山區(qū)公路橋梁樁基病害原因分析及處治
2015-12-03
前言
受山區(qū)特殊氣候、地理地質(zhì)、人為因素等影響，以及橋梁施工質(zhì)量控制的原因，橋梁樁基容易出現(xiàn)各類缺陷、病害，如不及時處治，對結構及行車安全將帶來不利影響，其處治需要從多方面著手。本橋通過全面分析，采用合理的維修處治方法，全面達得了預期的目標。
一、山區(qū)公路和橋梁的特點決定了山區(qū)公路橋梁的技術和施工方面也具有獨特的特點，具體如下：一是橋梁占路線總長比例大， 路橋相間頻繁；二是橫斷面出現(xiàn)半路半橋形式；三是平縱技術指標降低，甚至取規(guī)范的極值；四是所采用的施工工藝較為成熟；五是橋位周圍自然地理環(huán)境差，地面起伏大，坡度多大于45 度， 部分達到80度，局部形成峭壁懸崖或峽谷；六是相鄰墩柱（ 縱向、橫向） 相對高差大，一般工程柱高最小不到1.0m，最高達4.2m；七是施工環(huán)境惡劣，橋位偏僻，交通不便；八是機械化作業(yè)程度低，勞動力密集；九是多高空作業(yè)，工程蓋梁頂至地面最大高差為達47.2m；十是上部構造多采用無支架式施工方法，如預制安裝法、懸臂現(xiàn)澆法等。
二、 缺陷和病害原因分析
影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素橋梁樁基的使用環(huán)境較其它混凝土結構的使用環(huán)境更為惡劣, 因此環(huán)境因素對樁基耐久性的影響也較為突出。橋梁工程需要設樁基的情況, 或是因為要穿越河床將荷載傳遞到基巖上, 或是因為需穿越不良地基將荷載傳遞到深處堅實的土層上。而不同的地點土性不同, 土所含的物質(zhì)不同, 地下水位或河道水位不同, 因此, 樁基使用環(huán)境的性質(zhì)隨著其所處的地點、區(qū)域的不同而有很大的差異; 一年季節(jié)的變化也會造成一定的差異。另外, 由于地下物質(zhì)的生化作用, 使用環(huán)境的性質(zhì)還可能逐年惡化。所有這一切均會對鋼筋起保護作用的混凝土產(chǎn)生影響,導致混凝土過早失去對鋼筋應有的保護作用, 最終影響樁基的耐久性。所以, 在研究橋梁樁基的耐久性問題時, 樁基的使用環(huán)境是一個必須加以考慮的因素。影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素是多元化的,主要影響因素可分為以下幾點。
1 土質(zhì)因素
對于樁基穿越的鹽漬土, 特別是含有大量易溶鹽的飽和土, 由于易溶鹽在施工時極易滲入橋梁樁基常用的灌注樁中, 對樁基的耐久性有較大的影響。而在樁基的使用過程中, 樁身極易出現(xiàn)鹽結晶, 這對樁基的耐久性亦有較大的影響。
2 河道水位因素
河道水位一年四季發(fā)生變化, 對于采用高樁承臺的樁基礎來說, 其對樁基的耐久性的影響就表現(xiàn)得更為突出。
3 季節(jié)及氣候因素
季節(jié)有雨季旱季, 氣候有降雨、冰凍及艷陽天。有些區(qū)域雨季地下水位高, 旱季地下水位低, 地下水位的變化不但使樁基的受力情況發(fā)生變化, 而且使地下有害物質(zhì)對樁基的作用發(fā)生變化。
4 荷載因素
橋梁傳給樁基的荷載較其它建筑物要大, 對于有些橋型, 不但對樁基有較大的垂直荷載, 且有較大的水平荷載。
5 水分入滲因素
由于橋梁樁基所處位置的特殊性, 其周圍一般水分較多。而混凝土本身有一定的滲透性, 使水分滲入樁體, 易于使樁內(nèi)鋼筋較快銹蝕。若樁基混凝土表面有明顯的氣孔與內(nèi)部空腔相連, 這種作用就更為嚴重。因此水分入滲因素對樁基耐久性也有較大影響。
6橋梁樁基施工方法對其耐久性的影響
橋梁樁基較多采用鉆孔灌注樁。但由于樁基多在水下施工, 不便監(jiān)視, 再加上影響正常施工和施工質(zhì)量的因素較多, 致使樁基出現(xiàn)“兩次澆注”, 樁身出現(xiàn)縮頸、夾泥斷樁和沉渣。所有這些均使地下有害物質(zhì)更易于腐蝕鋼筋, 使樁基的耐久性出現(xiàn)問題。
