桥梁下部结构缺陷及其原因
2016-12-26
1 桥梁下部结构的主要类型
桥梁是供跨越河流、山谷或其他交通线的建筑物，主要功能是使车辆及行人能够顺利通行。桥梁的主要结构包括：桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础等。桥梁结构中还有许多小型构件，主要是指直接与桥梁服务功能有关的部件，如：桥面铺装、防排水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明。目前，桥梁下部结构常见的类型如下：
1.1 薄壁轻型桥台。对于单跨小桥，为了节约工程造价，避免锥坡压缩河床，常采用薄壁轻型桥台，在两桥台下面设置支撑梁，使整个桥梁构成框架结构系统，并借助两端台后的被动土压力来保持稳定。
1.2 柔性排架式墩台。城市现代交通工程建设中大多数桥梁采用此型式，墩台基桩多为预制打入。该桥梁结构常见于水流区域平缓的桥梁施工，可以保证桥身下部结构的稳定性，避免了水流冲蚀造成的不利影响。
1.3 埋置式桩柱式桥台。该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中，有单排桩柱式与双排桩框架式两种。选择这种形式的桥台时，考虑到维持路基的稳定性，不能过多地压缩桥长，应严格按照性能规定的要求设计。
1.4 柱式桥墩。软土地基是桥梁施工的难点之一，对桥梁结构性能的破坏力较大，且影响了后期交通运输的安全性。柱式桥墩不仅结构简单，且施工工艺流程更为先进，运用于软土地基的桥梁结构是最佳选择。
2 桥梁下部结构缺陷
2.1 桥梁基础的缺陷
2.1.1 桥梁基础缺陷一般是桩基础的沉降和不均匀沉陷。由于地基的压密下沉引起基础沉降，在一定范围内是正常现象，而超出一定的范围则将对桥梁产生有害的影响。在软土地基上修建的桥梁基础，由于经常受到土基压实下沉和地下水位升降等的影响，往往还会产生不均匀的沉降。
2.1.2 桥梁下部基础由于经常受到洪水的冲刷而发生滑移。砂砾石河床上的桥梁，洪水时墩台周围的水流，由于受到墩台的阻挡，使水流发生很大变化，待冲到一定深度水流无法再冲动砂砾时，再稳定下来。另外，桥台基础建造于软土地基，当台背填土超过一定高度且基础构造处理不当时，作用于台背的水平力增大、将导致地基失稳，产生塑性流动，使桥台前移。当基础上、下受力不均匀时，台身也随之产生不均匀的滑移，导致基础出现倾斜，产生滑移或倾斜的桥台基础，多为建造在软土地基上的重力式桥台、倒 T 形桥台。
2.2 墩 (台)身的缺陷
桥墩是桥梁下部的关键性结构，桥墩承载的受力状况直接影响了桥梁的性能强弱。对于桥墩受力计算的研究，设计人员应注重竖向力及墩桩顶水平力等方面的计算，同时考虑桥梁基本结构对桥梁下部结构的力学作用。如：桥墩受力计算时考虑季节性水流冲刷造成的破坏作用造成裂缝，常见的裂缝有水平裂缝、竖向裂缝及网状裂缝等。在如船只及漂浮物的撞击等外力作用下，墩台会产生局部破坏，混凝土墩台会产生脱落与分离。此外，墩台本身材料随使用时间的增长还会老化。总而言之，桥梁墩台本身的缺陷主要有：裂缝、脱落、钢筋外露、锈蚀、老化等。
2.3 墩、台及基础承载力不足
针对墩台基础，处于水中的桥墩，由于直接挡水，一般的冲刷除此之外，另外还会有局部冲刷，使局部斗形河床形成。当河床是厚砂砾卵石层的时候，钻孔灌注桩会发生巨大的磨损，更深会使桩中钢筋外露出来，根据相关的文献资料，在低水位之下，冻结线之上或者冲刷线的附近，墩身或者基础经常存在环带状腐蚀，在基础周围，表面比较松散，在严重的时候，会有混凝土空洞的形成。
2.4 桥梁下部材料收缩引起的裂缝
2.4.1 温差收缩。混凝土材料性能会随着外界环境的变化而改进，当温度前后差异相差到一定程度时则会发生温差收缩，从而引起桥梁结构的多个位置发生裂缝现象。混凝土材料自身的温度变化也会造成温差收缩变形，如：因混凝土内部的水化热过于集中，材料内的温度大幅度上升而使得外部热量散失过快，内外部温度不一形成拉应力后易引起裂缝。
