橋梁檢測中發(fā)現(xiàn)的病害對設(shè)計的啟示
2014-07-10
作者：賀智功
?。ㄋ拇ㄊ〗煌◤d公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院成都610041）
【摘要】結(jié)合舊橋結(jié)構(gòu)定期檢測工作,對一般性橋梁（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)的病害進行病因分析,并從設(shè)計的角度提出預防措施。
【關(guān)鍵詞】橋梁檢測;橋梁病害;設(shè)計;措施
【中圖分類號】U446 【文獻標識碼】B
1概況
橋梁結(jié)構(gòu)的使用效果和壽命,主要由設(shè)計、施工和所用材料的質(zhì)量而定。受當時認識的局限,設(shè)計、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。另外,橋梁在運營中又會受到不可避免的人為損壞及各種大自然侵蝕,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)生不可遇見的損壞。一處或某幾處局部的損壞又可能產(chǎn)生連鎖反應,波及到更多的位置,發(fā)展成更大的損壞,乃至危及整個橋梁的安全。所以應及時發(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,這是當代每一位橋梁工作者的神圣職責,也是在工作中貫徹“科學發(fā)展觀”的具體體現(xiàn)。要及時發(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）,建立橋梁健康檔案;并對檢查（測）的病害進行分類分析,找出病害的主要原因,作出適當?shù)脑u價,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、進行維修加固的重要依據(jù)。幾年來在橋梁檢測方面進行了以下工作:
?。?）完成了約500余座（特大、大、中、?。┡f橋結(jié)構(gòu)定期檢測。
（2）約30余座（懸索橋1座、連續(xù)梁、簡支梁、拱橋）靜載、動載橋梁荷載試驗。
（3）約500余道涵洞結(jié)構(gòu)定期檢測等。
?。?）參與了拱橋、斜拉橋的施工監(jiān)控工作,并為獨立承擔橋梁施工監(jiān)控工作進行了設(shè)備購置、人員及技術(shù)儲備的準備工作。
?。?）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檢測工作流程
3一般橋梁檢測中發(fā)現(xiàn)的病害分類分析
現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)檢測中發(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)計考慮）;橋面鋪裝的鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑小且間距稀疏（設(shè)計考慮）、超載（運營管理因素）等因素。
232008年第3期
病害發(fā)展會對全橋橋面板、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（設(shè)計考慮）;運營管理中的超載現(xiàn)象。病害發(fā)展會產(chǎn)生較為明顯的跳車現(xiàn)象,對梁體產(chǎn)生較大的沖擊力,如果加上支座病害的不利因素,
會對主承力構(gòu)件梁體產(chǎn)生極為不利的影響。伸縮縫出現(xiàn)缺陷后往往會出現(xiàn)如下幾種惡果:
?。?）使司機的心理不快;
?。?）可能成為引起交通事故的原因之一;
?。?）缺陷向結(jié)構(gòu)主體進一步發(fā)展;
?。?）因噪聲而對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響;
?。?）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)計考慮）;超載普遍、疏于日常維護（運營管理因素）。防撞墻及防撞護欄的病害雖然不妨礙交通,但會丑化橋容,使橋上交通缺少安全感,降低交通安全的舒適水平。因此,對防撞墻及防撞護欄的病害要及時修補。
3·1·4臺后銜接
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)置臺后搭板（設(shè)計考慮）;搭板設(shè)置不當（搭板厚度、長度不夠、配筋不足）;未達到臺后填土夯實的設(shè)計要求;未對搭板與路基的由剛性向柔性的緩沖過渡進行處理;施工質(zhì)量差,超載（施工、運營管理因素）。
病害發(fā)生主要是由于搭板后面的路基不夠密實,因此經(jīng)過多年運營,在搭板路基末端局部沉陷,形成坑槽,同時在對應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,會對主承力構(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（如成都二環(huán)路成溫立交橋）。
病害發(fā)展會對橋梁耐久性產(chǎn)生不利影響,進而影響使用和壽命。
