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摘 要:本文通过对宣城市农村公路主要桥梁结构型式常见病害的调查与统计分析,结合全市农村公路桥梁的桥梁数量、桥梁类型、桥梁发展历史、大规模改造加固等情况,从拱桥、钢筋混凝土简支梁桥的上部结构、下部结构、桥面系等方面,全面分析桥梁的各类病害的特征和成因,结合十二五期间农村公路危桥改造经验,提出了农村公路危桥的整治相关建议和措施,为今后桥梁改造工程的设计和施工提供参考。
关键词:桥梁;病害;整治措施
1 宣城市农村公路桥梁基本情况
1.1 概况
宣城市位于安徽省东南皖南山区与沿江平原结合地带,辖五县一市一区,面积12340平方公里,总人口275万。 全市农村公路桥梁总计1154座,总长29089.33延米,其中大桥40座5783.9延米、中桥183座9484.3延米、小桥931座13821.13延米。在全省启动农村公路危桥改造工程之初,全市共有294座危桥8345.49延米未改造完成,其中县道上有66座2356.2延米、乡道上有89座2568.5延米、村道上有134座3297.59延米、专用公路上有5座123.2延米。乡村道上的危桥占全市比重较大,达到了75.85%。
1.2 主要桥型
按照桥梁上部结构受力型式分类,拱式结构桥梁占全市所有桥梁座数的49.31%,简支式梁、板结构桥梁占45.15%,具体桥型主要有石拱桥、双曲拱桥、混凝土拱桥、简支空心板桥、简支混凝土板桥等(见表2)。
1.3 建设年代
宣城市农村公路桥梁建设发展历史基本与全国相类似。60年代前期,由于缺乏钢材,大量的危桥改造都以石拱桥为主;60年代后期至70年代,从节约材料、减轻自重的角度出发,桥梁建设又以双曲拱桥、桁架拱桥为主;进入80年代以后,桥梁建设大多以钢筋混凝土结构为主,上部结构多为简支式的梁、板结构。
2 桥梁常见病害分析
2.1 上部结构
桥梁是道路的重要组成部分,桥梁的上部结构更是重中之重,它的损坏直接影响车辆行驶的安全性、舒适性、美观性,本文主要对拱桥和钢筋混凝土简支梁桥上部结构的常见病害进行分析。
2.1.1 拱桥
宣城市农村公路上拱式结构桥梁共569座,占全市桥梁总座数的49.31%,这其中又以石拱桥和双曲拱桥为主,在县、乡、村道上均有一定数量。但在几十年的使用过程中,由于环境变化、材料老化、荷载加重等原因,产生了多种多样的病害。
(1)拱顶下沉。拱脚发生水平位移,导致拱轴线变形,拱轴各截面会出现下沉,以拱顶处最为突出。造成桥梁拱顶下沉的原因:一是原桥设计通行能力不足。60-70年代修建的双曲拱桥,存在较低的设计载重和较差的整体性,这么多年的通车后损坏较多。二是桥台水平推力不足和稳定性差,发生了水平位移。如软土地基的不均匀沉陷和桥台拱座的水平位移,使桥跨相应增大,拱轴线变形较大,跨中部位下挠。三是预拱度留的不够或未设预拱度,混凝土质量差,徐变系数大等其他原因。
(2)石拱圈开裂。石拱桥的主拱圈主要有两类裂缝:一类是恒载、活载或结构位移引起的结构受力裂缝,另一类是由于混凝土干缩引起的塑性收缩裂缝或是由于温度应力引起的温度裂缝。结构受力裂缝在长期荷载,特别是超载车辆的作用下,会加重发展。收缩或温度裂缝的主要特征是宽度较小,长度短,一般仅出现在结构受力的薄弱环节,不会对结构的实际安全造成显著影响。根据病害产生的位置和方向不同,主要分三类:一是主拱圈顶横向开裂。主要是由于两拱脚墩台不均匀沉降,在主拱圈的拱顶产生一道贯穿拱宽的主裂缝,缝两侧有明显的高差及错位;二是主拱圈拱顶段横向开裂。主要是由于墩台滑移,造成在主拱圈的拱顶段出现1-2条贯穿桥宽的裂缝,缝两侧无明显的高差,主拱顶有轻微下沉;三是主拱圈纵向开裂。裂缝从拱脚处开始向拱顶及向外斜向发展,主要由于墩台基础上、下游不均匀下沉引起,裂缝从拱顶处开始向两拱脚方向发展,主要由于同跨两墩台同侧下沉所致。
