展的原因。
因此，在基本構件的檢查中，一定要細心觀察，發(fā)現缺陷后，應結合觀察到缺陷的種類、部位、范圍及嚴重程度，從設計、施工及使用年限，使用狀態(tài)記錄出發(fā)，進行綜合分析，使之得到切合實際的初步判斷。
二、基本構件的橫向聯系檢查
橋梁上部結構的整體性是靠基本構件的橫向聯系來保證。
對于起橫向聯系的構件狀況檢查一般包括它們本身狀況檢查及它們與基本構件連接狀況的檢查。
對于梁式橋的橫隔板，應檢查橫隔板上的缺陷及裂縫情況，還應檢查連接鋼板是否外露、有無銹蝕現象等等。
對于雙曲拱橋，應檢查橫系梁（板）上的裂縫情況，檢查與拱肋連接處是否有脫離現象，還應檢查肋和波接合處情況等等。
對于桁架拱橋，應檢查橫隔板與主桁片、微彎板與主桁片的結合處情況等等。
三、基本受力構件及幾何縱軸線的檢查
一般量測基本構件的實際長度及截面尺寸。構件連接處的完整性及線形，可以采用隨機抽樣調查方法進行。
基本受力構件的變形（下撓扭曲側屈、位移等）及裂縫調查應重點深入。
基本構件縱軸線的檢查，對梁式橋，指的是主梁縱軸線向下撓曲的測量；對于拱橋，指的是主拱圈實際拱軸線形狀及拱頂變形量的測量?；緲嫾v軸線的檢查可以通過外表目測，發(fā)現有明顯變形時，再用精密儀器測量。
（三）、支座的檢查
梁式橋支座的作用，主要是將上部結構重量及車輛荷載傳遞給墩臺，并完成梁體所需要的變形。
支座上存在的缺陷往往會造成橋梁上部結構和墩臺的工作不良，造成較弱部位的某些損傷。
支座的病害大體有：
1、支座本身：止浮裝置的損害；限制移動裝置的損害；輥軸的偏移和下降；銷子和輥軸的破壞；支座構件裂痕；螺母松動；帶頭螺栓固定螺栓的脫落；滑動面、滾動面銹死；下底板的破裂；各構件的腐蝕；插座相互間接觸。
2、支座底板：錨栓切斷；填充砂漿裂縫；支座底板混凝土碎裂；支座墊石壓壞、剝離。
因此，對橋梁支座的檢查應進行以下幾個方面的內容：
1、簡易墊層支座的油氈是否老化破裂；
2、鋼板滑動支座和弧形支座是否干澀、銹蝕；
3、擺式支座各部分相對位置是否正確，受力是否均勻，鋼筋混凝土立柱是否損壞；
4、橡膠支座是否老化、變形，位置是否正確；
5、滑動鋼盆橡膠支座的固定螺栓有無剪斷破壞，螺母有無松動；
6、活動支座是否靈活，實際位移是否正確；
7、是否有對于滑動面、滾動面夾雜塵埃和異物，以及防水裝置和排水裝置等的缺陷而產生的漏水、溢水等。
（四）、橋梁墩臺的檢查
橋梁墩臺的檢查主要是墩臺身缺陷及裂縫檢查，墩臺變位（沉降、位移、傾斜）的檢查。
對于鋼筋混凝土的墩臺身來講，比較常見的缺陷是混凝土的凍漲引起剝離、混凝土的風化、掉角及船只碰撞造成的表面混凝土擦痕、露筋、支座下混凝土局部承壓而造成損壞；比較常見的裂縫形態(tài)是墩臺身沿主筋方向的裂縫或沿箍筋的方向的裂縫（這些裂縫一般數量不多）、蓋梁上與主筋方向垂直的豎向裂縫。
對于磚、石及混凝土的墩臺身來講，比較常見的缺陷是砌體的砌縫砂漿風化、大體積混凝土內部的空洞引起的破損等；比較常見的裂縫形態(tài)是墩臺身的網狀裂縫及豎向裂縫（沿墩臺身高度方向發(fā)展延伸）。
橋梁墩臺身缺陷及裂縫檢查，可以采用目測或借助于一些工具（例如用小錘輕敲以檢查表面風化程度、剝落情況及內部空洞，用讀數顯微鏡檢查裂縫最大寬度等）來完成。