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)象系運營過程中產(chǎn)生。
支座病害,在車流量大（超載車較多）、車速高的情況下,會加劇梁體的損壞,進而影響整個橋梁的安全行車,因此在設(shè)計中考慮如何采取措施方案易于施工,保證施工質(zhì)量;同時在設(shè)計方案中通過計算分析,根據(jù)受力要求選取合適的支座型號（比如城市彎梁橋）。
3·2上部結(jié)構(gòu)
在檢測的上部結(jié)構(gòu)中,主要病害歸結(jié)如下:
?。?）簡支梁橋面板鉸接縫連接差（包括橫置橋面板）;
?。?）預應力齒塊等局部開裂（預應力管道方向）;
（3）寬板橋橫向布筋不足引起的縱向開裂;
?。?）大翼緣板負彎矩區(qū)橫向開裂;
?。?）牛腿布筋不當產(chǎn)生的受力裂縫;
以下分別就上述設(shè)計的細節(jié)問題進行描述。
3·2·1簡支梁橋面板鉸接縫連接差
簡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裂、局部沉陷,出現(xiàn)單板受力的危險狀態(tài),在超重車輛車軸經(jīng)過時,極易造成梁體損壞,影響行車安全。從設(shè)計方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點:
?。?）鉸接縫連接鋼筋弱,如鋼筋直徑小、等級低、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)計或加固設(shè)計中主要要從以上兩點原因中進行改進設(shè)計。
3·2·2預應力齒塊等局部開裂
在連續(xù)梁、斜拉橋梁體的頂板、底板上的預應力錨頭齒塊經(jīng)常有沿預應力管道方向的裂縫,從設(shè)計方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點:
（1）沿預應力管道方向的橫向鋼筋布置間距稀疏,鋼筋較弱;
?。?）復雜受力宜通過局部應力分析計算指導設(shè)計配筋。
3·2·3寬板橋橫向布筋不足引起的縱向開裂
從設(shè)計方面考慮造成此類病害的原因有以下兩點:
?。?）橫向鋼筋弱,如鋼筋直徑小、間距稀疏;
?。?）空間雙向受力,應以空間有限元分析進行計算分析。
此病害在成都營門口立交橋、江油市太白橋、三環(huán)路個別橋梁中存在,如果開裂過多,會發(fā)展成坑槽、鋼筋網(wǎng)外露等更嚴重病害,嚴重影響橋梁整體使用壽命和行人行車安全,在橋梁設(shè)計方案中,對于寬板橋應根據(jù)空間計算分析進行指導設(shè)計。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,橋梁全長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)計圖,橫向鋼筋布置較弱,我們進行了空間有限元分析,橫向應力較大印證了出現(xiàn)縱向貫通裂縫的必然性。
3·2·4大翼緣板負彎矩區(qū)橫向開裂
發(fā)生此類病害主要是由于大翼緣板的剪力滯后效應未得到充分考慮,因此,在設(shè)計方案中應充分考慮城市車道行車,若采用大翼緣板梁體設(shè)計方案,則應加強大翼緣板負彎矩區(qū)的布筋情況。
3·2·5牛腿布筋不當產(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)裂縫會對橋梁整體使用及行車安全產(chǎn)生不良影響,在設(shè)計方案中應充分考慮牛腿的受力情況,按照實際受力特征加強布筋,使其在運營期間能正常工作并延長使用壽命。
3·3下部結(jié)構(gòu)
在橋梁施工過程中,由于地基的承載能力不足,以及壓實度未達到設(shè)計要求等原因出現(xiàn)地基不均勻沉降和大體積砼自身的溫度收縮徐變因素,在橋臺部位出現(xiàn)豎向裂縫的現(xiàn)象較為普遍,所以在設(shè)計過程中應通過地基的極限承載能力驗算,根據(jù)橋臺的受力分析,在實體橋臺的合理部位必需設(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、達渝高速公路州河橋等檢測情況）。
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)展對橋梁結(jié)構(gòu)安全極為不利。在設(shè)計中應采用新型吊索防護體系,提高索體的防腐性能,并對吊索的更換技術(shù)進行研究。
5建議
?。?）重視橋梁運營期間的健康檔案資料管理
從橋梁的設(shè)計、施工、竣工、運營、運營養(yǎng)護及加固等橋梁的全壽命過程中,全面建立檔案資料信息,科學管理我國日益龐大的橋梁資產(chǎn),根據(jù)橋梁的連續(xù)變化,便于準確判斷病害原因,為科學決策提供依據(jù)。
?。?）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)造應設(shè)檢查通道、扶梯等檢查和養(yǎng)護用設(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。若無以上設(shè)施,會給運營期間的檢查養(yǎng)護帶來不安全且增加較大費用,建議在設(shè)計時就充分考慮檢查養(yǎng)護工作需要,設(shè)置必要的檢查通道、扶梯等設(shè)施。