(3)拱波病害。主拱圈拱波顶纵向开裂,裂缝沿跨径方向延伸较长,在桥宽方向往往由数条,裂缝宽度一般较大。开裂主要集中在L/4之间,尤其在拱顶处的中间一波最为严重。分析其原因主要有:建设时钢材用量不足,施工起吊时既已产生裂缝;拱肋上方的混凝土现浇层厚,收缩徐变大,加之拱波顶处是主拱圈截面上最薄弱的地方,所以波顶会产生裂缝;横向联系刚度较弱,活载横向分布较差,拱肋受力不均。
(4)拱肋病害。拱肋混凝土崩落,尤其两边拱肋比较突出,少数拱肋有径向裂缝产生,一般分布在拱肋跨中部分的2~3m范围内,也有分布在1/4~3/4L范围内,在拱肋侧面上,裂缝由拱肋下边缘向上延伸。拱肋病害主要有以下原因引发:拱肋截面太薄弱,拱肋截面钢筋含量过少,拱肋的承载能力和抗开裂能力不高,正弯矩作用下,导致其开裂;拱肋受力不均匀,单肋受力过大;个别情况是由于吊装不当产生。
2.1.2 钢筋混凝土简支梁桥
宣城市农村公路上简支式梁、板结构桥梁桥梁共521座,占全市桥梁总座数的45.15%,其中空心板桥数量最多。使用过程中各类病害也比较多,但多数都是可以进行修复的。
(1)钢筋锈蚀病害。钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素,对桥梁结构的危害十分严重。钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥落,使截面有效尺寸减小,导致结构承载力下降。锈蚀的直接后果是钢筋截面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,截面积的减小会直接影响结构的抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。钢筋锈蚀主要是发生了化学反应。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀,氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。
(2)单个梁板受力。由于桥面铺装破坏,板间铰缝被剪断,梁板间横向连接失效,当重车通过单板受力梁板时,使其与两侧梁板上下错动,形成“台阶现象”。主要由以下四个因素造成:一是設计铰缝的形式不够合理,铰缝混凝土的浇注质量难以保障,其抗剪效率不高;二是水泥混凝土桥面铺装层偏薄,横向传递荷载能力较差;三是重车荷载反复作用于行车道部位,致使梁板间铰缝受力过大,引起铰缝病害的出现;四是雨水和除雪盐对混凝土的腐蚀,尤其是混凝土的冻融,使得铰缝更易破坏。 (3)橡胶支座病害。主要表现为支座变形开裂、脱空和支座垫板锈蚀等现象。支座变形开裂主要是当静载与动载之和长期超过支座的抗压容许应力上限时 , 支座就会表现为永久性非弹性变形直至严重损坏。另外施工时,支撑垫石、梁体与支座结合部不平整或不水平 , 导致支座受力不均匀 , 使得应力集中部位过早破坏 ;支座脱空主要是由于施工时支座底部未垫塞调平钢板或钢板厚度不够或主梁吊装时碰撞支座使其偏离设计位置引起的;支座垫板锈蚀主要是由于钢板表面防锈层破坏,导致钢板被腐蚀引起的。
2.2 下部结构
桥梁下部结构是桥梁重要承力及传力部分,下部结构的损伤会严重降低结构的承载力,危及安全。
2.2.1 墩台
(1)墩台竖向裂缝。一般出现在扩大基础的重力式墩台上。分析原因:一是在设计施工阶段由于地质勘察精度不够,试验资料不准确,没有充分掌握地质;二是在运营过程中,由于结构荷载差异较大,引起台身不均匀沉降;三是钢筋锈蚀膨胀、混凝土收缩也能产生裂缝。
(2)墩台横向裂缝。一般为荷载裂缝。主要成因:由台背主动土压力过大、荷载以及温度作用效应产生的;由钢筋锈蚀膨胀、混凝土收缩产生的。
2.2.2 基础
