橋梁檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的病害對(duì)設(shè)計(jì)的啟示
2014-07-10
作者：賀智功
（四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院成都610041）
【摘要】結(jié)合舊橋結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)工作,對(duì)一般性橋梁（拱橋、梁橋）的橋面系及附屬設(shè)施、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及吊桿拱橋的吊索的所發(fā)現(xiàn)的病害進(jìn)行病因分析,并從設(shè)計(jì)的角度提出預(yù)防措施。
【關(guān)鍵詞】橋梁檢測(cè);橋梁病害;設(shè)計(jì);措施
【中圖分類號(hào)】U446 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B
1概況
橋梁結(jié)構(gòu)的使用效果和壽命,主要由設(shè)計(jì)、施工和所用材料的質(zhì)量而定。受當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)的局限,設(shè)計(jì)、施工和所用材料可能存在某些缺陷,這些缺陷使橋梁結(jié)構(gòu)在先天上存在著某些薄弱點(diǎn)。另外,橋梁在運(yùn)營(yíng)中又會(huì)受到不可避免的人為損壞及各種大自然侵蝕,帶來(lái)后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影響往往結(jié)合在一起,再加上荷載和外力的最不利組合,很容易使橋梁發(fā)生不可遇見(jiàn)的損壞。一處或某幾處局部的損壞又可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng),波及到更多的位置,發(fā)展成更大的損壞,乃至危及整個(gè)橋梁的安全。所以應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁的早期病害,在尚未出現(xiàn)更大的損傷之前就應(yīng)采取維修養(yǎng)護(hù)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,這是當(dāng)代每一位橋梁工作者的神圣職責(zé),也是在工作中貫徹“科學(xué)發(fā)展觀”的具體體現(xiàn)。要及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁及涵洞結(jié)構(gòu)的病害,就必須全面系統(tǒng)的檢查（測(cè)）,建立橋梁健康檔案;并對(duì)檢查（測(cè)）的病害進(jìn)行分類分析,找出病害的主要原因,作出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià),提出比較合理的處治建議,作為確保橋梁結(jié)構(gòu)正常使用、進(jìn)行維修加固的重要依據(jù)。幾年來(lái)在橋梁檢測(cè)方面進(jìn)行了以下工作:
?。?）完成了約500余座（特大、大、中、?。┡f橋結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)。
?。?）約30余座（懸索橋1座、連續(xù)梁、簡(jiǎn)支梁、拱橋）靜載、動(dòng)載橋梁荷載試驗(yàn)。
?。?）約500余道涵洞結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)等。
?。?）參與了拱橋、斜拉橋的施工監(jiān)控工作,并為獨(dú)立承擔(dān)橋梁施工監(jiān)控工作進(jìn)行了設(shè)備購(gòu)置、人員及技術(shù)儲(chǔ)備的準(zhǔn)備工作。
?。?）與單位合作編制完成了成渝高速公路橋梁信息管理系統(tǒng)并投入使用。
2檢測(cè)工作流程
3一般橋梁檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的病害分類分析
