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          桥梁设计施工常见缺陷
          2010-09-06 
          面对国民经济现代化建设的需要,交通运输任务日益繁重,交通量剧增、车行荷载加大。由于过去设计受到时代限制,施工受到材料局限,随着桥梁负荷日益加重。桥梁结构显示出了各种各样的缺陷,发生了这样那样的病害。

            桥梁承载能力不足

            桥梁设计荷载偏低


            在我国公路事业的发展过程中,大量的桥梁是在当时的经济环境下建设的,现已不适应当今国民经济快速发展的需要。当年,在修建公路的时候,对于仅作为人行桥或马车使用的古代和近代的桥梁,未作任何改造就加以利用,尽管大都有一定的潜力可挖,对于当时荷载等级要求不高,行车密度较稀的交通状况是能够适应的。但是随着交通事业的发展相当一部分老桥面临着荷载等级偏低、承载能力不足的状况,导致病害日益严重,成为危桥。

            设计原因

            设计上存在的问题,主要是结构不合理、计算错误、施工图不完善。

            ●结构不合理。桥梁设计方案的选择,是由当地的水文地质条件、施工技术和方法、经济指标和使用要求等诸多因素所决定的。这里涉及到采用的结构形式,如桥梁结构形式、构件的施工方式、桥梁截面形式,还有桥梁跨径的划分或墩高的处理等。如果这些结构选择或布局不合理,都会使桥梁在运营过程中出现这样那样的缺陷。

            ●计算错误。在桥梁设计计算中,由于计算错误等原因,可能给桥梁带来先天不足问题。例如,在预应力混凝土构件的二次应力、干燥收缩、徐变、拱桥卸载问题等计算时,由于设计人员的技术水平不高、经验不足、错误套用规范,或对特殊部位的处理不当,都会给桥梁日后运营中埋下隐患。

            ●施工图纸不完善。施工图不完善主要表现在一些结构的细致部位。例如钢筋的接头、钢筋布置等细节标注的不清楚,使得在施工中出现把接头安置在弯矩最大处的不足等,这些都会成为日后发生缺陷的因素。

            施工原因

            施工是设计的实现过程。设计正确性与否、是否完善 在施工中都会得到检验。同时,施工的质量优劣也将影响桥梁的整体性能。在桥梁建设中,尽管设计正确。但施工方法不当、施工质量控制不严、施工过程中遇到一些非预见性灾害,如洪水、地震等。常常导致桥梁承载能力降低,不能达到设计的预期目的。由于施工原因,致使日后桥梁承载能力不足,其具体原因主要有以下几个方面。

            ●材料质量问题。在施工中所使用的混凝土、钢筋、预应力筋和砂砾等材料,质量达不到规范要求。是导致桥梁结构产生各种质量缺陷的内在因素。

            ●施工质量问题。在公路桥梁过程中,由于工种多、工序多,加之现场施工,每位施工人员往往要担负多方面的工作。如钢筋工、起重工、架子工和混凝土工等,稍有疏忽就会出错,就有可能使结构出现缺陷。

            ●施工中的质量事故。由于施工方法不当、施工质量控制不严。在施工过程中遇到非预见性的灾害,常常影响到工程质量,导致桥梁的承载能力下降,达不到设计的预期目标。

            外界因素

            车流量加大、重车增多,交通碰撞事故,地震、洪水的破坏,环境恶劣、化学腐蚀,周边出现不均匀沉降等,都会使桥梁产生损坏。桥梁作为大自然中的一种结构物,经常会遇到各种各样的意外灾害,如地震、火灾、冲撞事故等,使桥梁结构受到损坏,承载能力下降。例如宁一杭线上的南渡桥,是单孔净跨40m的飞鸟式双曲拱桥,原桥为净7+2×0.8m, 拱圈由8个整体浇筑的飞乌式拱波组成。拱轴系数m=2.814,矢跨比f/L=1/8。1970年建成后受到两次地震破坏,腹拱损坏严重,主拱、腹拱脚均有裂缝出现,横隔梁严重开裂,经交通部抗震小组确定为危桥。可见随着国民经济发展,交通量日益增加,不少原有桥的承载能力已不能满足当今的交通需要,成为我国现有桥梁面临的主要问题之一。

            常见裂缝产生的原因

            裂缝是桥梁最常见的缺陷和主要病害,而病害往往是从裂缝形成而始。裂缝是结构变形的结果,是桥梁状况的外在表现。因此,重视裂缝研究,找出裂缝产生的原因。对于桥梁维修和加固有着直接的意义。

