橋梁設(shè)計(jì)施工常見缺陷
2010-09-06
面對國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，交通運(yùn)輸任務(wù)日益繁重，交通量劇增、車行荷載加大。由于過去設(shè)計(jì)受到時(shí)代限制，施工受到材料局限，隨著橋梁負(fù)荷日益加重。橋梁結(jié)構(gòu)顯示出了各種各樣的缺陷，發(fā)生了這樣那樣的病害。
橋梁承載能力不足
橋梁設(shè)計(jì)荷載偏低
在我國公路事業(yè)的發(fā)展過程中，大量的橋梁是在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下建設(shè)的，現(xiàn)已不適應(yīng)當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要。當(dāng)年，在修建公路的時(shí)候，對于僅作為人行橋或馬車使用的古代和近代的橋梁，未作任何改造就加以利用，盡管大都有一定的潛力可挖，對于當(dāng)時(shí)荷載等級要求不高，行車密度較稀的交通狀況是能夠適應(yīng)的。但是隨著交通事業(yè)的發(fā)展相當(dāng)一部分老橋面臨著荷載等級偏低、承載能力不足的狀況，導(dǎo)致病害日益嚴(yán)重，成為危橋。
設(shè)計(jì)原因
設(shè)計(jì)上存在的問題，主要是結(jié)構(gòu)不合理、計(jì)算錯誤、施工圖不完善。
●結(jié)構(gòu)不合理。橋梁設(shè)計(jì)方案的選擇，是由當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件、施工技術(shù)和方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和使用要求等諸多因素所決定的。這里涉及到采用的結(jié)構(gòu)形式，如橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件的施工方式、橋梁截面形式，還有橋梁跨徑的劃分或墩高的處理等。如果這些結(jié)構(gòu)選擇或布局不合理，都會使橋梁在運(yùn)營過程中出現(xiàn)這樣那樣的缺陷。
●計(jì)算錯誤。在橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算中，由于計(jì)算錯誤等原因，可能給橋梁帶來先天不足問題。例如，在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的二次應(yīng)力、干燥收縮、徐變、拱橋卸載問題等計(jì)算時(shí)，由于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平不高、經(jīng)驗(yàn)不足、錯誤套用規(guī)范，或?qū)μ厥獠课坏奶幚聿划?dāng)，都會給橋梁日后運(yùn)營中埋下隱患。
●施工圖紙不完善。施工圖不完善主要表現(xiàn)在一些結(jié)構(gòu)的細(xì)致部位。例如鋼筋的接頭、鋼筋布置等細(xì)節(jié)標(biāo)注的不清楚，使得在施工中出現(xiàn)把接頭安置在彎矩最大處的不足等，這些都會成為日后發(fā)生缺陷的因素。
施工原因
施工是設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程。設(shè)計(jì)正確性與否、是否完善 在施工中都會得到檢驗(yàn)。同時(shí)，施工的質(zhì)量優(yōu)劣也將影響橋梁的整體性能。在橋梁建設(shè)中，盡管設(shè)計(jì)正確。但施工方法不當(dāng)、施工質(zhì)量控制不嚴(yán)、施工過程中遇到一些非預(yù)見性災(zāi)害，如洪水、地震等。常常導(dǎo)致橋梁承載能力降低，不能達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。由于施工原因，致使日后橋梁承載能力不足，其具體原因主要有以下幾個方面。
●材料質(zhì)量問題。在施工中所使用的混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋和砂礫等材料，質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求。是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷的內(nèi)在因素。
●施工質(zhì)量問題。在公路橋梁過程中，由于工種多、工序多，加之現(xiàn)場施工，每位施工人員往往要擔(dān)負(fù)多方面的工作。如鋼筋工、起重工、架子工和混凝土工等，稍有疏忽就會出錯，就有可能使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷。
●施工中的質(zhì)量事故。由于施工方法不當(dāng)、施工質(zhì)量控制不嚴(yán)。在施工過程中遇到非預(yù)見性的災(zāi)害，常常影響到工程質(zhì)量，導(dǎo)致橋梁的承載能力下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。
外界因素
車流量加大、重車增多，交通碰撞事故，地震、洪水的破壞，環(huán)境惡劣、化學(xué)腐蝕，周邊出現(xiàn)不均勻沉降等，都會使橋梁產(chǎn)生損壞。橋梁作為大自然中的一種結(jié)構(gòu)物，經(jīng)常會遇到各種各樣的意外災(zāi)害，如地震、火災(zāi)、沖撞事故等，使橋梁結(jié)構(gòu)受到損壞，承載能力下降。例如寧一杭線上的南渡橋，是單孔凈跨40m的飛鳥式雙曲拱橋，原橋?yàn)閮?+2×0.8m， 拱圈由8個整體澆筑的飛烏式拱波組成。拱軸系數(shù)m=2.814，矢跨比f/L=1/8。1970年建成后受到兩次地震破壞，腹拱損壞嚴(yán)重，主拱、腹拱腳均有裂縫出現(xiàn)，橫隔梁嚴(yán)重開裂，經(jīng)交通部抗震小組確定為危橋?？梢婋S著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量日益增加，不少原有橋的承載能力已不能滿足當(dāng)今的交通需要，成為我國現(xiàn)有橋梁面臨的主要問題之一。