現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的典型病害情況歸納如下。
3·1橋面系及附屬設(shè)施
3·1·1橋面鋪裝
病害表現(xiàn)形式:出現(xiàn)裂縫、局部坑槽,防水層損壞,導(dǎo)致橋面滲水、行車顛簸。主要形成原因:橋面鋪裝與梁體表面結(jié)合差,形成“兩張皮”,未起到分散、連接作用（砼品質(zhì)差,屬于施工原因）;橋面鋪裝比較薄且不均勻（設(shè)計(jì)考慮）;橋面鋪裝的鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑小且間距稀疏（設(shè)計(jì)考慮）、超載（運(yùn)營(yíng)管理因素）等因素。
232008年第3期
病害發(fā)展會(huì)對(duì)全橋橋面板、主承重構(gòu)件的承載力、耐久性產(chǎn)生不利影響;鋪裝的好壞直接影響梁體的好壞。
3·1·2伸縮縫
病害表現(xiàn)形式:伸縮縫兩側(cè)高低不平、上下錯(cuò)位、伸縮縫部件缺損以及伸縮縫附近鋪裝露筋,伸縮縫損壞是比較普遍的現(xiàn)象。主要形成原因:在安裝過(guò)程中形成誤差（施工技術(shù)水平影響很大）;選擇不合適伸縮量的伸縮縫型號(hào)（設(shè)計(jì)考慮）;運(yùn)營(yíng)管理中的超載現(xiàn)象。病害發(fā)展會(huì)產(chǎn)生較為明顯的跳車現(xiàn)象,對(duì)梁體產(chǎn)生較大的沖擊力,如果加上支座病害的不利因素,
會(huì)對(duì)主承力構(gòu)件梁體產(chǎn)生極為不利的影響。伸縮縫出現(xiàn)缺陷后往往會(huì)出現(xiàn)如下幾種惡果:
?。?）使司機(jī)的心理不快;
?。?）可能成為引起交通事故的原因之一;
?。?）缺陷向結(jié)構(gòu)主體進(jìn)一步發(fā)展;
?。?）因噪聲而對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響;
（5）加大沖擊力,加速上部構(gòu)造的損壞。
3·1·3防撞墻及欄桿
病害表現(xiàn)形式:撞壞、局部砼缺損、局部護(hù)欄丟失、防撞墻砼表面產(chǎn)生豎向裂縫,水浸入鋼筋銹脹而使構(gòu)件裂縫加劇。主要形成原因:防撞墻及欄桿無(wú)必要的“生根”和足夠的抗撞推能力;未設(shè)置必要的溫度變化縫（設(shè)計(jì)考慮）;超載普遍、疏于日常維護(hù)（運(yùn)營(yíng)管理因素）。防撞墻及防撞護(hù)欄的病害雖然不妨礙交通,但會(huì)丑化橋容,使橋上交通缺少安全感,降低交通安全的舒適水平。因此,對(duì)防撞墻及防撞護(hù)欄的病害要及時(shí)修補(bǔ)。
3·1·4臺(tái)后銜接
病害表現(xiàn)形式:橋頭引道填土產(chǎn)生不均勻沉降、坑槽。
主要形成原因:未設(shè)置臺(tái)后搭板（設(shè)計(jì)考慮）;搭板設(shè)置不當(dāng)（搭板厚度、長(zhǎng)度不夠、配筋不足）;未達(dá)到臺(tái)后填土夯實(shí)的設(shè)計(jì)要求;未對(duì)搭板與路基的由剛性向柔性的緩沖過(guò)渡進(jìn)行處理;施工質(zhì)量差,超載（施工、運(yùn)營(yíng)管理因素）。
病害發(fā)生主要是由于搭板后面的路基不夠密實(shí),因此經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng),在搭板路基末端局部沉陷,形成坑槽,同時(shí)在對(duì)應(yīng)的搭板邊緣處鋪裝砼有一道橫向裂縫。由于坑槽的出現(xiàn),產(chǎn)生了較為明顯的跳車現(xiàn)象,對(duì)梁體產(chǎn)生較大的沖擊力,如果加上支座病害的不利因素,會(huì)對(duì)主承力構(gòu)件梁體產(chǎn)生極為不利的影響。
3·1·5排水及防水處理措施
病害表現(xiàn)形式:橋面積水。
主要形成原因:橋梁線型差（施工等原因）;排水設(shè)施處理不當(dāng)（如成都二環(huán)路成溫立交橋）。
病害發(fā)展會(huì)對(duì)橋梁耐久性產(chǎn)生不利影響,進(jìn)而影響使用和壽命。
3·1·6支座
