橋梁安全隱患分析及檢測
2017-02-06
城市建設(shè)包括道路、橋梁、輕軌、地鐵、給排水、煤氣、防洪、建筑等工程。橋梁在城市道路體系構(gòu)成中有著重要的意義,橋梁結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的科學(xué)性,將會對城市的交通安全和交通便利性起到直接的作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各個地區(qū)的城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模和速度在不斷的提升。城市車輛通行量不斷的增大,這給由于原來受到設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)限制的橋梁等市政工程帶來了新的挑戰(zhàn),也使得市政橋梁產(chǎn)生了更多的老化和磨損問題。橋梁病害產(chǎn)生的原因,除了原有設(shè)計施工技術(shù)低的原因外,設(shè)計理論的不完善、對橋梁的結(jié)構(gòu)性能認(rèn)識不足,以及施工時單純的考慮工期,而忽略了質(zhì)量控制等原因有關(guān)。文章在分析市政橋梁重要作用的基礎(chǔ)上,對市政橋梁的結(jié)構(gòu)性與構(gòu)造性病害成因與防治措施進(jìn)行了研究。
本文在多座橋梁現(xiàn)場檢測基礎(chǔ)上，分析橋梁承力體系以及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)體系普遍存在的安全隱患，并說明相應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)檢測、評估手段。
橋梁存在的安全隱患
·橋面構(gòu)造
引起橋梁破壞的原因很多，如荷載、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、突發(fā)事件等等，但橋面防水系統(tǒng)沒有達(dá)到使用要求，以至造成橋梁的破壞，是極其重要的原因之一。
橋面鋪裝,即行車道鋪裝,亦稱橋面保護(hù)層。鋪裝的型式有:(1)水泥混凝土或?yàn)r青混凝土。裝配式鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋通常采用水泥混凝土或?yàn)r青混凝土鋪裝,其厚度為60~80mm,強(qiáng)度不低于行車道板混凝土的強(qiáng)度等級。橋上的瀝青混凝土鋪裝可以做成單層式的(50~80mm)或雙層式的(底層40~50mm,面層30~40mm)。(2)混凝土鋪裝。在需要防水的橋梁上,當(dāng)不設(shè)防水層時,可在橋面上以厚80~100mm且?guī)в袡M坡的混凝土作鋪裝層,其強(qiáng)度不低于行車道板混凝土的強(qiáng)度等級,其上一般可不另設(shè)面層而直接承受車輪荷載。但為了延長橋面鋪裝層的使用年限,宜在上面鋪筑厚20mm的瀝青表面作磨耗層。為使鋪裝層具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性(亦能起聯(lián)系各主梁共同受力的作用),一般宜在混凝土中鋪設(shè)直徑為4~6mm的鋼筋網(wǎng)。
橋梁防水系統(tǒng)的設(shè)計，就是設(shè)法將水與混凝土隔離，使水不能進(jìn)入混凝土本體，尤其不能進(jìn)入裂縫中去。防水系統(tǒng)包括以下幾方面：混凝土本身的自防水；橋面防水涂層；伸縮縫的防水；橋面雨水孔與水落管；欄桿外側(cè)與人行道的構(gòu)造；梁端和帽梁的防水。
·橋跨結(jié)構(gòu)
路線遇到障礙而中斷時，跨越這類障礙的結(jié)構(gòu)物。或稱橋孔結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)）。包括橋面板，橋面梁、以及支撐他們的結(jié)構(gòu)構(gòu)件如大梁，拱，懸索，其作用是承受橋上的行人和車輛。
對于梁橋結(jié)構(gòu)來說，主梁主要以其抗彎能力承受荷載，并且在豎向荷載作用下，其支撐反力也是豎直的，梁結(jié)構(gòu)只承受彎矩和剪力，不承受軸向力。主梁跨中承受最大彎矩、支承處承受最大剪力，兩處即為主梁病害多發(fā)地包括：T形梁腹板出現(xiàn)裂縫；梁體普遍存在滲水現(xiàn)象；主梁底部混凝土保護(hù)層在外力作用下剝落，內(nèi)嵌鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重；預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底部出現(xiàn)裂縫，且裂縫數(shù)目比較多，分布面積比較大；T梁橫隔板存在制造誤差，連接鋼板銹蝕、損壞狀況嚴(yán)重。行車道板之間橫向連接物脫落，導(dǎo)致整橋橫向連接能力降低，容易產(chǎn)生單個行車道板受力，加速其老化程度。
·下部結(jié)構(gòu)
下部結(jié)構(gòu)【substructure】指的是支承橋梁上部結(jié)構(gòu)并將其荷載傳遞至地基的橋墩、橋臺和基礎(chǔ)的總稱。