常見裂縫產(chǎn)生的原因
裂縫是橋梁最常見的缺陷和主要病害，而病害往往是從裂縫形成而始。裂縫是結(jié)構(gòu)變形的結(jié)果，是橋梁狀況的外在表現(xiàn)。因此，重視裂縫研究，找出裂縫產(chǎn)生的原因。對于橋梁維修和加固有著直接的意義。
變形與形變
變形一般指的是結(jié)構(gòu)尺寸變化用符號δ表示。變形一般可分為兩種形式：自然變形和強(qiáng)迫變形。自然變形簡稱自變，指的是物體在自然條件下產(chǎn)生凝縮、溫度和濕度的膨縮和其他因素所引起結(jié)構(gòu)本身的收縮和膨脹現(xiàn)象，用l表示。自變形有兩種形式：結(jié)構(gòu)不受約束，則形變等于自變，δ=1；結(jié)構(gòu)受約束，則在某個方向形變小于自變：δ≤1。強(qiáng)迫變形指構(gòu)件在受約束條件下，自然變形受到一定阻力，在其所產(chǎn)生的形變，叫做強(qiáng)迫變形，簡稱迫變，用￡表示，并且￡=1-δ。
裂縫
裂縫產(chǎn)生原因：經(jīng)過對結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫分析可以得知，只有當(dāng)“迫變(￡)足夠大” 時(shí)，才引起結(jié)構(gòu)裂縫，與形變(δ)、白變(I)大小無直接關(guān)系，這樣就可以簡化問題的分析。迫變來自外力(或者阻力)，裂縫發(fā)生在垂直于外力的作用面上。當(dāng)張拉迫變足夠大時(shí) 在該作用的截面上便發(fā)生裂縫。迫變有嚴(yán)格的方向性，裂縫也有嚴(yán)格的方向性。因此 根據(jù)發(fā)生裂縫的時(shí)間和裂縫的形式，反求出迫變大小及方向。例如 設(shè)某一構(gòu)件的材料張拉迫變極限為[￡]，自然裂縫的必要條件是￡=1-δ [￡]。當(dāng)某方向有約束時(shí)，此方向δ→0，￡→-1， 所以只要一1>[￡]，則產(chǎn)生裂縫，這種裂縫叫做自然裂縫。
裂縫類型
裂縫形式多種多樣，大致可歸納為：表面裂縫、貫穿裂縫、深層裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、對角線裂縫、斜向裂縫、上寬下窄、下寬上窄、棗核形裂縫等。根據(jù)其危害性，具體可分為以下三種類型。
貫穿裂縫
裂縫延伸至整個結(jié)構(gòu)斷面，將結(jié)構(gòu)分離，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性。原因是當(dāng)結(jié)構(gòu)受拉、彎曲受拉、偏心受拉時(shí)．導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面開裂，從而形成了貫穿裂縫。大體積混凝土的水化熱形成的裂縫，多為貫穿性裂縫。對于貫穿性裂縫，必須采取措施 防止結(jié)構(gòu)進(jìn)一步惡化。
深層裂縫
裂縫延至結(jié)構(gòu)深層，危害著結(jié)構(gòu)整體性能。原因：結(jié)構(gòu)老化、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則變化、約束，混凝土等級低、配筋不當(dāng)，當(dāng)受到超重荷載、地震、沖擊突然作用，使裂縫向深層延伸。
表面裂縫
在結(jié)構(gòu)表面淺層上出現(xiàn)的龜紋狀裂縫、豎向裂縫、水平裂縫和干縮裂縫等，稱表面裂縫。這種裂縫常常是因?yàn)榛炷恋燃壍?，施工方法不?dāng)，養(yǎng)護(hù)不到位等原因而致。
橋梁拱式結(jié)構(gòu)裂縫形式
跨中部憾的裂縫
位置與方向：在跨中2～3m范圍內(nèi) 或1/4～3/4范圍內(nèi)， 從拱肋（板）底部下邊緣向上延伸：縫寬為0.1～0.5mm 縫長L=0.2-0.3m。
原因：拱圈截面太薄，正彎矩作用導(dǎo)致拱肋（板）下緣開裂，橋（墩）臺水平位移 施工時(shí)吊裝不當(dāng)。
拱腳附近徑向裂縫
位置與方向：拱座與拱腳之間交接處。時(shí)常發(fā)生1～2條較寬的裂縫，從上緣向下發(fā)展。
原因：拱圈截面太薄，負(fù)彎矩大，橋臺產(chǎn)生水平位移，副彎矩增加拱肋、拱扳或者各個箱形肋連接處的混凝土處理不當(dāng)、收縮大等。
雙曲拱拱波縱向裂縫
位置與方向：在主拱圈的拱波頂上，裂縫沿跨徑方向延伸 在橋?qū)挿较蛲袛?shù)條裂縫。
原因：主拱圈橫向剛度不夠，使主拱圈產(chǎn)生橫向位移和連拱效應(yīng)；拱板頂部澆筑的混凝土收縮大而引起開裂。
雙曲拱橋的拱肋與拱波結(jié)合面的裂縫
位置與方向：拱肋與拱波交界處沿橋跨方向的裂縫。
原因：沒設(shè)專門的結(jié)合設(shè)施，或者措施．拱波過于單薄，拱肋與拱波之間也存在施工縫。橋臺發(fā)生水平位移，使肋和波之間的結(jié)合面剪力、拉力增大 導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生：拱波坐漿不良，拱波腳的斜面腳較大；砂漿質(zhì)量差，含水量較大，沿肋波結(jié)合面形成裂縫。
結(jié)束語
隨著時(shí)間的推移，橋梁病害不斷擴(kuò)展，橋梁維修、加固和改造工作，已成為一項(xiàng)重要而長期的任務(wù)。因此，了解和掌握常見的缺陷和病害及其成因，以便于對橋梁維修和養(yǎng)護(hù)、加固和改造進(jìn)行分析和研究。