(1)扩大基础。其缺陷和病害主要表现为:承载力不足而使基础不均匀沉陷;基础的滑移和倾斜,以及基底局部冲空;基础结构物的异常应力和开裂。成因主要有四点:一是地基土质较差,在不遇水时,强度较高,在经过水浸泡后就会变软,失去强度;二是基础埋设深度不足,垂直承载力、不平承载力不足,在水流冲刷下基础或墩台失去稳定而倾斜;三是基础混凝土浇注时,基坑水没有抽干,混凝土遇水强度及完整性不良,在水流冲刷、冰冻侵蚀作用下,基础局部遭受破坏,造成墩台倾斜,倒塌;四是基础地基冻胀上升,造成破坏,致使墩台上升、断裂,桥面变形。
(2)钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩基础设计是比较安全的,不会出现病害,安全系数较大,但在施工方面也有病害发生,同打入桩一样有沉降、倾斜、甚至破坏。桥台钻孔桩倾斜的主要原因是地基上层土软而厚,桩的实际悬臂长度过大(软塑土层无抗力),在台背填土的作用下,其下软土被逐渐压密,对桥台及桩的压力增大,台前的软塑土遭受破坏失稳引起桩及桥台向前倾斜,具体表现在桥梁伸缩变小、伸缩缝破坏、梁头破坏、桥台背墙破坏、支座严重变形或破坏,这种病害发生的比较普遍,但因影响小,不易引起重视。钻孔桩倾斜的原因,还有水位以下接桩处混凝土不密实、露筋,被水冲刷浸蚀后脱落破坏,钢筋全部外露,在车辆及温度水平力作用下墩柱(桩)被推歪,危桥检查中发现冲蚀露筋的钻孔桩很多;钻孔灌注桩基础沉降主要是桩的混凝土浇注质量出现问题,尤其是在桩的下部承载力大的桩段发生断桩夹泥,不完整桩,下部坍孔,造成桩长不足或是混凝土与泥浆相混,致使强度不足,当时没有发现,当静载、活载加上以后便发生沉降。
2.3 桥面系
2.3.1 桥面铺装
桥面铺装层的作用主要是保护桥梁上部结构行车道板不受车轮的直接磨耗,使桥面有一平坦的行驶面,以保证车辆平顺、舒适而安全的行驶条件,防止上部结构遭受雨水、冰雪的侵蚀。它的主要病害有以下几种:
(1)不规则的网状裂缝。桥面铺装层经常处于动荷载作用下,由于混凝土内部不可避免的存在局部缺陷或不均匀性,在长期重复荷载作用下会发生应力集中而出现微裂缝,随着时间的推移,裂缝会逐渐扩展,从而不断减少承受应力作用的有效面积,在车辆荷载反复作用到一定次数后产生形状不规则的疲劳裂缝,最终导致坑槽破坏。
(2)纵向裂缝。板缝间的铺装层受弯剪作用,以抗剪为主,在多次重复荷载作用下,沿板缝间纵向开裂,当桥梁重、偏载运营时,主梁不均匀变形加大,加剧了桥面铺装的纵向开裂。横向分布钢筋没有达到规定的用量,也是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。
(3) 横向裂缝。桥面铺装层横向裂缝多见于伸缩缝附近范围,主要原因是车辆荷载在伸缩缝位置因跳车现象产生冲击,导致铺装层啃边,加之支座顶面负弯矩影响,当铺装层薄弱且没有足够的纵向钢筋承受冲击荷载时,横向裂缝必然要发展。
2.3.2 桥面板
(1)桥面板断裂。主要原因:一是作用的车辆荷载过大。随着近年来汽车的大型化,载重增加以及超载违章车辆的增加,对桥面板有很大影响的单车重力或轮荷载已超过了现有桥梁的设计荷载等级;二是荷载冲击影响。由于桥台下沉致使路桥结合处或由于伸缩缝的损坏等原因而出现高差,车轮经过时产生较大冲击力。
(2)桥面板碎裂。大多因为混凝土级配和施工质量不好而造成强度不足、蜂窝麻面等缺陷,从而致使荷载作用下产生破坏。
2.3.3 伸缩缝
桥梁伸缩缝是为满足桥面变形的要求,在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝,要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向,均能自由伸缩,牢固可靠,车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声;要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞;安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。
