橋梁下部結(jié)構(gòu)病害分析及檢測(cè)加固措施研究

胡元秋

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112)

0 引 言

交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)于年代較為久遠(yuǎn)的橋梁，其設(shè)計(jì)荷載低、承載能力小、橋面窄小，又由于目前的汽車(chē)數(shù)量激增，超載和超限的現(xiàn)象又頻繁出現(xiàn)，使得這些橋梁已經(jīng)不能夠再適應(yīng)交通運(yùn)輸發(fā)展的需求，在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害，對(duì)公路交通安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在目前的橋梁建設(shè)方面，其重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了舊橋的檢測(cè)、維修和加固改造方面。橋梁的下部結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)傳遞荷載，決定了橋梁結(jié)構(gòu)能否處于同一高程和平面。下部結(jié)構(gòu)會(huì)受到流水壓力、填土側(cè)壓力、橫向風(fēng)力等多方面作用，在長(zhǎng)時(shí)間的作用之下會(huì)出現(xiàn)墩臺(tái)開(kāi)裂、下降、位移、傾斜等病害，進(jìn)而會(huì)影響橋梁的上部結(jié)構(gòu)，威脅整個(gè)橋梁的安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 橋梁下部結(jié)構(gòu)病害

橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)三者之間相互影響，下部結(jié)構(gòu)的病害主要會(huì)受到兩個(gè)方面因素的影響，其一是外界因素，其二是上部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)狀態(tài)的變化。不同類(lèi)型、不同程度的病害，其產(chǎn)生的原因也有不同，對(duì)于一些復(fù)雜的病害，通常會(huì)是由多種原因綜合作用的結(jié)果。

1.1 墩臺(tái)開(kāi)裂

裂縫是橋墩病害中最為常見(jiàn)的，橋墩要受到上部荷載的影響。荷載作用的方式不同，產(chǎn)生的裂縫的樣式也是有所不同，其主要的裂縫形式包括了橫向、 豎向、 斜向以及網(wǎng)狀的。橋梁墩臺(tái)之所以產(chǎn)生豎向裂縫，主要原因在于混凝土在進(jìn)行澆筑之后并沒(méi)有做到養(yǎng)護(hù)到位，其豎向所承受的荷載一旦超出了墩臺(tái)的承載能力就會(huì)出現(xiàn)豎向裂縫。橫向裂縫主要是因?yàn)樵诮涌p的部位沒(méi)有處理好或者是水平的外荷載作用所導(dǎo)致的。如果在墩臺(tái)的局部產(chǎn)生了剪切應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生斜裂縫。如果混凝土內(nèi)部出現(xiàn)了水化熱現(xiàn)象，同時(shí)外界溫度有了明顯的變化，就會(huì)使得墩臺(tái)出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。

1.2 墩柱位移偏位

墩柱主要承受了橋梁結(jié)構(gòu)的自重、車(chē)輛荷載、人群荷載等豎向荷載。但是當(dāng)墩柱發(fā)生了豎向偏移，墩柱除了要受到豎向荷載還會(huì)收到偏心荷載。然而在墩柱設(shè)計(jì)時(shí)往往只考慮到了豎向軸力，但是在偏移的作用下，墩柱的負(fù)擔(dān)就會(huì)加大，如果長(zhǎng)期處于這種情況之下就會(huì)嚴(yán)重的影響到橋梁的穩(wěn)定性和承載能力。造成墩柱偏移的原因眾多，其中主要包括了填土壓力過(guò)大、外界車(chē)輛、船只的撞擊、地震等，此外如果在施工的過(guò)程中不能夠進(jìn)行嚴(yán)格的把控，也可能會(huì)造成墩臺(tái)偏移。

1.3 蓋梁開(kāi)裂

蓋梁位于橋墩與支座之間，起到傳遞和支撐荷載的作用。蓋梁的斜向開(kāi)裂主要是由于局部剪應(yīng)力造成的；而豎向裂縫一方面是由于墩臺(tái)基礎(chǔ)發(fā)生了不均勻沉降，另一方面是由于蓋梁的設(shè)計(jì)荷載超出了當(dāng)初的設(shè)計(jì)值。

1.4 支座病害

支座位于上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間，主要起到連接的作用。支座一旦出現(xiàn)問(wèn)題不僅會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)，還會(huì)對(duì)下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。支座產(chǎn)生病害的類(lèi)型和原因如表1所示。

表1 支座病害類(lèi)型和原因

2 檢測(cè)措施研究

2.1 檢測(cè)主要內(nèi)容

外觀(guān)檢查是橋梁檢測(cè)的首要步驟，這個(gè)過(guò)程中主要檢查混凝土的風(fēng)化程度、剝落、破損現(xiàn)象以及鋼筋銹蝕情況等方面，同時(shí)還需要對(duì)支座的正常工作進(jìn)行檢查，檢測(cè)其時(shí)候具有錯(cuò)位和斷裂的現(xiàn)象、墩臺(tái)是否有滑動(dòng)、開(kāi)裂、下沉現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)橋梁外觀(guān)的檢測(cè)，需要計(jì)算出下部結(jié)構(gòu)以及整體橋梁的BCI值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)劃分其等級(jí)以及技術(shù)狀態(tài)。除了外觀(guān)的檢測(cè)還需要對(duì)下部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，這方面主要包括了混凝土的強(qiáng)度、碳化程度、保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕程度以及裂縫的寬度和深度。另外一方面還需要檢測(cè)橋梁的荷載，其中主要包括了靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)橋梁的承載能力以及適用性能。

