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關於舊橋下部結構病害的分析

隨著我國社會經濟和交通運輸事業的快速發展,過去年代修建於各地城鎮和各級公路上的橋樑,負擔著十分沉重的交通荷載及繁重的交通量。使得為數眾多的農用、公路及城市橋樑,發生了各種大大小小的病害,如橋面破損、欄杆斷裂、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、砼剝落、鋼筋鋼索鏽蝕、鋼結構裂紋鏽爛、墩臺斷裂位移、擋牆傾斜錯位、錐坡下挫坍塌、墩臺基底衝空、橋頭路基沖塌、河床護底衝翻以及河道被沖刷嚴重變遷而危及橋頭路基等,已經破壞了橋樑的正常良好狀態。這種不良狀態,除將大大縮短橋樑的使用壽命之外,有的已經威脅著過往人車的安全而成為危橋。

這些橋樑具有荷載等級低、使用年限長的特點。從技術資料分析,大多數橋樑是三不知:一是不知基底地質;二是不知基礎深度;三是不知隱蔽部分的尺寸。從橋樑技術狀況分析,由於河床屢遭洪水沖刷,河床底部加深,橋樑墩臺基礎外露、衝空,產生不均勻沉降,導致橋臺、拱圈產生附加應力而出現開裂,有的甚至出現開合現象;有的橋樑由於橋臺較高,受行車及臺後土壓力的作用,橋臺出現開裂、凸肚等病害;橋面混凝土鋪裝層由於使用時間長加之重車作用,導致開裂、剝落等病害。按橋樑技術狀況來評定大多屬三類橋樑。舊橋加固,提高舊橋的承載能力,確保交通運輸的安全將是目前和今後面臨的任務。本文就橋樑下部結構存在的主要問題做下探討。

橋樑下部結構由橋墩、橋臺及其下部的基礎構成。墩臺和基礎是橋樑的重要組成部分,是直接承受橋樑上部結構的荷載,同時將荷載傳遞給地基的受力結構。所以,橋樑下部結構是橋樑的支承部分,又稱支承結構。

橋臺使橋樑與路堤相連線,因此,它除了承受上部構造的荷載外,還承受來自臺後路堤填土的土壓力。而橋墩所受的外壓力則比橋臺還要大些,除了承受上部構造荷載外,還要承受風力、流水壓力、冰壓力、浮力,以及在特殊情況下可能發生的船隻或漂浮物的撞擊力等的作用。

橋樑墩臺基礎在長年使用過程中,還將受到自然界各種因素的影響作用,如大氣、雨水的侵襲,洪水的沖刷。在地震區,還不可避免地受到地震力的作用。此外,由於過橋車輛的日益重型化,實際上部分活載標準已超過設計規範的負荷要求,墩臺的負擔在不斷地增加,經常受到過重活載的作用。

這樣,橋樑墩臺和基礎在建造過程中或建成經多年使用後,將會出現不同程度的損壞,產生各種病害。主要存在病害有以下兩種:

1.墩臺結構的病害

墩臺結構均位於上部結構和基礎之間,是橋樑下部結構的主體,多采用圬工或鋼筋混凝土結構。墩臺結構由於具有將上部結構的荷載傳遞給基礎的功能,因此,墩臺容易受到上部結構荷載增加和基礎出現病害的直接影響,尤其是,當基礎產生不均勻沉降、滑移、傾斜等現象時,將會使墩臺受到影響而產生很大的損壞。

墩臺損壞的主要形式是出現裂縫。常見的裂縫有水平裂縫、豎向裂縫及網狀裂縫等。

磚石砌體或鋼筋混凝土墩臺除常年受乾燥、潮溼、寒暑、凍結冰害等氣候條件的影響外,還受到水、海水、酸、鹼、火、熱等作用,從而產生裂縫、剝落、鏽蝕等病害。此外,材料隨使用時間的增長還會老化。

在船隻及漂浮物的撞擊等突然外力作用下,墩臺會產生區域性破壞,混凝土墩臺會產生脫落與剝離。

概括之,橋樑墩臺結構的病害主要有:裂縫、剝落、空洞、鋼筋外露、鏽蝕、老化、結構的變形移位等。

2.橋樑基礎的病害

橋樑基礎一般採用天然地基上的淺基礎和樁基礎、沉井基礎以及混合基礎等深基礎。由於每類基礎所處的條件不盡相同,因此,根據基礎結構形式及修建基礎地形的差異,所產生的病害也不完全相同。但從總的方面來說,它有一定的規律性。橋樑基礎一般容易發生的主要病害有:

(1)基礎的沉降和不均勻沉降

由於地基的壓密下沉而引起的基礎沉降,這對於任何一座橋樑都將是難以避免的,在一定範圍內這是正常現象,而超出一定的範圍則將對橋樑產生有害的影響,在軟土地基上修建的橋樑基礎,由於經常受到土基壓實下沉和地下水位升降等的影響,往往還會產生不均勻的沉降。

(2)基礎的滑移和傾斜

基礎由於經常受到洪水的沖刷而產生滑移,沖刷深度由河流的河床縱坡與河床堆積物成分等因素所決定。一般很難預先估計沖刷有多深,事先必須經過充分的調查,以探求其沖刷深度。另外,由於河床疏浚開挖,減少了橋臺臺前臨河面地基土層的側向壓力,也會使基礎產生側向滑移。

當橋臺基礎建造於軟土地基上,而臺背填土超過一定高度且基礎構造處理不當時,作用於臺背的水平力增大,將導致地基失穩,產生塑性流動,使橋臺產生前移。當基礎上下受力不均時,臺身也隨之產生不均勻的滑移,導致基礎出現傾斜。

產生滑移或傾斜的橋臺基礎,多為建造在軟土地基上的重力式橋臺、倒T式橋臺。沉井基礎也有產生前移的,這是由於沉井基礎施工時擾動了地基且承受井背土壓力的寬度大,可又不能像樁基礎那樣,有使流動土壓力從樁間擠過去的效果,所以作用於沉井基礎的流動壓力比樁基礎的大,會引起其位移的機率也大。

基礎產生的滑移或傾斜,在嚴重時會導致橋樑結構的破壞,其破壞形式有:

1)支座和墩臺支承面破壞以及梁從支承面上滑落下來。

2)伸縮縫裝置被破壞或使接縫寬度減少、伸縮功能減弱。

3)滑移量過大時,梁端與胸牆緊貼,嚴重時導致胸牆破壞或梁區域性壓屈。

(3)基礎結構物的異常應力和開裂

由於受力不均,往往會產生區域性異常應力,並導致橫向或縱向裂縫。在特殊外荷載的作用下,還會使基礎結構物因出現異常應力而產生區域性破壞。

以上對橋樑下部結構產生病害的原因進行了分析。正確認識橋樑下部結構產生病害的原因,才能對其進行針對性的加固設計工作。這對於我們進行危橋調查工作具有很重要的指導意義。

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