伸缩缝破坏特征为接缝处不平、跳车、渗漏等现象。伸缩缝病害出现的原因有以下几个方面:一是设计不周。在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型,而对产品的性能了解不全面,忽视产品的相应技术要求。二是施工质量问题。伸缩缝安装是桥梁施工的最后几道工序之一,为了赶进度,施工马虎,不按安装程序要求施工。三是养护不当。安装后混凝土没有达到强度就提前开放交通,造成過渡段的锚固混凝土产生早期损伤。四是伸缩缝受力复杂而与之密切相关起决定作用的锚固系统却不太合理,锚固混凝土太薄,强度难以达到设计要求,极易损坏。
3 农村公路危桥改造的整治建议
3.1 全面调查评定桥梁技术状况 县级农村公路管理机构应根据《公路桥涵养护技术规范》的规定,开展桥梁的日常巡查、经常检查和定期检查,并对桥梁技术状况进行评定。检查过程中应填写“桥梁经常检查记录表”,现场登记所检查的项目和缺损类型,估计缺损范围和养护工程量,提出相应的小修保养措施,对重要部(构)件明显达到四、五类技术状况的桥梁,应及时提出定期检查建议上报主管领导和上级主管部门。
3.2 分类研究危桥改造实施方案
农村公路四、五类的危桥改造实施方案的确定,应综合考虑桥梁的结构类型、重要部件损坏程序、修复后的桥梁承载能力能否适应行车需求等多方面的因素。拱式结构桥梁主拱圈有较大损坏的建议拆除重建,而钢筋混凝土梁桥因设计承载能力较高,建议以修复为主。
3.3 切实加强危桥改造质量监管
桥梁建设投资大、技术含量高,工程质量监管十分重要。农村公路危桥改造中县道由县级交通主管部门负责,监管能够到位,而乡村公路上的危桥改造根据《公路法》由乡镇人民政府负责,乡镇工程管理和工程技术人员缺乏,工程质量的监管难度很大。为此,在危桥改造实施过程中,必须严格执行基建程序,通过公开招投标选择施工能力强的施工队伍和业务熟练的现场监理人员,同时加强交通主管部门的政府监督,确保危桥改造取得良好的效果。
3.4 政府主导多方筹措建设资金
我国《公路法》已明确规定县级人民政府为农村公路的建设和管理养护的责任主体。虽然农村公路危桥改造政府安排了大量的资金支持,但桥梁建设投资巨大,工程建设的缺口资金必须以县级政府为主导,多方进行筹措。首先县级财政要尽最大能力安排,其次是有条件的乡镇实行“一事一议”筹集,最后还要发动受益企业、厂矿进行社会捐助。只有建设资金足额到位,才能做到全面、及时、又好又快的消除农村公路上的危桥。
4结 论
(1)通过对宣城市农村公路桥梁常见病害的调查,对主要桥梁结构型式与相关病害的统计分析,得出桥梁病害与桥梁结构形式、建材类型、建设年代及地质条件都有很强的相关性。桥梁的损坏很多时候是诸多因素综合作用的结果,维修加固一定要找准原因。
(2)桥梁地基基础的稳固对于桥梁的安全非常重要,拱桥和梁桥的损坏中基础的沉降和位移都是最主要的原因之一。
(3)桥梁的损坏及原因是多样和复杂的,对受损桥梁的加固和维修方法也是多方案的。整治处理时应因地制宜,既要考虑结构及力学特点、材料性能,以要考虑方便施工、方便社会交通,还要考虑工程造价等方面。
(4)桥梁安全和稳定的另一个重要方面是其所在的河道及河床是否稳定。目前很多的桥梁因水流改道河床面急剧下降,造成了桥梁的严重损坏,必须加以高度防范。
参考文献
[1] 史建勋.拱桥常见病害原因分析及处理方法.甘肃科技,2009,25(15):131-132.
[2] 编委会.公路工程技术标准.JTG B01-2014.人民交通出版社,2014.
