山区公路桥梁桩基病害原因分析及处治
2015-12-03
前言
受山区特殊气候、地理地质、人为因素等影响，以及桥梁施工质量控制的原因，桥梁桩基容易出现各类缺陷、病害，如不及时处治，对结构及行车安全将带来不利影响，其处治需要从多方面着手。本桥通过全面分析，采用合理的维修处治方法，全面达得了预期的目标。
一、山区公路和桥梁的特点决定了山区公路桥梁的技术和施工方面也具有独特的特点，具体如下：一是桥梁占路线总长比例大， 路桥相间频繁；二是横断面出现半路半桥形式；三是平纵技术指标降低，甚至取规范的极值；四是所采用的施工工艺较为成熟；五是桥位周围自然地理环境差，地面起伏大，坡度多大于45 度， 部分达到80度，局部形成峭壁悬崖或峡谷；六是相邻墩柱（ 纵向、横向） 相对高差大，一般工程柱高最小不到1.0m，最高达4.2m；七是施工环境恶劣，桥位偏僻，交通不便；八是机械化作业程度低，劳动力密集；九是多高空作业，工程盖梁顶至地面最大高差为达47.2m；十是上部构造多采用无支架式施工方法，如预制安装法、悬臂现浇法等。
二、 缺陷和病害原因分析
影响桥梁桩基耐久性的环境因素桥梁桩基的使用环境较其它混凝土结构的使用环境更为恶劣, 因此环境因素对桩基耐久性的影响也较为突出。桥梁工程需要设桩基的情况, 或是因为要穿越河床将荷载传递到基岩上, 或是因为需穿越不良地基将荷载传递到深处坚实的土层上。而不同的地点土性不同, 土所含的物质不同, 地下水位或河道水位不同, 因此, 桩基使用环境的性质随着其所处的地点、区域的不同而有很大的差异; 一年季节的变化也会造成一定的差异。另外, 由于地下物质的生化作用, 使用环境的性质还可能逐年恶化。所有这一切均会对钢筋起保护作用的混凝土产生影响,导致混凝土过早失去对钢筋应有的保护作用, 最终影响桩基的耐久性。所以, 在研究桥梁桩基的耐久性问题时, 桩基的使用环境是一个必须加以考虑的因素。影响桥梁桩基耐久性的环境因素是多元化的,主要影响因素可分为以下几点。
1 土质因素
对于桩基穿越的盐渍土, 特别是含有大量易溶盐的饱和土, 由于易溶盐在施工时极易渗入桥梁桩基常用的灌注桩中, 对桩基的耐久性有较大的影响。而在桩基的使用过程中, 桩身极易出现盐结晶, 这对桩基的耐久性亦有较大的影响。
2 河道水位因素
河道水位一年四季发生变化, 对于采用高桩承台的桩基础来说, 其对桩基的耐久性的影响就表现得更为突出。
3 季节及气候因素
季节有雨季旱季, 气候有降雨、冰冻及艳阳天。有些区域雨季地下水位高, 旱季地下水位低, 地下水位的变化不但使桩基的受力情况发生变化, 而且使地下有害物质对桩基的作用发生变化。
4 荷载因素
桥梁传给桩基的荷载较其它建筑物要大, 对于有些桥型, 不但对桩基有较大的垂直荷载, 且有较大的水平荷载。
5 水分入渗因素
由于桥梁桩基所处位置的特殊性, 其周围一般水分较多。而混凝土本身有一定的渗透性, 使水分渗入桩体, 易于使桩内钢筋较快锈蚀。若桩基混凝土表面有明显的气孔与内部空腔相连, 这种作用就更为严重。因此水分入渗因素对桩基耐久性也有较大影响。
6桥梁桩基施工方法对其耐久性的影响
桥梁桩基较多采用钻孔灌注桩。但由于桩基多在水下施工, 不便监视, 再加上影响正常施工和施工质量的因素较多, 致使桩基出现“两次浇注”, 桩身出现缩颈、夹泥断桩和沉渣。所有这些均使地下有害物质更易于腐蚀钢筋, 使桩基的耐久性出现问题。
三、钻孔灌注桩缺陷及病害预防措施
1加强桥梁施工质量控制。
根据桩基病害原因的分析，钻孔灌注桩施工时护筒的设置、钢筋笼的定位、泥浆稠度控制、水下混凝土灌注质量控制等是影响桩基使用质量的主要因素。因此，在施工期间加强桩基施工质量的控制，是防止桩基缺陷的关键。对护筒的设置， 《公路桥涵施工技术规范》( JTG/T F50 － 2011) 要求护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2 ～ 4m，有冲刷影响的河床，应沉入局部冲刷线以下不小于1. 0m。对水下混凝土灌注灌注，导管的埋置深度宜控制在2 ～ 6m。混凝土灌至桩顶时，应注意管内混凝土压力，避免桩顶泥浆密度过大而产生泥团或桩顶混凝土不密实、松散现象。
2加强桥梁设计中的安全性和耐久性：
应重视结构的耐久性问题桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域，国内从20 世纪80 年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失。
3重视对疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。
4充分重视桥梁的超载问题
汽车超载主要有三种情况；其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加；后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。
5严格控制河砂的开采，强化河道管理和执法力度。
近年来，受经济利益驱动，一些河流的河砂被大量无序开采，导致河床滥挖滥采，河床冲刷下切严重，影响桥梁的安全性能。河道管理部门除航务管理部门外，还有水利部门、国土部门等，多方管理形成管理力度不大，执法效果不佳的局面。而《公路法》、《公路管理条例》仅赋予公路管理部门管理大中型桥梁周围200m 范围内的采砂等活动，作用受限。
6完善桥梁桩基养护技术规范。
现行《公路养护技术规范》( JTG H10 － 2009) 、《公路桥涵养护技术规范》( JTG H11 － 2004) 中，对桥梁水中桩基检查方法、检查内容的规定和要求较少。加之实际工作中通常采用潜水摸查，由于潜水员对桥梁专业知识的理解差异，可能会出现摸查表述问题，影响工程技术人员对桩基状况的评定。对桥梁桩基检查方法、检查内容应有详细的规范，以便于操作。
7根据山区气候、地理地质等特点，做好桥梁的日常养护工作。
特别是桥下水位变化情况、河床冲刷下切情况、外露桩基完好状况等，要做好观测记录。发现河床冲刷后，应及时采取抛石防护等措施，防止冲刷加剧。
结束语
对于桥梁建设单位来说，桥梁桩基工程的建设质量直接关系着整体桥梁工程的安全性以及使用寿命，也关系着桥梁工程的经济效益。因此，在桥梁建设工程中提高桥梁桩基工程施工技术的控制及管理对于保障桥梁的使用安全性以及企业的经济效益。