病害表現(xiàn)形式:支座與梁體脫空,可直接取出;老化龜裂并變形。
主要形成原因:支座的缺少丟失、支座與梁體的脫空以及支座與墩臺(tái)帽的掏空現(xiàn)象大多系安裝施工質(zhì)量造成,而部分支座的老化龜裂及變形現(xiàn)象系運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生。
支座病害,在車流量大（超載車較多）、車速高的情況下,會(huì)加劇梁體的損壞,進(jìn)而影響整個(gè)橋梁的安全行車,因此在設(shè)計(jì)中考慮如何采取措施方案易于施工,保證施工質(zhì)量;同時(shí)在設(shè)計(jì)方案中通過(guò)計(jì)算分析,根據(jù)受力要求選取合適的支座型號(hào)（比如城市彎梁橋）。
3·2上部結(jié)構(gòu)
在檢測(cè)的上部結(jié)構(gòu)中,主要病害歸結(jié)如下:
?。?）簡(jiǎn)支梁橋面板鉸接縫連接差（包括橫置橋面板）;
（2）預(yù)應(yīng)力齒塊等局部開(kāi)裂（預(yù)應(yīng)力管道方向）;
?。?）寬板橋橫向布筋不足引起的縱向開(kāi)裂;
（4）大翼緣板負(fù)彎矩區(qū)橫向開(kāi)裂;
?。?）牛腿布筋不當(dāng)產(chǎn)生的受力裂縫;
以下分別就上述設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行描述。
3·2·1簡(jiǎn)支梁橋面板鉸接縫連接差
簡(jiǎn)支梁橋面板鉸接縫連接差在橋面上的反映是沿著橋面板的鉸接縫位置處橋面鋪裝開(kāi)裂、局部沉陷,出現(xiàn)單板受力的危險(xiǎn)狀態(tài),在超重車輛車軸經(jīng)過(guò)時(shí),極易造成梁體損壞,影響行車安全。從設(shè)計(jì)方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點(diǎn):
?。?）鉸接縫連接鋼筋弱,如鋼筋直徑小、等級(jí)低、間距稀疏;
?。?）橋面鋪裝與梁體表面結(jié)合差,形成“兩張皮”,未起到分散、連接作用;橋面鋪裝比較薄且不均勻,橋面鋪裝的鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑小、等級(jí)低、間距稀疏。此病害在成渝、成綿、隆納高速公路、一些城市橋梁中較為普遍,在各種橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或加固設(shè)計(jì)中主要要從以上兩點(diǎn)原因中進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
3·2·2預(yù)應(yīng)力齒塊等局部開(kāi)裂
在連續(xù)梁、斜拉橋梁體的頂板、底板上的預(yù)應(yīng)力錨頭齒塊經(jīng)常有沿預(yù)應(yīng)力管道方向的裂縫,從設(shè)計(jì)方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點(diǎn):
?。?）沿預(yù)應(yīng)力管道方向的橫向鋼筋布置間距稀疏,鋼筋較弱;
?。?）復(fù)雜受力宜通過(guò)局部應(yīng)力分析計(jì)算指導(dǎo)設(shè)計(jì)配筋。
3·2·3寬板橋橫向布筋不足引起的縱向開(kāi)裂
從設(shè)計(jì)方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點(diǎn):
?。?）橫向鋼筋弱,如鋼筋直徑小、間距稀疏;
?。?）空間雙向受力,應(yīng)以空間有限元分析進(jìn)行計(jì)算分析。