[3] 编委会.公路养护技术规范.JTG H10-2009. 人民交通出版社,2009.
[4] 王燦,朱新实. 双曲拱桥病害原因分析及处治对策的研究.公路,2002,(11).
关键词:桥梁;病害;整治措施
1 宣城市农村公路桥梁基本情况
1.1 概况
宣城市位于安徽省东南皖南山区与沿江平原结合地带,辖五县一市一区,面积12340平方公里,总人口275万。 全市农村公路桥梁总计1154座,总长29089.33延米,其中大桥40座5783.9延米、中桥183座9484.3延米、小桥931座13821.13延米。在全省启动农村公路危桥改造工程之初,全市共有294座危桥8345.49延米未改造完成,其中县道上有66座2356.2延米、乡道上有89座2568.5延米、村道上有134座3297.59延米、专用公路上有5座123.2延米。乡村道上的危桥占全市比重较大,达到了75.85%。
1.2 主要桥型
按照桥梁上部结构受力型式分类,拱式结构桥梁占全市所有桥梁座数的49.31%,简支式梁、板结构桥梁占45.15%,具体桥型主要有石拱桥、双曲拱桥、混凝土拱桥、简支空心板桥、简支混凝土板桥等(见表2)。
1.3 建设年代
宣城市农村公路桥梁建设发展历史基本与全国相类似。60年代前期,由于缺乏钢材,大量的危桥改造都以石拱桥为主;60年代后期至70年代,从节约材料、减轻自重的角度出发,桥梁建设又以双曲拱桥、桁架拱桥为主;进入80年代以后,桥梁建设大多以钢筋混凝土结构为主,上部结构多为简支式的梁、板结构。
2 桥梁常见病害分析
2.1 上部结构
桥梁是道路的重要组成部分,桥梁的上部结构更是重中之重,它的损坏直接影响车辆行驶的安全性、舒适性、美观性,本文主要对拱桥和钢筋混凝土简支梁桥上部结构的常见病害进行分析。
2.1.1 拱桥
宣城市农村公路上拱式结构桥梁共569座,占全市桥梁总座数的49.31%,这其中又以石拱桥和双曲拱桥为主,在县、乡、村道上均有一定数量。但在几十年的使用过程中,由于环境变化、材料老化、荷载加重等原因,产生了多种多样的病害。
(1)拱顶下沉。拱脚发生水平位移,导致拱轴线变形,拱轴各截面会出现下沉,以拱顶处最为突出。造成桥梁拱顶下沉的原因:一是原桥设计通行能力不足。60-70年代修建的双曲拱桥,存在较低的设计载重和较差的整体性,这么多年的通车后损坏较多。二是桥台水平推力不足和稳定性差,发生了水平位移。如软土地基的不均匀沉陷和桥台拱座的水平位移,使桥跨相应增大,拱轴线变形较大,跨中部位下挠。三是预拱度留的不够或未设预拱度,混凝土质量差,徐变系数大等其他原因。
(2)石拱圈开裂。石拱桥的主拱圈主要有两类裂缝:一类是恒载、活载或结构位移引起的结构受力裂缝,另一类是由于混凝土干缩引起的塑性收缩裂缝或是由于温度应力引起的温度裂缝。结构受力裂缝在长期荷载,特别是超载车辆的作用下,会加重发展。收缩或温度裂缝的主要特征是宽度较小,长度短,一般仅出现在结构受力的薄弱环节,不会对结构的实际安全造成显著影响。根据病害产生的位置和方向不同,主要分三类:一是主拱圈顶横向开裂。主要是由于两拱脚墩台不均匀沉降,在主拱圈的拱顶产生一道贯穿拱宽的主裂缝,缝两侧有明显的高差及错位;二是主拱圈拱顶段横向开裂。主要是由于墩台滑移,造成在主拱圈的拱顶段出现1-2条贯穿桥宽的裂缝,缝两侧无明显的高差,主拱顶有轻微下沉;三是主拱圈纵向开裂。裂缝从拱脚处开始向拱顶及向外斜向发展,主要由于墩台基础上、下游不均匀下沉引起,裂缝从拱顶处开始向两拱脚方向发展,主要由于同跨两墩台同侧下沉所致。