三、鉆孔灌注樁缺陷及病害預防措施
1加強橋梁施工質(zhì)量控制。
根據(jù)樁基病害原因的分析，鉆孔灌注樁施工時護筒的設置、鋼筋籠的定位、泥漿稠度控制、水下混凝土灌注質(zhì)量控制等是影響樁基使用質(zhì)量的主要因素。因此，在施工期間加強樁基施工質(zhì)量的控制，是防止樁基缺陷的關鍵。對護筒的設置， 《公路橋涵施工技術規(guī)范》( JTG/T F50 － 2011) 要求護筒埋置深度應根據(jù)設計要求或樁位的水文地質(zhì)情況確定，一般情況埋置深度宜為2 ～ 4m，有沖刷影響的河床，應沉入局部沖刷線以下不小于1. 0m。對水下混凝土灌注灌注，導管的埋置深度宜控制在2 ～ 6m?；炷凉嘀翗俄敃r，應注意管內(nèi)混凝土壓力，避免樁頂泥漿密度過大而產(chǎn)生泥團或樁頂混凝土不密實、松散現(xiàn)象。
2加強橋梁設計中的安全性和耐久性：
應重視結構的耐久性問題橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領域，國內(nèi)從20 世紀80 年代以來，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現(xiàn)倒塌或嚴重損害的例子很少，但已經(jīng)有多座橋梁因為拉索的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟損失。
3重視對疲勞損傷的研究
橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的。
4充分重視橋梁的超載問題
汽車超載主要有三種情況；其一是早期修建的老橋超齡負載運營；其二是橋梁通行的車流量超過原設計；另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加；后者是車輛使用者違法超載營運，后兩種超載現(xiàn)象在我國公路運輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、甚至會出現(xiàn)一些超載引發(fā)的結構破壞事故。
5嚴格控制河砂的開采，強化河道管理和執(zhí)法力度。
近年來，受經(jīng)濟利益驅(qū)動，一些河流的河砂被大量無序開采，導致河床濫挖濫采，河床沖刷下切嚴重，影響橋梁的安全性能。河道管理部門除航務管理部門外，還有水利部門、國土部門等，多方管理形成管理力度不大，執(zhí)法效果不佳的局面。而《公路法》、《公路管理條例》僅賦予公路管理部門管理大中型橋梁周圍200m 范圍內(nèi)的采砂等活動，作用受限。
6完善橋梁樁基養(yǎng)護技術規(guī)范。
現(xiàn)行《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》( JTG H10 － 2009) 、《公路橋涵養(yǎng)護技術規(guī)范》( JTG H11 － 2004) 中，對橋梁水中樁基檢查方法、檢查內(nèi)容的規(guī)定和要求較少。加之實際工作中通常采用潛水摸查，由于潛水員對橋梁專業(yè)知識的理解差異，可能會出現(xiàn)摸查表述問題，影響工程技術人員對樁基狀況的評定。對橋梁樁基檢查方法、檢查內(nèi)容應有詳細的規(guī)范，以便于操作。
7根據(jù)山區(qū)氣候、地理地質(zhì)等特點，做好橋梁的日常養(yǎng)護工作。
特別是橋下水位變化情況、河床沖刷下切情況、外露樁基完好狀況等，要做好觀測記錄。發(fā)現(xiàn)河床沖刷后，應及時采取拋石防護等措施，防止沖刷加劇。
結束語
對于橋梁建設單位來說，橋梁樁基工程的建設質(zhì)量直接關系著整體橋梁工程的安全性以及使用壽命，也關系著橋梁工程的經(jīng)濟效益。因此，在橋梁建設工程中提高橋梁樁基工程施工技術的控制及管理對于保障橋梁的使用安全性以及企業(yè)的經(jīng)濟效益。
