橋梁下部結(jié)構(gòu)缺陷及其原因
2016-12-26
1 橋梁下部結(jié)構(gòu)的主要類型
橋梁是供跨越河流、山谷或其他交通線的建筑物，主要功能是使車輛及行人能夠順利通行。橋梁的主要結(jié)構(gòu)包括：橋跨結(jié)構(gòu)、支座系統(tǒng)、橋墩、橋臺(tái)、墩臺(tái)基礎(chǔ)等。橋梁結(jié)構(gòu)中還有許多小型構(gòu)件，主要是指直接與橋梁服務(wù)功能有關(guān)的部件，如：橋面鋪裝、防排水系統(tǒng)、欄桿、伸縮縫、燈光照明。目前，橋梁下部結(jié)構(gòu)常見的類型如下：
1.1 薄壁輕型橋臺(tái)。對(duì)于單跨小橋，為了節(jié)約工程造價(jià)，避免錐坡壓縮河床，常采用薄壁輕型橋臺(tái)，在兩橋臺(tái)下面設(shè)置支撐梁，使整個(gè)橋梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并借助兩端臺(tái)后的被動(dòng)土壓力來保持穩(wěn)定。
1.2 柔性排架式墩臺(tái)。城市現(xiàn)代交通工程建設(shè)中大多數(shù)橋梁采用此型式，墩臺(tái)基樁多為預(yù)制打入。該橋梁結(jié)構(gòu)常見于水流區(qū)域平緩的橋梁施工，可以保證橋身下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免了水流沖蝕造成的不利影響。
1.3 埋置式樁柱式橋臺(tái)。該型式橋臺(tái)設(shè)于岸上臺(tái)身埋入錐形護(hù)坡中，有單排樁柱式與雙排樁框架式兩種。選擇這種形式的橋臺(tái)時(shí)，考慮到維持路基的穩(wěn)定性，不能過多地壓縮橋長，應(yīng)嚴(yán)格按照性能規(guī)定的要求設(shè)計(jì)。
1.4 柱式橋墩。軟土地基是橋梁施工的難點(diǎn)之一，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能的破壞力較大，且影響了后期交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。柱式橋墩不僅結(jié)構(gòu)簡單，且施工工藝流程更為先進(jìn)，運(yùn)用于軟土地基的橋梁結(jié)構(gòu)是最佳選擇。
2 橋梁下部結(jié)構(gòu)缺陷
2.1 橋梁基礎(chǔ)的缺陷
2.1.1 橋梁基礎(chǔ)缺陷一般是樁基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉陷。由于地基的壓密下沉引起基礎(chǔ)沉降，在一定范圍內(nèi)是正?，F(xiàn)象，而超出一定的范圍則將對(duì)橋梁產(chǎn)生有害的影響。在軟土地基上修建的橋梁基礎(chǔ)，由于經(jīng)常受到土基壓實(shí)下沉和地下水位升降等的影響，往往還會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降。
2.1.2 橋梁下部基礎(chǔ)由于經(jīng)常受到洪水的沖刷而發(fā)生滑移。砂礫石河床上的橋梁，洪水時(shí)墩臺(tái)周圍的水流，由于受到墩臺(tái)的阻擋，使水流發(fā)生很大變化，待沖到一定深度水流無法再?zèng)_動(dòng)砂礫時(shí)，再穩(wěn)定下來。另外，橋臺(tái)基礎(chǔ)建造于軟土地基，當(dāng)臺(tái)背填土超過一定高度且基礎(chǔ)構(gòu)造處理不當(dāng)時(shí)，作用于臺(tái)背的水平力增大、將導(dǎo)致地基失穩(wěn)，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，使橋臺(tái)前移。當(dāng)基礎(chǔ)上、下受力不均勻時(shí)，臺(tái)身也隨之產(chǎn)生不均勻的滑移，導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)傾斜，產(chǎn)生滑移或傾斜的橋臺(tái)基礎(chǔ)，多為建造在軟土地基上的重力式橋臺(tái)、倒 T 形橋臺(tái)。
2.2 墩 (臺(tái))身的缺陷
