公路桥梁常见病害及预防

1公路桥梁常见病害及预防一、国内外桥梁病害状况二、桥梁基础病害1、扩大基础病害基础沉降、倾斜及混凝土破坏。2、打入桩基础支承力不足下沉、倾斜，配筋不足，桩长不足。3、钻孔灌注桩基础沉降、倾斜、桩长不够、配筋不足、桩混凝土不完整、短桩、短筋、偏位、桩顶露筋、桥台桩偏位。三、桥梁墩台病害台后填土冻胀、桥台前移。墩台裂纹、墩台倾斜、表面剥落、混凝土强度低。四、桥梁上部病害不同部位出现裂纹，混凝土标号不足，同一标号不同部位不一、混凝土漏水渗水、钢筋锈蚀、预应力过大过小、拱度过大、管道压浆混凝土溶蚀。五、桥面病害整体化接缝破坏、裂纹、桥面脱落、桥面厚度不足、钢筋下落。一、国内外桥梁状况世界上第一座钢筋混凝土桥于1875年在法国建成，20世纪中期以前，钢筋混凝土桥局限于中小跨度桥梁，1937年在德国第一座预应力混凝土桥梁建成以后，混凝土桥才进入长跨度桥的行列。回顾历史，不难看出，近代桥梁是在与事故及病害的斗争中不断发展起来的。混凝土桥梁130余年的发展历程，是从教训中不断改善与提高，从素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土到预应力钢筋混凝土，每一步都是与桥梁倒塌、混凝土毁坏和开裂作斗争中发展的。预应力技术直到20世纪的20年代才得到完善，解决了高强度混凝土、高强度钢材和安全可靠的锚固方法。在公路桥梁中，混凝土桥占绝大多数，据10前的统计数字，欧洲占70%，美国占52%，我国占90%以上。在混凝土桥梁中预应力桥梁所占的比例，虽然日趋增加，但仍为少数。钢筋混凝土桥与预应力桥比例，德国为62：38，美国50：50，我国大约70：30。在各类桥梁中预应力混凝土桥梁的缺陷率最低，它是钢筋混凝土桥缺陷率的一半。预估使用寿命钢筋混凝土桥70年左右，预应力桥梁100年上下，由此可见，混凝土桥梁越多，使用寿命就越短，缺陷率就超高，这说明桥梁的使用耐久性存在很大的问题，由于荷载标准的不断增加，气候条件的变化，环境污染，风雨酸盐侵蚀，桥梁数量急骤增加，桥梁建设质量下2降，这些致桥梁远远达不到设计预期使用寿命。对我省危桥险桥检查所见，有的长则20年-30年，短则8-10年就出现明显病害，美国有近60万座混凝土桥梁存在缺陷的占45%，需要修复和更换，类似情况在世界其它国家也不例外。我国再过10年以后也难免于此。混凝土桥梁的病害由于其数量之大，地域之广，项目之多，对交通运输安全畅通会带来严重的影响，修复费用之浩繁，现已成为世界各国共同关注的问题。因此我们必须注重桥梁工程的耐久性，减少桥梁的缺陷及病害，下面讲一些病害实例，提出产生原因及防治方法。一、桥梁基础病害对基础要求：承载力、稳定性、冲刷、冻胀、不满足要求就会出现病害。对常用的三种桥梁基础，扩大基础(挖基)、打入桩、钻孔桩在施工中和使用中出现的病害加以阐述。1、扩大基础一般是地基强度较高能够满足设计承载力要求，但也时有承载力不足，所以设计文件用在说明中都注出，如地质条件变化与设计不符，通知设计部门，研究后确定是否可继续施工。尽管如此，仍有因设计和施工中的疏忽造成基础施工后严重沉降、倾斜、变形。致使墩台变形、倒塌。出现这种病害的主要原因有：1)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。长春至哈尔滨102线肖家沟2号桥，二孔桥跨，是扩大基础，在桥台施工完成，一字墙也灌注完成，台背填土时，发现桥台向内倾斜，一字墙出现裂缝，后来做了打入桩加固处理；珲春圈河至防川公路，有一座6米小桥，挖基时发现地质为淤泥，做了打小木桩和抛片石处理，但在桥台台身灌注后有2号台身沉降6-8㎝，采用加载预压，一个月稳定后，再将台帽加厚。2)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。这类事件很多。