1 广东省公路桥梁基本状况

    广东省在国、省、县道干线公路网上,共有公路桥梁10877座,共长69万延米。这些桥梁是经过几十年的建设及改造积累而成。


   虽然从90年代开始,我省加快了桥梁建设及改造的步伐,但目前在干线公路网上还有2080座(约占20%)荷载标准在汽-10以下的低标准桥梁,以及存在1240座(约占11%)桥面宽度在6m以下的窄桥,这些桥梁是目前公路网交通运输的"瓶颈"随着重型交通运输及重型车辆的大量增加,这些低标准旧老桥梁的承载能力日益不堪负荷,桥梁损伤、损坏情况不断产生。另一方面,随着自然环境的变化,建筑材料耐久性能的衰退,以及桥梁建设过程中人为错误的不断暴露,病危桥梁数量不断增加"虽然从90年代开始,我省投入 

    大量的人力、物力进行了危桥的加固及改造,但目前还存在三、四类桥梁1100座,约占桥梁总数的10%。广东省计划在“十五”期间,对全省干线公路上2420座低标准桥梁及危桥进行改造、加固,需投入资金约11亿元。因此,很有必要在详细调查我省公路桥梁病害情况基础上,分析病害产生原因,使桥梁的加固及改造更加具有针对性。

    2 主要桥型及其常见病害分析 

    2.1 主要桥型分析 

    根据调查统计,约占90.7%的干线公路桥梁为中小桥梁,其中10m以下跨径的简易结构桥梁约占60%,跨径在10~20m间的约占31%。若将桥梁按上部结构受力型式分类,约占63.5%桥梁为简支式梁、板结构,约占32.5%为拱式结构桥梁。若再详细分类,简支板桥、石拱桥、简支空心板、简支T型梁桥、砼拱桥、双曲拱桥等为我省的主要桥型。 

   这些型式的桥梁,反映了我省公路桥梁的建设发展过程及目前桥梁的基本技术状况。从六十年代前期开始,我省进行了大规模的木危桥改建。当时缺乏钢材,大量的木危桥改建都以石拱桥为主。由于受当时地基与基础较难施工等条件的限制,造成了这类桥梁普遍存在基础下沉的后遗症——石拱圈开裂,尤其是淤泥地基及轻台坦拱情况更甚。六十年代后期至七十年代,盛行建设、轻型装配,节约木材为主的双曲拱桥。这种轻型拱式桥梁,在大规模建设时其设计还处于摸索完善阶段,存在如断面尺寸、型式、材料组成、配筋率等诸多技术问题,导致建成及使用后,出现了拱圈下沉变形和开裂脱离等问题。这时期建设的双曲拱桥梁,技术标准低!技术状况差,是八十年代后桥梁改造的重点桥型。八十年代以后,广东省公路建设进入了高峰时期,这时期建设的桥梁,大多数是以钢筋混凝土结构为主。上部结构多采用简支式的梁!板结构,下部结构多采用钻孔灌注桩基及柱式墩台。这些桥梁技术标准较高,整体技术状况也较好,但不断出现钻孔灌注桩基损坏,桥面系损坏等问题。