此病害在成都營(yíng)門口立交橋、江油市太白橋、三環(huán)路個(gè)別橋梁中存在,如果開(kāi)裂過(guò)多,會(huì)發(fā)展成坑槽、鋼筋網(wǎng)外露等更嚴(yán)重病害,嚴(yán)重影響橋梁整體使用壽命和行人行車安全,在橋梁設(shè)計(jì)方案中,對(duì)于寬板橋應(yīng)根據(jù)空間計(jì)算分析進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)。太白橋（江油市北環(huán)路流春橋）跨越安昌河,橫穿太白公園風(fēng)景名勝區(qū),是一座融功能景觀于一體的城市道路橋梁。該橋式孔跨為: 25·5m+2-43·5m+25·5m鋼筋砼連續(xù)“V”型斜腿剛構(gòu)式橋,兩端采用U形橋臺(tái),橋梁全長(zhǎng)146·9m。橋面凈寬為凈-14m行車道+2×3·0m人行道,全寬20·4m。橋面設(shè)置橫坡:行車道為1·5%人字排水坡;人行道為0·5%單向排水坡。該橋建于1991年,該橋主要病害為存在一條縱向貫通寬裂縫。經(jīng)查閱原設(shè)計(jì)圖,橫向鋼筋布置較弱,我們進(jìn)行了空間有限元分析,橫向應(yīng)力較大印證了出現(xiàn)縱向貫通裂縫的必然性。
3·2·4大翼緣板負(fù)彎矩區(qū)橫向開(kāi)裂
發(fā)生此類病害主要是由于大翼緣板的剪力滯后效應(yīng)未得到充分考慮,因此,在設(shè)計(jì)方案中應(yīng)充分考慮城市車道行車,若采用大翼緣板梁體設(shè)計(jì)方案,則應(yīng)加強(qiáng)大翼緣板負(fù)彎矩區(qū)的布筋情況。
3·2·5牛腿布筋不當(dāng)產(chǎn)生的受力裂縫在橋梁結(jié)構(gòu)中,牛腿是主要組成部分,一旦出現(xiàn)裂縫會(huì)對(duì)橋梁整體使用及行車安全產(chǎn)生不良影響,在設(shè)計(jì)方案中應(yīng)充分考慮牛腿的受力情況,按照實(shí)際受力特征加強(qiáng)布筋,使其在運(yùn)營(yíng)期間能正常工作并延長(zhǎng)使用壽命。
3·3下部結(jié)構(gòu)
在橋梁施工過(guò)程中,由于地基的承載能力不足,以及壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求等原因出現(xiàn)地基不均勻沉降和大體積砼自身的溫度收縮徐變因素,在橋臺(tái)部位出現(xiàn)豎向裂縫的現(xiàn)象較為普遍,所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)地基的極限承載能力驗(yàn)算,根據(jù)橋臺(tái)的受力分析,在實(shí)體橋臺(tái)的合理部位必需設(shè)置豎向沉降縫,以保證橋梁能安全的使用。
4吊索的銹蝕問(wèn)題
病害表現(xiàn)形式:鋼絞線銹蝕（參考成都市南河橋、清水河橋、星輝橋、達(dá)渝高速公路州河橋等檢測(cè)情況）。
主要形成原因:未有效阻隔空氣、水份,使鋼絞線銹蝕。
病害發(fā)展對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全極為不利。在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用新型吊索防護(hù)體系,提高索體的防腐性能,并對(duì)吊索的更換技術(shù)進(jìn)行研究。
5建議
（1）重視橋梁運(yùn)營(yíng)期間的健康檔案資料管理
從橋梁的設(shè)計(jì)、施工、竣工、運(yùn)營(yíng)、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)及加固等橋梁的全壽命過(guò)程中,全面建立檔案資料信息,科學(xué)管理我國(guó)日益龐大的橋梁資產(chǎn),根據(jù)橋梁的連續(xù)變化,便于準(zhǔn)確判斷病害原因,為科學(xué)決策提供依據(jù)。
（2）特大、大橋檢查通道、扶梯等檢查設(shè)備的設(shè)置。
89規(guī)范已經(jīng)規(guī)定:特大、大橋上部構(gòu)造應(yīng)設(shè)檢查通道、扶梯等檢查和養(yǎng)護(hù)用設(shè)備,以保證工作人員的工作和安全。高墩設(shè)置圍欄、扶梯,在連續(xù)剛構(gòu)箱體內(nèi)設(shè)置必要的防火、照明設(shè)施。若無(wú)以上設(shè)施,會(huì)給運(yùn)營(yíng)期間的檢查養(yǎng)護(hù)帶來(lái)不安全且增加較大費(fèi)用,建議在設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮檢查養(yǎng)護(hù)工作需要,設(shè)置必要的檢查通道、扶梯等設(shè)施。