2.2 檢測(cè)主要設(shè)備及技術(shù)要求

橋梁外觀(guān)的檢測(cè)除了可以通過(guò)目測(cè)觀(guān)察，還可以通過(guò)一些機(jī)械例如測(cè)量?jī)x器、照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等。在無(wú)損檢測(cè)方面，主要通過(guò)回彈儀來(lái)對(duì)回彈值進(jìn)行測(cè)量，除此之外還有超聲波探傷技術(shù)。對(duì)于鋼筋銹蝕的測(cè)試主要可以劃分為兩類(lèi)，其一是物理方法，其二是化學(xué)方法。對(duì)于物理檢測(cè)方法主要應(yīng)用了電阻棒法、射線(xiàn)法、聲發(fā)射探測(cè)法、紅外熱像法、基于磁場(chǎng)的檢測(cè)方法。電化學(xué)檢測(cè)方法主要包括了半電池電位法、電阻率檢測(cè)法。對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)主要是為了能夠檢驗(yàn)橋梁主體結(jié)構(gòu)在加固之后的承載力能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)也為橋梁的運(yùn)營(yíng)以及養(yǎng)護(hù)提供相應(yīng)的依據(jù)。荷載的檢測(cè)主要包括了靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)以及跳車(chē)試驗(yàn)。

3 加固施工方法研究

3.1 墩臺(tái)的沉陷和損壞

在軟弱地基上修建橋臺(tái)，軟弱的下臥層不能夠承受較大的荷載壓力，會(huì)使得橋臺(tái)出現(xiàn)沉陷以及水平的推移。如果臺(tái)后的填土發(fā)生了剪切滑動(dòng)，會(huì)使得橋臺(tái)朝向橋梁的方向進(jìn)行推移，對(duì)于這樣的情況，除了需要對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行加固，此外還應(yīng)當(dāng)在臺(tái)后增設(shè)防護(hù)工程，從而防止臺(tái)后的填土繼續(xù)滑移。如果橋臺(tái)的臺(tái)深發(fā)生了斷裂，則主要可以應(yīng)用鋼筋硅、碳纖維等對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。此外為了能夠防止臺(tái)后土壓力對(duì)橋臺(tái)造成的偏移，通常會(huì)在臺(tái)身背后設(shè)置擋土墻，減少水平推力作用。如果兩個(gè)橋臺(tái)之間的距離較小，則僅需要在橋臺(tái)之下設(shè)置鋼筋混凝土支撐梁即可。為了能夠降低沉陷，通常均是采用加設(shè)樁基的措施，與原來(lái)的擴(kuò)大基礎(chǔ)或者承臺(tái)連成一個(gè)整體，避免其出現(xiàn)明顯的沉降。

3.2 墩臺(tái)表面發(fā)生裂縫

如果墩臺(tái)表面的裂縫較大，通常選用水泥砂漿來(lái)進(jìn)行修補(bǔ)；而對(duì)于小型的裂縫通常則會(huì)選用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿來(lái)進(jìn)行填充。如若橋墩處于通航的河流之上，且橋梁的跨徑較小，墩柱極易被船只碰撞，發(fā)生折斷，對(duì)交通造成嚴(yán)重的影響。面對(duì)這種情況通常會(huì)采用套箍鋼筋的方式來(lái)進(jìn)行加固，在此過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮到河流過(guò)水面積的相關(guān)問(wèn)題，避免套箍設(shè)置過(guò)厚造成阻水過(guò)大。在修補(bǔ)橋墩裂縫時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面的因素，避免橋墩受到二次傷害。

3.3 墩臺(tái)承載能力不夠

要提高橋梁的整體承載能力，關(guān)鍵在于加固橋梁的下部結(jié)構(gòu)，提高墩臺(tái)的承載能力，其中主要可以應(yīng)用擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、增加基樁加固法以及高壓注漿法。擴(kuò)大基礎(chǔ)法主要應(yīng)用于埋置較淺的情況，尤其是出現(xiàn)了過(guò)大的不均勻沉降，且地基土質(zhì)堅(jiān)實(shí)滿(mǎn)足了要求。增補(bǔ)樁基加固法主要是通過(guò)在樁式基礎(chǔ)的周?chē)蛉胄碌臉痘?，并且將承臺(tái)和樁頂連接形成一個(gè)整體，達(dá)到提高基礎(chǔ)承載力的目的，但是應(yīng)用該方法可能會(huì)對(duì)水陸交通造成影響。高壓旋噴注漿法應(yīng)用的范圍廣、施工方便、漿液集中且流失較少，而且固體形狀也可以控制同時(shí)還能夠確保固結(jié)強(qiáng)度。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上，文章重點(diǎn)闡述了橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害分析以及加固措施。首先分析了墩臺(tái)開(kāi)裂、墩柱位移偏位、蓋梁開(kāi)裂、支座病害等橋梁下部結(jié)構(gòu)病害；然后闡述了具體的檢測(cè)措施并提出了墩臺(tái)沉陷、損壞、開(kāi)裂以及承載力不足等幾個(gè)方面的加固措施。