    从统计结果看,双曲拱桥、圬工拱及钢筋混凝土结构的T梁、空心板等桥梁其坏桥率较高。

   2.2 常见病害 

    2.2.1 石拱桥及砼圬工板拱桥的常见病害 

    (1)主拱圈拱顶横向开裂。在主拱圈的拱顶处有一道贯穿拱宽的主裂缝,缝两侧有明显的高差及错位,主要由于墩台下沉所致。

    (2)主拱圈拱顶段横向开裂。在主拱圈的拱顶段出现1~2条贯穿桥宽的裂缝,缝两侧无明显的高差,主拱顶有轻微的下沉,主要由于墩台滑移或转动所致。

    (3)主拱圈纵向开裂。裂缝从拱脚处开始向拱顶及向外斜向发展,主要由于墩台横向不均匀下沉所致。若属桥台侧沉,一般还会伴随台侧墙的竖斜向开裂。 

    (4)主拱圈斜向开裂。裂缝从拱脚及墩台外侧处开始,向斜对角方向发展,主要由于对向墩台同侧横向下沉所致。

    (5)主拱圈纵向开裂。裂缝从拱顶处开始向两拱脚方向发展,主要由于同跨两墩台同侧下沉 所致。

    (6)桥面破损、拱上填料积水,引起拱上侧墙鼓胀或脱离开裂。或在车辆作用下,因拱圈受力不均匀,引起拱圈的局部损坏。

    2.2.2 双曲拱桥的常见病害 

    (1)拱肋跨中径向开裂,多条裂缝主要分布在拱肋跨中部分,约在1/4~3/4L(L为跨径)范围内,裂缝从肋两侧面下缘向上延伸发展。主要原因是:拱肋截面太薄弱,强度不足,在正弯矩作用下,导致肋下缘开裂;或由于墩台产生水平位移,使拱顶区的正弯矩加大,使肋下缘开裂。这种情况一般还会伴随主拱圈拱顶的明显下沉变形(见图1)。

    (2)拱脚处拱肋径向开裂。在拱座与拱脚交接处产生1~2道较宽的横向裂缝,或在拱脚区附近产生数条由肋上缘向下发展的径向裂缝。主要原因是截面强度不足,在负弯矩作用下开裂,或因墩台下沉!水平位移所致。


    (3)拱顶处拱波顶纵向开裂。裂缝一般沿跨径方向延伸发展,裂缝宽度一般较宽。主要原因是主拱圈横向联系刚度不足,主拱肋产生移动或
转动所致。一般情况下,桥越宽!拱波的矢跨比越小,以及横向联系越弱,这类裂缝越易产生。

    (4)拱肋与拱波结合面的脱离开裂。裂缝一般分布在拱顶区段和拱脚区段,主要是由于墩台出现移动,肋波结合面拱顶段拉应力增大及拱脚
段剪应力增大所致。

    (5)主拱圈的过量变形。主要表现在拱顶下沉以及1/4拱处的过大上凸,使拱轴线呈“M”型。一般是由于主拱圈刚度不足;桥面铺装层增厚,恒载增大;以及墩台的下沉!移动等诸多原因所引起。一般情况下,主拱圈变形过大,伴随着会产生拱上侧墙鼓胀、开裂,腹拱结构开裂损坏,乃至主拱肋开裂等病害。

   2.2.3 其它砼拱式桥梁的常见病害 

    (1)空腹式钢筋混凝土拱桥,在拱脚段的拱上立柱及拱上结构出现开裂损坏,主要是由于主拱过大挠度或变形所致。

    (2)钢筋混凝土刚架拱桥的上弦杆及大、小节点处出现竖向或斜向裂缝,主要是由于构件配筋错误或超载所致。

    (3)钢筋混凝土刚架拱桥的主拱肋与桥面板结合处开裂脱离,引起桥面的开裂损坏。

    2.2.4 简支式桥梁上部结构常见病害 

    (1)钢筋混凝土简支T型梁桥主要的病害有: 预制拼装T型梁的横隔梁搭接缝处开裂损坏;预 制拼装T型梁翼板搭接处的开裂损坏,引起桥面 
纵向开裂;L20mT梁跨中腹板下缘弯曲裂缝;T 梁支座附近腹板斜向裂缝。

    (2)空心板主要病害有:预应力空心板拼装后,各板下挠度不一,板下支座不平、脱空,桥横向联系差,使桥面经常开裂损坏。预应力空心板的 
板下缘角处,混凝土开裂!脱落,出现崩角。

    (3)钢筋混凝土板桥在桥较宽的情况下,出现板底纵向及斜向开裂,一般与墩台下沉、板配筋错误等原因有关。

   2.2.5 简支式桥梁下部结构常见病害 


    简支结构桥梁墩台产生过量的下沉!侧向沉降及转动,不但会使墩台结构本身开裂,同时还会使上部结构的支座出现异常或变形,使桥面伸缩缝损坏,以及引起桥面线型的变化,严重者还会使上部梁端产生挤压破坏。