            变形与形变

            变形一般指的是结构尺寸变化用符号δ表示。变形一般可分为两种形式:自然变形和强迫变形。自然变形简称自变,指的是物体在自然条件下产生凝缩、温度和湿度的膨缩和其他因素所引起结构本身的收缩和膨胀现象,用l表示。自变形有两种形式:结构不受约束,则形变等于自变,δ=1;结构受约束,则在某个方向形变小于自变:δ≤1。强迫变形指构件在受约束条件下,自然变形受到一定阻力,在其所产生的形变,叫做强迫变形,简称迫变,用£表示,并且£=1-δ。

            裂缝

            裂缝产生原因:经过对结构构件裂缝分析可以得知,只有当“迫变(£)足够大” 时,才引起结构裂缝,与形变(δ)、白变(I)大小无直接关系,这样就可以简化问题的分析。迫变来自外力(或者阻力),裂缝发生在垂直于外力的作用面上。当张拉迫变足够大时 在该作用的截面上便发生裂缝。迫变有严格的方向性,裂缝也有严格的方向性。因此 根据发生裂缝的时间和裂缝的形式,反求出迫变大小及方向。例如 设某一构件的材料张拉迫变极限为[£],自然裂缝的必要条件是£=1-δ [£]。当某方向有约束时,此方向δ→0,£→-1, 所以只要一1>[£],则产生裂缝,这种裂缝叫做自然裂缝。

            裂缝类型

            裂缝形式多种多样,大致可归纳为:表面裂缝、贯穿裂缝、深层裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、对角线裂缝、斜向裂缝、上宽下窄、下宽上窄、枣核形裂缝等。根据其危害性,具体可分为以下三种类型。

            贯穿裂缝

            裂缝延伸至整个结构断面,将结构分离,破坏了结构的整体性。原因是当结构受拉、弯曲受拉、偏心受拉时.导致结构表面开裂,从而形成了贯穿裂缝。大体积混凝土的水化热形成的裂缝,多为贯穿性裂缝。对于贯穿性裂缝,必须采取措施 防止结构进一步恶化。

            深层裂缝

            裂缝延至结构深层,危害着结构整体性能。原因:结构老化、结构的不规则变化、约束,混凝土等级低、配筋不当,当受到超重荷载、地震、冲击突然作用,使裂缝向深层延伸。

            表面裂缝

            在结构表面浅层上出现的龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝和干缩裂缝等,称表面裂缝。这种裂缝常常是因为混凝土等级低,施工方法不当,养护不到位等原因而致。

            桥梁拱式结构裂缝形式

              跨中部憾的裂缝

            位置与方向:在跨中2~3m范围内 或1/4~3/4范围内, 从拱肋(板)底部下边缘向上延伸:缝宽为0.1~0.5mm 缝长L=0.2-0.3m。

            原因:拱圈截面太薄,正弯矩作用导致拱肋(板)下缘开裂,桥(墩)台水平位移 施工时吊装不当。

            拱脚附近径向裂缝

            位置与方向:拱座与拱脚之间交接处。时常发生1~2条较宽的裂缝,从上缘向下发展。

            原因:拱圈截面太薄,负弯矩大,桥台产生水平位移,副弯矩增加拱肋、拱扳或者各个箱形肋连接处的混凝土处理不当、收缩大等。

              双曲拱拱波纵向裂缝

            位置与方向:在主拱圈的拱波顶上,裂缝沿跨径方向延伸 在桥宽方向往往有数条裂缝。

            原因:主拱圈横向刚度不够,使主拱圈产生横向位移和连拱效应;拱板顶部浇筑的混凝土收缩大而引起开裂。

            双曲拱桥的拱肋与拱波结合面的裂缝

            位置与方向:拱肋与拱波交界处沿桥跨方向的裂缝。

            原因:没设专门的结合设施,或者措施.拱波过于单薄,拱肋与拱波之间也存在施工缝。桥台发生水平位移,使肋和波之间的结合面剪力、拉力增大 导致裂缝产生:拱波坐浆不良,拱波脚的斜面脚较大;砂浆质量差,含水量较大,沿肋波结合面形成裂缝。

            结束语

            
          随着时间的推移,桥梁病害不断扩展,桥梁维修、加固和改造工作,已成为一项重要而长期的任务。因此,了解和掌握常见的缺陷和病害及其成因,以便于对桥梁维修和养护、加固和改造进行分析和研究。
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