橋墩是橋梁下部的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，橋墩承載的受力狀況直接影響了橋梁的性能強(qiáng)弱。對(duì)于橋墩受力計(jì)算的研究，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重豎向力及墩樁頂水平力等方面的計(jì)算，同時(shí)考慮橋梁基本結(jié)構(gòu)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的力學(xué)作用。如：橋墩受力計(jì)算時(shí)考慮季節(jié)性水流沖刷造成的破壞作用造成裂縫，常見的裂縫有水平裂縫、豎向裂縫及網(wǎng)狀裂縫等。在如船只及漂浮物的撞擊等外力作用下，墩臺(tái)會(huì)產(chǎn)生局部破壞，混凝土墩臺(tái)會(huì)產(chǎn)生脫落與分離。此外，墩臺(tái)本身材料隨使用時(shí)間的增長還會(huì)老化。總而言之，橋梁墩臺(tái)本身的缺陷主要有：裂縫、脫落、鋼筋外露、銹蝕、老化等。
2.3 墩、臺(tái)及基礎(chǔ)承載力不足
針對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)，處于水中的橋墩，由于直接擋水，一般的沖刷除此之外，另外還會(huì)有局部沖刷，使局部斗形河床形成。當(dāng)河床是厚砂礫卵石層的時(shí)候，鉆孔灌注樁會(huì)發(fā)生巨大的磨損，更深會(huì)使樁中鋼筋外露出來，根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在低水位之下，凍結(jié)線之上或者沖刷線的附近，墩身或者基礎(chǔ)經(jīng)常存在環(huán)帶狀腐蝕，在基礎(chǔ)周圍，表面比較松散，在嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)有混凝土空洞的形成。
2.4 橋梁下部材料收縮引起的裂縫
2.4.1 溫差收縮?；炷敛牧闲阅軙?huì)隨著外界環(huán)境的變化而改進(jìn)，當(dāng)溫度前后差異相差到一定程度時(shí)則會(huì)發(fā)生溫差收縮，從而引起橋梁結(jié)構(gòu)的多個(gè)位置發(fā)生裂縫現(xiàn)象?；炷敛牧献陨淼臏囟茸兓矔?huì)造成溫差收縮變形，如：因混凝土內(nèi)部的水化熱過于集中，材料內(nèi)的溫度大幅度上升而使得外部熱量散失過快，內(nèi)外部溫度不一形成拉應(yīng)力后易引起裂縫。
2.4.2 塑性收縮。當(dāng)表面的水分流失速度過快且加上外部空氣風(fēng)干作用，混凝土材料易產(chǎn)生塑性收縮，該現(xiàn)象常見于混凝土凝固之前。從建筑橋梁施工情況看，塑性收縮受天氣影響的變化較大，尤其是干熱、大風(fēng)的區(qū)域，建筑物塑性收縮裂縫的發(fā)生率較高。如果混凝土材料的強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，減弱了其抵制風(fēng)干、滲水的能力，經(jīng)過一段時(shí)間的破壞后也會(huì)引起塑性收縮。
2.4.3 沉降收縮。沉降收縮與橋梁地基的承載力有密切的關(guān)系，地面建筑結(jié)構(gòu)的重力超過地基承載的范圍便會(huì)出現(xiàn)沉降收縮。如：橋梁的結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟或回填土不實(shí)或浸水等，這些都是沉降收縮的誘發(fā)因素。該類裂縫會(huì)隨著地基結(jié)構(gòu)的變化而變化，尤其是面對(duì)軟土地基的橋梁建筑，裂縫的破壞力會(huì)不斷變強(qiáng)，只有地基變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)裂縫才會(huì)穩(wěn)定。
3 橋梁下部結(jié)構(gòu)的日常養(yǎng)護(hù)和加固
3.1 塌臺(tái)基礎(chǔ)的養(yǎng)護(hù)
磚石、混凝土和鋼筋混凝土橋梁墩臺(tái)養(yǎng)護(hù)的目的和任務(wù)是為了使結(jié)構(gòu)物完整、穩(wěn)定、不發(fā)生傾斜，并減少行車振動(dòng)和基礎(chǔ)沖刷，貫徹“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針，定期檢修、維護(hù)橋梁，以保證使用安全。根據(jù)有關(guān)養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，對(duì)墩臺(tái)養(yǎng)護(hù)的主要工作內(nèi)容有：墩臺(tái)表面必須保持清潔，要及時(shí)清除青苔、雜草、荊刺和污穢；圬工砌體長期受大氣影響、雨水侵蝕而發(fā)生灰縫脫落，應(yīng)重新勾縫；混凝土表面發(fā)生侵蝕剝落、蜂窩麻面等病害，應(yīng)及時(shí)將周圍洗凈，用水泥砂槳抹平；圬工砌體鑲面部分，嚴(yán)重風(fēng)化和損壞時(shí)，應(yīng)予更換。用石料或混凝土預(yù)制塊補(bǔ)砌，要求色澤和質(zhì)地與原砌體基本一致；梁式橋墩臺(tái)頂面沒有流水坡或坡面凹凸不平，有裂縫時(shí)，應(yīng)及時(shí)鋪填水泥砂漿或混凝土，做成橫向坡度以利排水。
