危橋病害原因分析及處置措施

閆 廣 文

(山西省公路局大同分局，山西 大同 037006)

0 引言

擬建項(xiàng)目為大同境內(nèi)國道109線K436+293店灣橋危橋加固改造工程，橋梁所在路線是山西省干線公路的重要組成部分，原橋?yàn)?-20.0 m的雙曲拱橋，修建于1982年，近幾年來，由于交通流量大，大噸位超載車輛所占比例多，而原橋設(shè)計(jì)荷載偏低，導(dǎo)致該橋梁均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害，存在著極大的交通隱患，嚴(yán)重影響了所屬路線的交通安全運(yùn)營及通行能力。為了提高干線公路通行能力，加強(qiáng)道路安全管理，消除交通隱患，以避免發(fā)生交通安全事故，故對(duì)該危橋進(jìn)行改造。

該橋目前主要的病害為腹拱圈與拱頂側(cè)墻裂縫開裂，橋下滲水；主拱圈拱波及拱腳處混凝土大面積泛堿，橋面鋪裝出現(xiàn)坑槽及網(wǎng)裂；橋梁病害較為嚴(yán)重，對(duì)行車安全造成嚴(yán)重影響，急需對(duì)該橋進(jìn)行拆除重建。

1 橋梁主要病害原因分析

1.1 舊橋概況

K436+293店灣橋?yàn)?-20.0 m的雙曲拱橋，修建于1982年，原設(shè)計(jì)荷載為汽—15、掛—80，橋面寬度凈10+2×0.5 m，橋梁全長(zhǎng)62.6 m，右前夾角90°，上部結(jié)構(gòu)為雙曲拱，下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺(tái)，橋高8.9 m,橋下垂直凈高8.3 m，橋頭、橋尾兩端均為二級(jí)路，其路基寬度12 m，橋頭、橋尾所在路段縱坡均在0.3%。該橋曾于2007年在原瀝青混凝土橋面鋪裝上又加鋪5 cm瀝青混凝土，現(xiàn)橋面鋪裝厚度為10 cm。

1.2 主要病害原因分析

總體上，國道109線K436+293店灣橋上下部及附屬部位均不同程度地出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害，加上原橋設(shè)計(jì)荷載偏低，其承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足公路—Ⅰ級(jí)的荷載等級(jí)要求，存在著極大的交通隱患，嚴(yán)重影響了所屬路段的正常運(yùn)營及通行能力。

根據(jù)所檢查橋梁的病害、缺損及損傷特征，可以分為：施工缺陷、運(yùn)營中出現(xiàn)的病害和由于環(huán)境變化引起的病害等三類。

1.2.1施工缺陷

對(duì)于施工缺陷，如果缺陷的存在直接影響結(jié)構(gòu)相關(guān)部位的穩(wěn)定性和安全性，則需要對(duì)相應(yīng)構(gòu)件或部位進(jìn)行更換或加固；如果由于缺陷的存在使結(jié)構(gòu)的耐久性受到較大的影響，且與施工缺陷有關(guān)的病害有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，則需要對(duì)其及時(shí)維修加固，以遏制病害的進(jìn)一步發(fā)展。

1.2.2運(yùn)營期間出現(xiàn)的病害

對(duì)于運(yùn)營過程中出現(xiàn)的病害，如屬于日常運(yùn)營中磨損性的損傷或破壞，按一般維修措施處治；對(duì)于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的損傷，影響到結(jié)構(gòu)的安全性或耐久性的病害，需要維修甚至加固，修復(fù)結(jié)構(gòu)至原設(shè)計(jì)狀態(tài)，并需考慮結(jié)構(gòu)維修后的耐久性問題。

1.2.3環(huán)境變化引起的病害

對(duì)于運(yùn)營過程中，由于環(huán)境的變化(或惡化)而出現(xiàn)的病害，或使原有病害發(fā)展加劇，需要根據(jù)現(xiàn)有病害及其發(fā)展的原因，確定處治措施。

1.2.4橋檢情況

為了了解現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況等級(jí)，確定橋梁結(jié)構(gòu)的病害情況以及病害發(fā)展趨勢(shì)，以便為后續(xù)橋梁的養(yǎng)護(hù)維修提供數(shù)據(jù)支持，依據(jù)相關(guān)橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)大同市轄區(qū)內(nèi)國省干線公路橋梁進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過橋檢后，發(fā)現(xiàn)該橋梁主要出現(xiàn)以下病害：