(3)拱波病害。主拱圈拱波顶纵向开裂,裂缝沿跨径方向延伸较长,在桥宽方向往往由数条,裂缝宽度一般较大。开裂主要集中在L/4之间,尤其在拱顶处的中间一波最为严重。分析其原因主要有:建设时钢材用量不足,施工起吊时既已产生裂缝;拱肋上方的混凝土现浇层厚,收缩徐变大,加之拱波顶处是主拱圈截面上最薄弱的地方,所以波顶会产生裂缝;横向联系刚度较弱,活载横向分布较差,拱肋受力不均。
(4)拱肋病害。拱肋混凝土崩落,尤其两边拱肋比较突出,少数拱肋有径向裂缝产生,一般分布在拱肋跨中部分的2~3m范围内,也有分布在1/4~3/4L范围内,在拱肋侧面上,裂缝由拱肋下边缘向上延伸。拱肋病害主要有以下原因引发:拱肋截面太薄弱,拱肋截面钢筋含量过少,拱肋的承载能力和抗开裂能力不高,正弯矩作用下,导致其开裂;拱肋受力不均匀,单肋受力过大;个别情况是由于吊装不当产生。
2.1.2 钢筋混凝土简支梁桥
宣城市农村公路上简支式梁、板结构桥梁桥梁共521座,占全市桥梁总座数的45.15%,其中空心板桥数量最多。使用过程中各类病害也比较多,但多数都是可以进行修复的。
(1)钢筋锈蚀病害。钢筋锈蚀是影响桥梁结构寿命和安全的一个重要因素,对桥梁结构的危害十分严重。钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥落,使截面有效尺寸减小,导致结构承载力下降。锈蚀的直接后果是钢筋截面积减小,对于以钢筋作为抗拉材料的混凝土桥梁来说,截面积的减小会直接影响结构的抗弯能力。钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力。锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。钢筋锈蚀主要是发生了化学反应。钢筋表面致密的氧化膜可使钢筋免受锈蚀,氧化膜的破坏直接导致了锈蚀的发生。
(2)单个梁板受力。由于桥面铺装破坏,板间铰缝被剪断,梁板间横向连接失效,当重车通过单板受力梁板时,使其与两侧梁板上下错动,形成“台阶现象”。主要由以下四个因素造成:一是設计铰缝的形式不够合理,铰缝混凝土的浇注质量难以保障,其抗剪效率不高;二是水泥混凝土桥面铺装层偏薄,横向传递荷载能力较差;三是重车荷载反复作用于行车道部位,致使梁板间铰缝受力过大,引起铰缝病害的出现;四是雨水和除雪盐对混凝土的腐蚀,尤其是混凝土的冻融,使得铰缝更易破坏。 (3)橡胶支座病害。主要表现为支座变形开裂、脱空和支座垫板锈蚀等现象。支座变形开裂主要是当静载与动载之和长期超过支座的抗压容许应力上限时 , 支座就会表现为永久性非弹性变形直至严重损坏。另外施工时,支撑垫石、梁体与支座结合部不平整或不水平 , 导致支座受力不均匀 , 使得应力集中部位过早破坏 ;支座脱空主要是由于施工时支座底部未垫塞调平钢板或钢板厚度不够或主梁吊装时碰撞支座使其偏离设计位置引起的;支座垫板锈蚀主要是由于钢板表面防锈层破坏,导致钢板被腐蚀引起的。
2.2 下部结构
桥梁下部结构是桥梁重要承力及传力部分,下部结构的损伤会严重降低结构的承载力,危及安全。
2.2.1 墩台
(1)墩台竖向裂缝。一般出现在扩大基础的重力式墩台上。分析原因:一是在设计施工阶段由于地质勘察精度不够,试验资料不准确,没有充分掌握地质;二是在运营过程中,由于结构荷载差异较大,引起台身不均匀沉降;三是钢筋锈蚀膨胀、混凝土收缩也能产生裂缝。
(2)墩台横向裂缝。一般为荷载裂缝。主要成因:由台背主动土压力过大、荷载以及温度作用效应产生的;由钢筋锈蚀膨胀、混凝土收缩产生的。
2.2.2 基础