    (1)重力式墩台帽在支座下处局部开裂,一般裂缝从支承垫石开始,从上向下发展。

   (2)U型桥台侧向竖斜向开裂,一般是侧墙基础不均匀下沉所引起。

    (3)双柱式墩台下地梁竖向开裂,或多柱式墩台盖梁产生自上向下的垂直裂缝,或在柱与盖梁交接处桩产生环向裂缝"一般均是因桩基产生不均匀下沉所引起。

    2.2.6 钢筋混凝土桥梁常见的钢筋锈蚀病害 

    (1)钻孔灌注桩基础,因河床冲刷下降,桩与地梁交接处混凝土剥落,钢筋锈蚀"这种情况目前十分普遍。

    (2)空心板因施工原因,板内露筋!钢筋锈蚀特别是在桥面开裂漏水的情况下更甚。

    (3)经常与水接触的构件,如边梁!边肋!栏杆以及临水面的墩台构件,特别是截面尺寸小的小构件和桥龄30年以上,钢筋锈蚀情况更严重。

    (4)经常与特殊环境如污水、工业废水、海水等接触的桥梁构件,钢筋较易锈蚀。

    2.2.7 预应力结构及箱形桥梁常见病害 

    (1)预应力结构的锚固构造开裂主要有:先张法预应力梁端锚固处附近混凝土的局部劈裂,后张法预应力锚固处的斜向裂缝,箱梁底板在连续力筋锚固齿板后面的横向裂缝。

    (2)预应力梁的腹板与下翼板交界处、腹板侧面及梁的下翼缘等处的纵向开裂。

    (3)多次浇筑的箱梁腹板、顶板底部产生的竖向或横向的收缩裂缝。

    (4)T构连续梁等主跨负弯矩区,以及箱梁悬翼板顶面的桥面开裂。

    (5)大跨度连续箱梁的大吨位点式支座工作性状的不确定性、或损坏,引起箱梁相关的病害。

    3 主要病害的整治及其方法 

    3.1 桥梁受损基础的加固及防护 


    广东省约占75%的桥梁是修建在江河之上, 最近十几年由于自然环境的变化以及随着土木工程大规模建设,需大量地采挖河砂。目前各河流河床面(特别是中上游)均出现急剧的下降趋势, 多数下降达3~4m,甚至5~6m,导致了约占20% 的桥梁的基础受到不同程度的损坏,同时也造成 了桥梁水毁情况的日益严重。对桥梁受损基础的整治是目前我省桥梁养护工作的重点之一。多数受损情况较严重的明挖浅基础桥梁,因桥梁建设标准较低,桥龄较长,应结合桥梁新改建进行整治。对于八十年代后修建的桥梁,多数以桩基础为主,整治时应采取受损桩基加固及对河床进行防治等综合方法整治。

    3.2 对桥梁的桥面系损坏及时进行维修 

    目前我省桥梁养护工作另一个重点是对损坏的桥面系及时进行维修及整治。桥梁的桥面系损坏如桥面开裂、伸缩缝的损坏,以及人为增加桥面铺装层厚度,造成恒载大量超载等情况十分普遍, 原因也较复杂"桥面开裂损坏既有车辆轴载大量超载造成的损坏,又有建设时设计、施工留下的隐患,也有后期养护上的不及时引起的损坏恶化。

    桥面伸缩缝损坏的主要原因有:伸缩缝造型不对、伸缩缝产品及安装不良、桥梁上部结构及支座异常、墩台下沉移动等。维修时应找准原因,及时治理。

    3.3 桥头“跳车”现象的治理 

    桥梁与引道连接不平顺,桥台后填土过量下沉,引起行车在桥头“跳车”,使桥梁交通功能受到影响。要解决“十桥九跳”的现象,是一项长期及艰巨的任务。桥台的作用除了承受上部结构传下的荷载外,更主要的功能是保证台后填土的竖向及侧向的稳定,这是一个不论在设计!施工及后期养护上都容易被忽略的问题。台后填土的稳定, 主要与填土高度、桥台造型、地基处理!施工时填土的选料及压实、桥头排水系统设置等有关。对桥头跳车现象的后期整治,可采用增加台后填土支挡,更换填料,地基加固等措施予以处理"。

