山區(qū)公路橋梁樁基病害原因分析及處治
2015-12-03
前言
受山區(qū)特殊氣候、地理地質(zhì)、人為因素等影響，以及橋梁施工質(zhì)量控制的原因，橋梁樁基容易出現(xiàn)各類缺陷、病害，如不及時(shí)處治，對結(jié)構(gòu)及行車安全將帶來不利影響，其處治需要從多方面著手。本橋通過全面分析，采用合理的維修處治方法，全面達(dá)得了預(yù)期的目標(biāo)。
一、山區(qū)公路和橋梁的特點(diǎn)決定了山區(qū)公路橋梁的技術(shù)和施工方面也具有獨(dú)特的特點(diǎn)，具體如下：一是橋梁占路線總長比例大， 路橋相間頻繁；二是橫斷面出現(xiàn)半路半橋形式；三是平縱技術(shù)指標(biāo)降低，甚至取規(guī)范的極值；四是所采用的施工工藝較為成熟；五是橋位周圍自然地理環(huán)境差，地面起伏大，坡度多大于45 度， 部分達(dá)到80度，局部形成峭壁懸崖或峽谷；六是相鄰墩柱（ 縱向、橫向） 相對高差大，一般工程柱高最小不到1.0m，最高達(dá)4.2m；七是施工環(huán)境惡劣，橋位偏僻，交通不便；八是機(jī)械化作業(yè)程度低，勞動力密集；九是多高空作業(yè)，工程蓋梁頂至地面最大高差為達(dá)47.2m；十是上部構(gòu)造多采用無支架式施工方法，如預(yù)制安裝法、懸臂現(xiàn)澆法等。
二、 缺陷和病害原因分析
影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素橋梁樁基的使用環(huán)境較其它混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境更為惡劣, 因此環(huán)境因素對樁基耐久性的影響也較為突出。橋梁工程需要設(shè)樁基的情況, 或是因?yàn)橐┰胶哟矊⒑奢d傳遞到基巖上, 或是因?yàn)樾璐┰讲涣嫉鼗鶎⒑奢d傳遞到深處堅(jiān)實(shí)的土層上。而不同的地點(diǎn)土性不同, 土所含的物質(zhì)不同, 地下水位或河道水位不同, 因此, 樁基使用環(huán)境的性質(zhì)隨著其所處的地點(diǎn)、區(qū)域的不同而有很大的差異; 一年季節(jié)的變化也會造成一定的差異。另外, 由于地下物質(zhì)的生化作用, 使用環(huán)境的性質(zhì)還可能逐年惡化。所有這一切均會對鋼筋起保護(hù)作用的混凝土產(chǎn)生影響,導(dǎo)致混凝土過早失去對鋼筋應(yīng)有的保護(hù)作用, 最終影響樁基的耐久性。所以, 在研究橋梁樁基的耐久性問題時(shí), 樁基的使用環(huán)境是一個(gè)必須加以考慮的因素。影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素是多元化的,主要影響因素可分為以下幾點(diǎn)。
1 土質(zhì)因素
對于樁基穿越的鹽漬土, 特別是含有大量易溶鹽的飽和土, 由于易溶鹽在施工時(shí)極易滲入橋梁樁基常用的灌注樁中, 對樁基的耐久性有較大的影響。而在樁基的使用過程中, 樁身極易出現(xiàn)鹽結(jié)晶, 這對樁基的耐久性亦有較大的影響。
2 河道水位因素
河道水位一年四季發(fā)生變化, 對于采用高樁承臺的樁基礎(chǔ)來說, 其對樁基的耐久性的影響就表現(xiàn)得更為突出。
3 季節(jié)及氣候因素
季節(jié)有雨季旱季, 氣候有降雨、冰凍及艷陽天。有些區(qū)域雨季地下水位高, 旱季地下水位低, 地下水位的變化不但使樁基的受力情況發(fā)生變化, 而且使地下有害物質(zhì)對樁基的作用發(fā)生變化。
4 荷載因素
橋梁傳給樁基的荷載較其它建筑物要大, 對于有些橋型, 不但對樁基有較大的垂直荷載, 且有較大的水平荷載。
5 水分入滲因素
由于橋梁樁基所處位置的特殊性, 其周圍一般水分較多。而混凝土本身有一定的滲透性, 使水分滲入樁體, 易于使樁內(nèi)鋼筋較快銹蝕。若樁基混凝土表面有明顯的氣孔與內(nèi)部空腔相連, 這種作用就更為嚴(yán)重。因此水分入滲因素對樁基耐久性也有較大影響。
6橋梁樁基施工方法對其耐久性的影響
橋梁樁基較多采用鉆孔灌注樁。但由于樁基多在水下施工, 不便監(jiān)視, 再加上影響正常施工和施工質(zhì)量的因素較多, 致使樁基出現(xiàn)“兩次澆注”, 樁身出現(xiàn)縮頸、夾泥斷樁和沉渣。所有這些均使地下有害物質(zhì)更易于腐蝕鋼筋, 使樁基的耐久性出現(xiàn)問題。
三、鉆孔灌注樁缺陷及病害預(yù)防措施
1加強(qiáng)橋梁施工質(zhì)量控制。