(1)扩大基础。其缺陷和病害主要表现为:承载力不足而使基础不均匀沉陷;基础的滑移和倾斜,以及基底局部冲空;基础结构物的异常应力和开裂。成因主要有四点:一是地基土质较差,在不遇水时,强度较高,在经过水浸泡后就会变软,失去强度;二是基础埋设深度不足,垂直承载力、不平承载力不足,在水流冲刷下基础或墩台失去稳定而倾斜;三是基础混凝土浇注时,基坑水没有抽干,混凝土遇水强度及完整性不良,在水流冲刷、冰冻侵蚀作用下,基础局部遭受破坏,造成墩台倾斜,倒塌;四是基础地基冻胀上升,造成破坏,致使墩台上升、断裂,桥面变形。
(2)钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩基础设计是比较安全的,不会出现病害,安全系数较大,但在施工方面也有病害发生,同打入桩一样有沉降、倾斜、甚至破坏。桥台钻孔桩倾斜的主要原因是地基上层土软而厚,桩的实际悬臂长度过大(软塑土层无抗力),在台背填土的作用下,其下软土被逐渐压密,对桥台及桩的压力增大,台前的软塑土遭受破坏失稳引起桩及桥台向前倾斜,具体表现在桥梁伸缩变小、伸缩缝破坏、梁头破坏、桥台背墙破坏、支座严重变形或破坏,这种病害发生的比较普遍,但因影响小,不易引起重视。钻孔桩倾斜的原因,还有水位以下接桩处混凝土不密实、露筋,被水冲刷浸蚀后脱落破坏,钢筋全部外露,在车辆及温度水平力作用下墩柱(桩)被推歪,危桥检查中发现冲蚀露筋的钻孔桩很多;钻孔灌注桩基础沉降主要是桩的混凝土浇注质量出现问题,尤其是在桩的下部承载力大的桩段发生断桩夹泥,不完整桩,下部坍孔,造成桩长不足或是混凝土与泥浆相混,致使强度不足,当时没有发现,当静载、活载加上以后便发生沉降。
2.3 桥面系
2.3.1 桥面铺装
桥面铺装层的作用主要是保护桥梁上部结构行车道板不受车轮的直接磨耗,使桥面有一平坦的行驶面,以保证车辆平顺、舒适而安全的行驶条件,防止上部结构遭受雨水、冰雪的侵蚀。它的主要病害有以下几种:
(1)不规则的网状裂缝。桥面铺装层经常处于动荷载作用下,由于混凝土内部不可避免的存在局部缺陷或不均匀性,在长期重复荷载作用下会发生应力集中而出现微裂缝,随着时间的推移,裂缝会逐渐扩展,从而不断减少承受应力作用的有效面积,在车辆荷载反复作用到一定次数后产生形状不规则的疲劳裂缝,最终导致坑槽破坏。
(2)纵向裂缝。板缝间的铺装层受弯剪作用,以抗剪为主,在多次重复荷载作用下,沿板缝间纵向开裂,当桥梁重、偏载运营时,主梁不均匀变形加大,加剧了桥面铺装的纵向开裂。横向分布钢筋没有达到规定的用量,也是造成桥面板受拉侧出现纵向裂缝的原因,横向配筋不能满足正常使用荷载的要求,导致其无法限制纵向裂缝的宽度。
(3) 横向裂缝。桥面铺装层横向裂缝多见于伸缩缝附近范围,主要原因是车辆荷载在伸缩缝位置因跳车现象产生冲击,导致铺装层啃边,加之支座顶面负弯矩影响,当铺装层薄弱且没有足够的纵向钢筋承受冲击荷载时,横向裂缝必然要发展。
2.3.2 桥面板
(1)桥面板断裂。主要原因:一是作用的车辆荷载过大。随着近年来汽车的大型化,载重增加以及超载违章车辆的增加,对桥面板有很大影响的单车重力或轮荷载已超过了现有桥梁的设计荷载等级;二是荷载冲击影响。由于桥台下沉致使路桥结合处或由于伸缩缝的损坏等原因而出现高差,车轮经过时产生较大冲击力。
(2)桥面板碎裂。大多因为混凝土级配和施工质量不好而造成强度不足、蜂窝麻面等缺陷,从而致使荷载作用下产生破坏。
2.3.3 伸缩缝
桥梁伸缩缝是为满足桥面变形的要求,在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝,要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向,均能自由伸缩,牢固可靠,车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声;要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞;安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。