2.4.2 塑性收缩。当表面的水分流失速度过快且加上外部空气风干作用，混凝土材料易产生塑性收缩，该现象常见于混凝土凝固之前。从建筑桥梁施工情况看，塑性收缩受天气影响的变化较大，尤其是干热、大风的区域，建筑物塑性收缩裂缝的发生率较高。如果混凝土材料的强度不达标，减弱了其抵制风干、渗水的能力，经过一段时间的破坏后也会引起塑性收缩。
2.4.3 沉降收缩。沉降收缩与桥梁地基的承载力有密切的关系，地面建筑结构的重力超过地基承载的范围便会出现沉降收缩。如：桥梁的结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水等，这些都是沉降收缩的诱发因素。该类裂缝会随着地基结构的变化而变化，尤其是面对软土地基的桥梁建筑，裂缝的破坏力会不断变强，只有地基变形达到稳定状态裂缝才会稳定。
3 桥梁下部结构的日常养护和加固
3.1 塌台基础的养护
砖石、混凝土和钢筋混凝土桥梁墩台养护的目的和任务是为了使结构物完整、稳定、不发生倾斜，并减少行车振动和基础冲刷，贯彻“预防为主，防治结合”的方针，定期检修、维护桥梁，以保证使用安全。根据有关养护技术规范的规定，对墩台养护的主要工作内容有：墩台表面必须保持清洁，要及时清除青苔、杂草、荆刺和污秽；圬工砌体长期受大气影响、雨水侵蚀而发生灰缝脱落，应重新勾缝；混凝土表面发生侵蚀剥落、蜂窝麻面等病害，应及时将周围洗净，用水泥砂桨抹平；圬工砌体镶面部分，严重风化和损坏时，应予更换。用石料或混凝土预制块补砌，要求色泽和质地与原砌体基本一致；梁式桥墩台顶面没有流水坡或坡面凹凸不平，有裂缝时，应及时铺填水泥砂浆或混凝土，做成横向坡度以利排水。
针对中、小桥混凝土或者浆砌片石扩大基础，它们的缺陷往往是基础下冲空、基础松散破裂，在桥梁墩台有位移、倾斜或者活栽作用的端顶位移比较大的情况下，经常可能是基础发生病害，需要进行挖探检查，当围堰防水或者河床没水时，能够直接挖到基础进行检查；针对置于不大水流速的浅水墩台，能够使用围堰抽水开挖检查，还能够运用激光探测的方法，进行墩台基础冲空、裂缝及断裂等病害的检查。
3.2 墩台基础的加固
基础加固的常用方法有：扩大基础法、增补桩基法(打入桩或钻孔灌注桩)和人工地基加固 (改良地基法)等。墩台的常用加固方法有：用钢筋混凝土套箍或护套加固贯通裂缝的墩台法；用增建挡土墙法处理墩台滑移；以及用顶升法加固产生过大沉降的桥梁结构等各种加固方法。本文对扩大基础加固法进行探讨，此法适用于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。扩大基础加固法可按下列顺序进行：1)通常在必须加宽的范围内先打板桩围堰，如墩台基底土壤不好时，应用必要的加固。2)挖去堰内土壤，直挖至必要的深度 (注意墩台的安全)。3)在堰内把水抽干后。铺砌石块(浆砌)，或作混凝土基础。4)新旧基础要注意牢固结合，施工时，可加设连系 (锚固)钢筋或插以钢销，以使加固扩大基础和旧基础牢固地结合成一整体。
4 结语
墩台和基础是桥梁的重要组成部分，应该更深一步增强桥梁下部的维修养护，大力搞好桥梁下部结构的维修养护工作，积极发现桥梁存在的病害缺陷，同时进行可能成因的分析，在掌握成因的前提下，采取有效的加固维修对策，使病害减轻或者消除。
参考文献
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[3]廉德文.研究盖梁结构的受力压迫与处理措施[J].中国桥梁建筑，2010，22（10）：53-56.
作者简介：
金洲（1982～），男，本科，助理工程师，从事公路、铁路、市政、轨道交通施工工作。
王波（1973～），男，本科，高级工程师，从事公路、铁路、市政、轨道交通施工工作。