針對(duì)中、小橋混凝土或者漿砌片石擴(kuò)大基礎(chǔ)，它們的缺陷往往是基礎(chǔ)下沖空、基礎(chǔ)松散破裂，在橋梁墩臺(tái)有位移、傾斜或者活栽作用的端頂位移比較大的情況下，經(jīng)常可能是基礎(chǔ)發(fā)生病害，需要進(jìn)行挖探檢查，當(dāng)圍堰防水或者河床沒水時(shí)，能夠直接挖到基礎(chǔ)進(jìn)行檢查；針對(duì)置于不大水流速的淺水墩臺(tái)，能夠使用圍堰抽水開挖檢查，還能夠運(yùn)用激光探測的方法，進(jìn)行墩臺(tái)基礎(chǔ)沖空、裂縫及斷裂等病害的檢查。
3.2 墩臺(tái)基礎(chǔ)的加固
基礎(chǔ)加固的常用方法有：擴(kuò)大基礎(chǔ)法、增補(bǔ)樁基法(打入樁或鉆孔灌注樁)和人工地基加固 (改良地基法)等。墩臺(tái)的常用加固方法有：用鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固貫通裂縫的墩臺(tái)法；用增建擋土墻法處理墩臺(tái)滑移；以及用頂升法加固產(chǎn)生過大沉降的橋梁結(jié)構(gòu)等各種加固方法。本文對(duì)擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法進(jìn)行探討，此法適用于基礎(chǔ)承載力不足或埋置太淺，而墩臺(tái)又是磚石或混凝土剛性實(shí)體式基礎(chǔ)時(shí)的情況。擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強(qiáng)度驗(yàn)算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度滿足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時(shí)，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的加固，主要由地基變形計(jì)算來加以選定。擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法可按下列順序進(jìn)行：1)通常在必須加寬的范圍內(nèi)先打板樁圍堰，如墩臺(tái)基底土壤不好時(shí)，應(yīng)用必要的加固。2)挖去堰內(nèi)土壤，直挖至必要的深度 (注意墩臺(tái)的安全)。3)在堰內(nèi)把水抽干后。鋪砌石塊(漿砌)，或作混凝土基礎(chǔ)。4)新舊基礎(chǔ)要注意牢固結(jié)合，施工時(shí)，可加設(shè)連系 (錨固)鋼筋或插以鋼銷，以使加固擴(kuò)大基礎(chǔ)和舊基礎(chǔ)牢固地結(jié)合成一整體。
4 結(jié)語
墩臺(tái)和基礎(chǔ)是橋梁的重要組成部分，應(yīng)該更深一步增強(qiáng)橋梁下部的維修養(yǎng)護(hù)，大力搞好橋梁下部結(jié)構(gòu)的維修養(yǎng)護(hù)工作，積極發(fā)現(xiàn)橋梁存在的病害缺陷，同時(shí)進(jìn)行可能成因的分析，在掌握成因的前提下，采取有效的加固維修對(duì)策，使病害減輕或者消除。
參考文獻(xiàn)
[1]柯秀芬.建筑橋梁工程造價(jià)控制管理過程中的問題及對(duì)策[J].建筑技術(shù)與應(yīng)用，2010,6.
[2]趙永進(jìn).橋梁結(jié)構(gòu)布局前期的受力計(jì)算分析[J].工程力學(xué)，2009，37（11）：90-92.
[3]廉德文.研究蓋梁結(jié)構(gòu)的受力壓迫與處理措施[J].中國橋梁建筑，2010，22（10）：53-56.
作者簡介：
金洲（1982～），男，本科，助理工程師，從事公路、鐵路、市政、軌道交通施工工作。
王波（1973～），男，本科，高級(jí)工程師，從事公路、鐵路、市政、軌道交通施工工作。