伸缩缝破坏特征为接缝处不平、跳车、渗漏等现象。伸缩缝病害出现的原因有以下几个方面:一是设计不周。在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型,而对产品的性能了解不全面,忽视产品的相应技术要求。二是施工质量问题。伸缩缝安装是桥梁施工的最后几道工序之一,为了赶进度,施工马虎,不按安装程序要求施工。三是养护不当。安装后混凝土没有达到强度就提前开放交通,造成過渡段的锚固混凝土产生早期损伤。四是伸缩缝受力复杂而与之密切相关起决定作用的锚固系统却不太合理,锚固混凝土太薄,强度难以达到设计要求,极易损坏。
3 农村公路危桥改造的整治建议
3.1 全面调查评定桥梁技术状况 县级农村公路管理机构应根据《公路桥涵养护技术规范》的规定,开展桥梁的日常巡查、经常检查和定期检查,并对桥梁技术状况进行评定。检查过程中应填写“桥梁经常检查记录表”,现场登记所检查的项目和缺损类型,估计缺损范围和养护工程量,提出相应的小修保养措施,对重要部(构)件明显达到四、五类技术状况的桥梁,应及时提出定期检查建议上报主管领导和上级主管部门。
3.2 分类研究危桥改造实施方案
农村公路四、五类的危桥改造实施方案的确定,应综合考虑桥梁的结构类型、重要部件损坏程序、修复后的桥梁承载能力能否适应行车需求等多方面的因素。拱式结构桥梁主拱圈有较大损坏的建议拆除重建,而钢筋混凝土梁桥因设计承载能力较高,建议以修复为主。
3.3 切实加强危桥改造质量监管
桥梁建设投资大、技术含量高,工程质量监管十分重要。农村公路危桥改造中县道由县级交通主管部门负责,监管能够到位,而乡村公路上的危桥改造根据《公路法》由乡镇人民政府负责,乡镇工程管理和工程技术人员缺乏,工程质量的监管难度很大。为此,在危桥改造实施过程中,必须严格执行基建程序,通过公开招投标选择施工能力强的施工队伍和业务熟练的现场监理人员,同时加强交通主管部门的政府监督,确保危桥改造取得良好的效果。
3.4 政府主导多方筹措建设资金
我国《公路法》已明确规定县级人民政府为农村公路的建设和管理养护的责任主体。虽然农村公路危桥改造政府安排了大量的资金支持,但桥梁建设投资巨大,工程建设的缺口资金必须以县级政府为主导,多方进行筹措。首先县级财政要尽最大能力安排,其次是有条件的乡镇实行“一事一议”筹集,最后还要发动受益企业、厂矿进行社会捐助。只有建设资金足额到位,才能做到全面、及时、又好又快的消除农村公路上的危桥。
4结 论
(1)通过对宣城市农村公路桥梁常见病害的调查,对主要桥梁结构型式与相关病害的统计分析,得出桥梁病害与桥梁结构形式、建材类型、建设年代及地质条件都有很强的相关性。桥梁的损坏很多时候是诸多因素综合作用的结果,维修加固一定要找准原因。
(2)桥梁地基基础的稳固对于桥梁的安全非常重要,拱桥和梁桥的损坏中基础的沉降和位移都是最主要的原因之一。
(3)桥梁的损坏及原因是多样和复杂的,对受损桥梁的加固和维修方法也是多方案的。整治处理时应因地制宜,既要考虑结构及力学特点、材料性能,以要考虑方便施工、方便社会交通,还要考虑工程造价等方面。
(4)桥梁安全和稳定的另一个重要方面是其所在的河道及河床是否稳定。目前很多的桥梁因水流改道河床面急剧下降,造成了桥梁的严重损坏,必须加以高度防范。
参考文献
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