3)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。这类病害很多，预防的办法就是在混凝土浇注前，做好基坑排水，不能将混凝土浇注在水里，留下隐患。4）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、打入桩基础1）打入桩基础下沉的主要原因，有桩长不足、地基承载力不够、实际地质条件与设计不符、施工时桩很容易打入，没有采取加桩或接桩的补救措施，最终造成墩台沉降。预防的办法是在打桩时必须满足承载力的要求，应严格按贯入度控制，做好每根桩的检查记录。2)由于打入桩倾斜，造成桥台倾斜。主要原因是桩打入在软土地基中，台后填土高度大，3水平土压力大，桩的柔度过大，随着加载时间的延长，台后超孔隙水压力逐渐消散，土压力逐渐增大，台前土体仍处于流塑状态，对桩压力失去平衡，造成桩的上部向桥内倾斜。长平高速公路K126+831板涵就发生了这种情况，主要是没有涵底铺砌，就进行台背填土，横向支撑不利而造成的。预防的办法是对地质不良的打入桩基础的桥台，必须先做支撑梁，桥涵地面铺砌、安装梁板。上述工序施工结束后再做台后填土。还有桩的入土深度不足造成桥台倾斜。遇到上层软下层硬的地基土质，桩打不进去，便将其截断，入土深度不满足设计规定4m的要求。加上浇承台挖基、铺砌或流水冲刷，实际桩在原地基中的长度只有2-3米，在路基填土水平力作用下发生倾斜。预防的办法是不容许随意截短桩的长度，在原样地基土中不应短于4m。否则应改为扩大基础，不能用桩基。3)打入桩有些隐患值得注意。配筋不足，主钢筋直径过小，有的将房屋建筑用的方桩，直接用到桥涵中使用，钢筋断面不足。由此造成水平承载力不足，加上钢筋锈蚀后断面会变小，桩身出现裂纹、断裂；混凝土标号不足，也是经常出现问题。3、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。1）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。如某高速公路有一座30M跨箱梁，桥台浇注后检查误差不大，在加筋混凝土挡墙做完后，要安装梁时发现梁安装不下去了，跨径小了6-8㎝，只好做了改善处理。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。如60代修的套堡桥等一批钻孔桩桥都有类似的现象。危桥检查中发现冲蚀露筋的钻孔桩很多。2）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；也有因洪水冲刷造成桩长不足或损坏，引起沉降，甚至全桥垮塌。如江苏盐城一座桥就是这样垮塌的。3）桥台钻孔桩因粗差造成偏位是屡见不鲜的事，一差就是几十厘米。主要是设计桥台桩中心线与梁支座中心线不一定在一条直线上，而放样时按在同一条直线上操作而造成的偏4位。误小差无法处理而留下偏心受力的隐患。无法将梁安装上去的大误差，就要改变梁长或加固桥台。为预止此类事故须认真熟读设计图、上下部图纸进行核对，发现错误加以改正，桩位放样后仔细复测核对。我记忆清楚的桥有：松原长山屯桥桥跨长了48㎝，做了加桩处理。长营高速的一座天桥梁加长38㎝。半拉山松花江大桥44m跨与20m跨过度墩间跨径大了50㎝。将墩身加宽50㎝。4）钻孔桩短桩经常发生，在施工中应注意发现进行处理，否则留下后患。短桩可在桩的下部、中间和上部发生，上部容易发现，中、下部只有在浇注混凝土过程中跟踪检查、记录，可随时发现。成桩后用钻探取芯或无破损检测才能发现。从钻孔桩的灌注工艺水平上也可掌握质量情况，不按规范施工就容易出现事故。如60-70年代施工的钻孔桩心中就没有底。前扶松花江大桥哲盟工程队施工的108根桩全部报废，主要是混凝土浇注不连续，是一次重大的教训；还有些桥梁回忆起来也是心惊胆战，真不知道哪日能否跨塌；现在这种情况仍然存在，应引起重视。