    3.4 加固稳定性差的桥梁地基基础 

    广东地处沿海,地基较为软弱。桥梁地基基础稳定性差,是引起桥梁结构损坏的主要原因。

    通过调查,大多数恒载比重大的圬工拱式桥梁,其损坏原因较为单纯,就是基础的过量下沉移动,引起上部结构开裂损坏。也有相当数量的梁式结构桥梁,因地基基础沉降,出现支座异位,引起上部结构开裂及桥面伸缩缝的常年损坏,同时严重者还会引起墩台及墩台框架本身的开裂。对此类桥 梁病害的处理,应先“固”本,再治“标”。

    3.5 轻型拱式桥梁的损坏及加固 

    轻型拱式桥梁如双曲拱、刚架拱、轻型肋拱等桥梁,因截面尺寸较小及恒载比重较小,对活载较敏感。在目前车辆严重超载运输及车辆荷载不确定性增大的状况下,上部结构如主拱圈、拱上立柱、排架、腹拱、桥面板、侧墙等构件出现开裂损坏。这些桥梁的损坏,除了超载原因外,还与主拱肋等主要承重构件刚度不足,挠度变形过大,以及基础的下沉位移等原因有关。对这类桥梁的病害进行整治,应先查清引起损坏的主要原因,再对“症”处理。一般应以加固地基基础,增强主要承重构件的刚度以及加强整桥的横向联系为主要措施。


    3.6 桥梁钻孔桩基础病害的处理 

    桥梁钻孔桩基础,特别是软基及摩擦桩基的过量下沉以及桩身的损坏,是我省目前主要的桥梁病害之一。桥梁桩基础因受特定钻孔灌注施工工艺的影响,无论其承载能力、桩基质量及其耐久性均存在较大的不确定性。特别是在软土层较厚处,采用摩擦桩计算模式,以及大孔径、深桩基础及施工过程操作不良等情况尤甚。成桥后主要表现在墩台过量下沉,引起上部结构的相关病害。

    桩基因河床下降而外露部分,出现桩基的“缩颈”及露筋锈蚀。对于桩基承载能力明显不足,长时间下沉不稳定的桥梁,应采用加桩、补桩等办法予以加固。对桩基损坏!桩身截面减少者,可采用于损坏处增大截面的包桩加固方法处理。

    4 主要结论及建议 

    (1)通过对全省干线公路网桥梁病害的调查, 以及对主要桥梁结构型式与相关病害的统计分析,可以看出桥梁病害与桥梁结构形式、建材类型、修建年代及地域有很强的相关性。引起桥梁的损坏可以是单一原因,也可以是诸多原因综合作用的结果。对受损桥梁的加固维修,应找准病因。

    (2)桥梁地基基础的沉降与位移是引起桥梁上部结构!特别是圬工拱桥损坏的主要原因。轻型拱式桥梁损坏原因有多个方面,既有地基下沉
又有主要承重构件刚度不足，挠度变形过大,以及车辆荷载超载等原因。但基础稳定,提高主要承重构件的抗变形能力是轻型拱式桥梁加固的重点。

    (3)钢筋混凝土梁式桥梁损坏的原因,主要是桥梁地基基础过量沉降,支座工作性状异常,结构细部构造不当,温度变化及结构内力异常重分布材料耐久性能的衰退诸多原因所引起。调查发现,桥梁因上部结构主要承重构件整体强度不足而引起的损坏,这种情况较为少见。因此,结构补强是桥梁加固的治标方法,并不是治本的主要手段。

    (4)桥梁所在的河道及河床面稳定与否,是桥梁本身稳定及安全的基础和保障。目前越来越多的桥梁因水道河床面急剧下降而损坏!毁坏,这是一个应引起高度重视的问题。

    (5)桥梁的损坏及原因是多样复杂的,对受损坏桥梁的加固及维修方法也是多方案的。对特定桥梁病害的整治处理,既要考虑结构及力学特点、材料性能,又要考虑方便施工、方便社会交通,还要考虑经济等诸多条件的约束,因此,桥梁加固方法应因地制宜。