橋墩分為實(shí)體墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形狀可分為矩形墩、尖端形墩、圓形墩等。建筑橋墩的材料可用木料、石料、混凝土、鋼筋混凝土、鋼材等。對于橋墩來說，安全隱患包括：墩身在船只撞擊作用下，表面混凝土脫落；墩身混凝土保護(hù)層大面積剝落，內(nèi)部鋼筋外露并銹蝕；墩身出現(xiàn)裂縫，且裂縫寬度和長度均比較大；鋼筋銹漲，包括墩身、蓋梁和承臺等部件均發(fā)現(xiàn)該病害，導(dǎo)致其表層混凝土保護(hù)層脫落；
位于橋梁兩端，支承橋梁上部結(jié)構(gòu)并和路堤相銜接的建筑物。其功能除傳遞橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載到基礎(chǔ)外。還具有抵擋臺后的填土壓力、穩(wěn)定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩(wěn)地連接的作用。橋臺一般是石砌或素混凝土結(jié)構(gòu)，輕型橋臺則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對于橋臺來說，典型病害包括：橋臺石砌臺身表面開裂、毀壞；橋臺臺帽混凝土剝落；橋臺雨天滲水現(xiàn)象；橋臺臺帽鋼筋銹漲，表層混凝土保護(hù)層剝落。
橋梁結(jié)構(gòu)檢測、評估手段
橋梁檢測工作的階段劃分。第一階段：準(zhǔn)備階段。其包括收集資料、現(xiàn)場勘察以及編制橋梁檢測方案等內(nèi)容。第二階段：外業(yè)檢測階段。主要是設(shè)備安裝和數(shù)據(jù)采集。第三階段：分析報告階段。即根據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析和計算，并編寫橋檢報告。
橋梁結(jié)構(gòu)檢測包括外觀破損檢查，結(jié)構(gòu)和材料檢測以及橋梁荷載試驗(yàn)。
橋梁外觀病害檢查項(xiàng)目主要包括：橋面鋪裝，支座及上部主要承重構(gòu)件，橋臺及基礎(chǔ)，翼墻耳墻，稚坡護(hù)坡等，檢查重點(diǎn)是橋梁主要承重構(gòu)件的裂縫和破損情況。檢查方法主要是現(xiàn)場人工檢測，根據(jù)損壞狀況打分。
橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測的重點(diǎn)是橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕情況和混凝土強(qiáng)度檢測。橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕情況檢測內(nèi)容包括鋼筋銹蝕電位，混凝土氯離子含量，混凝土電阻率以及混凝土碳化深度?；炷翉?qiáng)度檢測，是通過回彈儀檢測混凝土表面回彈值，采用回彈法時，要考慮碳化深度的影響?；炷翉?qiáng)度是進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)評估的重要指標(biāo)。
在對橋梁進(jìn)行外觀檢查和結(jié)構(gòu)材料檢測之后，根據(jù)檢測結(jié)果，對破損嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)材料狀況差的橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，其目的是通過對橋梁按照設(shè)計荷載直接加載，測試橋梁在最不利荷載作用下的實(shí)際響應(yīng)，進(jìn)一步分析和了解橋梁的工作狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。通過動載試驗(yàn)可測定橋梁結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)和在動力荷載作用下的強(qiáng)迫振動響應(yīng)，確定橋梁在車輛荷載作用下的動力效應(yīng)及使用條件。靜載試驗(yàn)則根據(jù)不同橋型、不同設(shè)計荷載，按照等效原則設(shè)計不同的加載工況，對橋梁實(shí)際加載，檢測橋梁最不利截面的變形和受力狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)和承載能力。橋梁荷載試驗(yàn)的方法，是在橋梁結(jié)構(gòu)主要控制截面安裝各種傳感器，在規(guī)定荷載作用下，通過儀器記錄橋梁受力和變形數(shù)據(jù)。橋梁荷載實(shí)驗(yàn)的實(shí)施分四個階段：方案設(shè)計階段，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，加載試驗(yàn)階段，分析報告階段。
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通量的迅猛增加，尤其是車輛軸載的增大，對橋梁的損害也越來越大，橋梁檢測的任務(wù)也愈加艱巨。只有采用科學(xué)的檢測手段和方法，才能保證采集橋梁資料的準(zhǔn)確性。對于現(xiàn)有橋梁的養(yǎng)護(hù)管理應(yīng)重視橋梁檢測技術(shù)的研究，隨著新材料、新技術(shù)的不斷更新發(fā)展，橋梁檢測技術(shù)將具有更廣闊的發(fā)展空間。
（劉永梅單位：石家莊市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司；田麗軍單位：河北天鴻道橋科技有限公司；韓洪霞單位：河北大地建設(shè)科技有限公司）