5）上段短桩一是因为泥浆稠度过大，浇到最后无法进行而中止，或勉强浇注造成混凝土夹泥强度不足；二是发生灌注事故。对短桩必须认真检查鉴定是否可用，不能满足要求坚决废弃重浇。处理短桩是一件很难的事，尤其是在水中或在淤泥土中，现介绍三种方法。（1）、钻除桩不良混凝土，冲洗桩头，重新灌注混凝土。因桩周边有钢筋，只能缩小一级桩径，如原为200㎝桩径，用150㎝钻头冲击，可冲有160㎝孔。这种方法适于短桩部位很深，垂直水平承载力均能满足设计要求的条件进行处理。在保证人身安全的情况下，潜水员下去清边和检查钻孔情况，然后再浇注混凝土。长余高速公路陶赖昭特大桥主墩的一根钻孔桩（桩径2m、桩长50.9m）在浇到32m时，导管破裂，不能连续浇注造成短桩，采用上述方法进行了处理。经计算分析可以达到前述要求。但因是100M跨径的特大桥，决定一直钻到原设计标高（钻除钢筋笼内的混凝土，只余20-30㎝厚的钢筋混凝土筒壁，用2台300T千斤顶，利用扁担梁及骨架钢筋，逐步将筒壳吊出孔外，重新复孔、下钢筋浇注混凝土。（2）、短桩外下钢护筒，在护筒与桩混凝土之间压浆封水，将护筒内的水抽干后，处理接桩。在苏丹辛加大桥用这种方法处理两根桩。那里当时水深8-10M，一根桩因浇注事故，短在地面下7M处；另根桩因浇后涨洪水，断在护筒底部短了2.5M。对这两根桩用锥型钢护筒，上口1.5M直径，下口2.6M直径，比桩径大1.2M，使护筒边与桩边只少有50㎝间距。护筒用10mm钢板，适当加竖肋和横肋。护筒用振动打桩机沉到短（断）桩顶1M以下，其中一根桩的护筒过长，分为两节长下沉。然后潜水员下去，用空气抽砂设备将护筒与桩间的泥土挖空，预埋压浆管，填充3㎝粒径以下级配碎石。桩顶盖铺碎石厚度50㎝以上。再向碎5石内在水中压注水泥浆，过2-3天后潜水员下去检查强度状况，有一定强度后，开始抽水处理。二根桩的处理效果非常好，接桩过程中都始终是无水施工。（3）旋喷防渗帷幕处理短桩旋喷桩是工业民用建筑和道路建筑工程中较弱地基加固处理广泛应用的一种方法，叫“旋喷法”，也叫“高压喷射注浆法”。它的原理是采用高压水射流切割土层，用水泥浆将土混合，形成水泥土桩柱（喷管旋转形成）。这种桩柱具有一定强度，可提高地基承载力，堵水防渗，做建筑物支撑，防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。旋喷防渗帷幕就是将若干根旋喷桩紧密靠拢，相互叠接形成整体帷幕（围堰、围囹），防止围幕外的水渗透到内部工作面。旋喷防渗帷幕设计要点：根据适用目的、机械设备性能、土质类别、土的密实程度、渗透情况等，确定旋喷桩直径（帷幕厚度），一般为0.3-0.8m，最大可达1m以上。确定旋喷桩围距、径距及布置形式。为达到防水目的和抗土压力的要求，旋喷帷幕桩通常佈2排或3排，围距（桩心之间距）要小于直径，重叠不宜能过多，经验作法是围距L＝0.866d，径距M＝0.755d。形式布置一般为三角形，如图所示。为提高防渗能力，宜增加交圈厚度减小桩距。用下式计算交圈厚度，交圈厚度还要满足强度要求，t＝PD/2σe=√d2-(L/2)2，旋喷桩长度根据桩周边条件分析确定。注浆材料及配方：使用普通水泥，水灰比为0.75：1-1：1，28d强度可达8-15MPa，渗透系数可达10－6-10－7㎝/s。掺加速凝或早强剂的水泥浆，外掺剂有CaCL2、Na2O.nSiO2三乙醇氨等，为水泥量的2-4%。掺用速凝早强剂可减少凝结时间，减少冲蚀，提高抗压强度。为提高抗渗性能（尤其中短桩处理帷幕）在水泥浆中掺入水泥量2-4%的水玻璃（Na2O.nSiO2），渗透模数K＜10-7㎝/s，抗渗性大大提高。要求水玻璃系数M＝2.4－3.4（SiO2/Na2O克分子数）较好。浓度要求30-50波美度为宜。旋喷桩的旋喷参数选择，要根据地基土层性质、密实。地下水状态，在不同层位选择不同参数，以实现连续、均匀、稳定、密实的旋喷。旋喷