對于墩臺的沉降、位移和傾斜情況的檢查，一般可以先由目測并結合橋梁上部結構檢查進行初步判斷。例如對于簡支梁橋，當上部結構檢查發(fā)現主梁在墩頂傾斜、伸縮縫頂死的情況，可以初步判定橋墩可能有傾斜或不均勻沉降；對于雙曲拱橋，當主拱圈檢查中發(fā)現拱頂下沉較多及主拱肋上有較多的徑向裂縫，那么也可以初步認為橋臺可能有水平位移存在。再進行詳細調查。
橋梁墩臺的沉降量詳細檢驗用精密水準儀測量，嚴格按國家一、二等水準測量規(guī)定進行，并應閉合在兩岸的永久水準點上。觀測點一般選在墩臺頂面的兩端，其觀測標志可用在墩臺上埋置的鉚釘頭作為水準觀測點。
橋梁墩臺的傾斜情況詳細檢查可以在墩臺上設置固定的鉛垂線測點，用全站儀或吊垂球測定墩臺傾斜度。
中小跨度橋梁墩臺水平位移的觀測可用特制的鋼線尺固定拉力作懸空丈量，直接將丈量結果與竣工資料比較。鋼線尺最好是銦鋼制成，以免氣溫變化的影響。
對于拱橋墩臺水平位移的檢查，可用如下方法：
1．若有完整的竣工資料，橋臺水平位移可根據小三角測量求得跨徑，與竣工時跨徑值比較得到；
2．若沒有竣工資料，則需要根據實測拱軸線取得拱頂的下沉量，扣除因設預拱度不夠而下沉得到的差值，再以此除以拱頂處推力影響線坐標，可以得到橋臺的水平位移的估算值。
（五）、橋梁基礎的檢查
對于墩臺基礎的檢查，主要指墩臺基礎的沖刷情況和缺陷情況的檢查。
在水中的橋墩，因為直接阻水，除了一般的沖刷以外，還有局部沖刷，在橋墩處形成局部漏斗形河床。當河床為厚砂礫卵石層時，因水流帶動砂礫石運動，會對鉆孔灌注樁造成嚴重的磨損，甚至使樁中鋼筋外露。特別是在地面或低水位以下、凍結線以上或沖刷線附近，基礎或墩身常有環(huán)帶狀腐蝕，基礎周圍表面松散，嚴重者使混凝土形成空洞。
對于混凝土或漿砌片石擴大基礎，主要缺陷是基礎松散破裂和基礎下沖空。
當橋梁墩臺有傾斜、位移或在活載作用下墩頂位移較大時，往往可能是基礎有病害，應進行挖探檢查：
1、在河床無水或淺水墩臺，可設圍堰防水直接挖至基礎檢查；
2、對于流速不大的深水墩臺，可用圍堰、封底進行抽水進行檢查。
另外還有激光探測和振動檢查方法，可以用來檢查墩臺基礎中裂縫、斷裂、沖空等病害。
建立在天然地基上的淺基礎常見的病害有：埋置深度淺、易受沖刷而掏空；埋置深度不足，受凍害影響；地基不穩(wěn)定，易產生滑移或傾斜。
建立在巖石上的基礎常見的病害有：基礎置于風化石層上，風化部分未處理好，經水流沖刷而掏空或懸空；受地震時的剪切作用，易產生裂縫。
人工地基基礎因處于軟弱地基上，在豎向荷載作用下壓實沉陷，使基礎下沉。
木樁基礎，地下水位下降時，樁身常腐蝕。
鋼筋混凝土打入樁基礎：打樁時，樁身受損壞；受水沖刷、浸蝕，產生空洞、剝落等；受船只或其它漂浮物的撞擊而損壞。
鉆挖孔樁基礎。施工時淤泥未完全清除，就灌注混凝土，而使形成后的基礎下沉；施工不當，或受水沖刷、浸蝕而產生空洞、剝落、鋼筋銹蝕等；灌注混凝土過程中發(fā)生塌孔而未作處理，樁身部分脫空；受外力撞擊而產生破壞。
管樁基礎。承載力不足而使基礎產生下沉。
沉井基礎。地基下沉時，基礎也產生一些下沉；基礎下沉不均時，或橋臺臺背高填土受地基土側向流動的影響時，基礎產生滑移、傾斜；中間層為弱粘土層時，由于附近施工挖基坑和填土等而變位，常使基礎變位；由于沖刷，沙層被沖走或由地震而使地基液化，使基礎變位。
總之，橋梁現場病害的發(fā)生不是一朝一夕可以完成的。而是由多種因素綜合影響的結果。一種病害的發(fā)生往往引起連鎖反應，其它病害也會隨之而來。因此，在對橋梁進行養(yǎng)護管理時，時常檢查，對出現的細微異?，F象引起注意，細致觀察，詳細記錄。不失是一種防微杜漸的好方法。