根據(jù)樁基病害原因的分析，鉆孔灌注樁施工時(shí)護(hù)筒的設(shè)置、鋼筋籠的定位、泥漿稠度控制、水下混凝土灌注質(zhì)量控制等是影響樁基使用質(zhì)量的主要因素。因此，在施工期間加強(qiáng)樁基施工質(zhì)量的控制，是防止樁基缺陷的關(guān)鍵。對護(hù)筒的設(shè)置， 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》( JTG/T F50 － 2011) 要求護(hù)筒埋置深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或樁位的水文地質(zhì)情況確定，一般情況埋置深度宜為2 ～ 4m，有沖刷影響的河床，應(yīng)沉入局部沖刷線以下不小于1. 0m。對水下混凝土灌注灌注，導(dǎo)管的埋置深度宜控制在2 ～ 6m。混凝土灌至樁頂時(shí)，應(yīng)注意管內(nèi)混凝土壓力，避免樁頂泥漿密度過大而產(chǎn)生泥團(tuán)或樁頂混凝土不密實(shí)、松散現(xiàn)象。
2加強(qiáng)橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性：
應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領(lǐng)域，國內(nèi)從20 世紀(jì)80 年代以來，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現(xiàn)倒塌或嚴(yán)重?fù)p害的例子很少，但已經(jīng)有多座橋梁因?yàn)槔鞯哪途眯詥栴}而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟(jì)損失。
3重視對疲勞損傷的研究
橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實(shí)際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災(zāi)難性的。
4充分重視橋梁的超載問題
汽車超載主要有三種情況；其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營；其二是橋梁通行的車流量超過原設(shè)計(jì)；另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加；后者是車輛使用者違法超載營運(yùn)，后兩種超載現(xiàn)象在我國公路運(yùn)輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。
5嚴(yán)格控制河砂的開采，強(qiáng)化河道管理和執(zhí)法力度。
近年來，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動，一些河流的河砂被大量無序開采，導(dǎo)致河床濫挖濫采，河床沖刷下切嚴(yán)重，影響橋梁的安全性能。河道管理部門除航務(wù)管理部門外，還有水利部門、國土部門等，多方管理形成管理力度不大，執(zhí)法效果不佳的局面。而《公路法》、《公路管理?xiàng)l例》僅賦予公路管理部門管理大中型橋梁周圍200m 范圍內(nèi)的采砂等活動，作用受限。
6完善橋梁樁基養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范。
現(xiàn)行《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》( JTG H10 － 2009) 、《公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》( JTG H11 － 2004) 中，對橋梁水中樁基檢查方法、檢查內(nèi)容的規(guī)定和要求較少。加之實(shí)際工作中通常采用潛水摸查，由于潛水員對橋梁專業(yè)知識的理解差異，可能會出現(xiàn)摸查表述問題，影響工程技術(shù)人員對樁基狀況的評定。對橋梁樁基檢查方法、檢查內(nèi)容應(yīng)有詳細(xì)的規(guī)范，以便于操作。
7根據(jù)山區(qū)氣候、地理地質(zhì)等特點(diǎn)，做好橋梁的日常養(yǎng)護(hù)工作。
特別是橋下水位變化情況、河床沖刷下切情況、外露樁基完好狀況等，要做好觀測記錄。發(fā)現(xiàn)河床沖刷后，應(yīng)及時(shí)采取拋石防護(hù)等措施，防止沖刷加劇。
結(jié)束語
對于橋梁建設(shè)單位來說，橋梁樁基工程的建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)系著整體橋梁工程的安全性以及使用壽命，也關(guān)系著橋梁工程的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在橋梁建設(shè)工程中提高橋梁樁基工程施工技術(shù)的控制及管理對于保障橋梁的使用安全性以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