1)腹拱、拱波均滲水泛白。

2)腹拱拱腳位移，立墻開裂。

3)個(gè)別連接系混凝土剝落。

4)橋面鋪裝大面積網(wǎng)裂。

5)未設(shè)置限載標(biāo)志。

根據(jù)橋檢及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果，目前發(fā)現(xiàn)主要存在以下病害：

1)主拱圈拱波多處出現(xiàn)縱、橫向裂縫。

2)第二跨3L/4處的橫系梁出現(xiàn)較多裂縫，局部混凝土開裂、脫落，出現(xiàn)鋼筋銹蝕、脹裂現(xiàn)象。

3)全橋1號(hào)、8號(hào)腹拱墩與主拱圈外側(cè)相接處拱肋混凝土大面積脫落，腹拱兩側(cè)第一個(gè)砌塊砌縫均開裂，最大開裂寬度5 cm，導(dǎo)致砌塊松動(dòng)，腹拱墩底端普遍破裂。

4)第二跨主拱圈1號(hào)拱肋在L/4附近出現(xiàn)一條縱向裂縫,寬度0.5 mm，在3L/4附近拱肋側(cè)面有一條縱向裂縫,寬度2 mm。

5)第1,7,8,9,10及12號(hào)腹拱圈與拱頂側(cè)墻多處砌縫開裂,砌石松動(dòng)，裂縫最寬處寬度達(dá)8 mm左右。

6)3個(gè)腹拱圈外側(cè)橫向砌縫開裂,裂縫最寬處達(dá)6 mm～7 mm。側(cè)墻整體外凸,最大為20 mm左右，腹拱墩拱腳處砌石松動(dòng)。

7)橋梁墩臺(tái)底部部分砌縫脫落，砂漿掏空，橋下鋪砌大面積損壞，積水嚴(yán)重。

8)橋臺(tái)側(cè)墻出現(xiàn)橫向及豎向裂縫。

9)橋下滲水嚴(yán)重，主拱圈拱波及腹拱圈拱頂和拱腳處大面積出現(xiàn)白化現(xiàn)象。

10)錐坡?lián)p壞，鋪砌普遍出現(xiàn)隆起、凹陷等病害；0號(hào)臺(tái)兩側(cè)錐坡底砌石松動(dòng),勾縫脫落,坡上有雜草。

11)0號(hào)臺(tái)右側(cè)錐坡與路基銜接處被雨水沖毀，出現(xiàn)沖溝。

12)第一跨及第二跨右側(cè)橋面鋪裝有兩處凹槽,面積分別為S=500 cm×60 cm,S=300 cm×50 cm，其他地方橋面鋪裝也多處出現(xiàn)縱橫向裂縫，導(dǎo)致雨水下滲主拱圈滲水。

13)橋頭連接不平順,橋面高出路面3 cm左右。

2 依據(jù)病害維修處置

2.1 維修處置原則

橋梁維修加固措施的選擇是依據(jù)現(xiàn)行《橋涵規(guī)范》以及相應(yīng)橋梁的已有缺陷、病害的判別和工程措施實(shí)施的可行性。具體是：

1)橋梁結(jié)構(gòu)的總體情況、上部結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件的完好狀況及整體工作性能、下部結(jié)構(gòu)的損傷，以及已有缺陷、損傷和破損對(duì)橋梁正常運(yùn)營(安全性)的影響；

2)已有缺陷、損傷和破損對(duì)橋梁耐久性的影響；

3)工程措施實(shí)施的可行性需要綜合考慮橋梁運(yùn)營的實(shí)際情況、施工環(huán)境、現(xiàn)有技術(shù)條件、工程造價(jià)及工程措施對(duì)整體線路運(yùn)營環(huán)境的影響等。

其中，對(duì)于以滿足第一條，即以滿足安全性為主要目的的維修加固措施具有“強(qiáng)制性”，維修加固原則的具體選擇是在滿足安全性的基礎(chǔ)上，從橋梁運(yùn)營的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮橋梁的耐久性問題，以及現(xiàn)有資金和技術(shù)條件，進(jìn)而確定近期和遠(yuǎn)期的維修加固決策。

對(duì)于以保證橋梁耐久性為主要目的的維修加固措施，分為第一類：急需實(shí)施；第二類：可暫緩實(shí)施兩類。

根據(jù)上述提出的維修加固措施選擇的原則，以下針對(duì)所檢查橋梁的維修加固措施的選擇分別依據(jù)以下兩類三種提出：

第一類：以下稱Ⅰ類，滿足橋梁安全性的維修加固措施，需要盡快實(shí)施；

第二類：以下稱Ⅱ類，滿足橋梁耐久性的維修加固措施，分為兩種：需在近期內(nèi)實(shí)施，即在運(yùn)營環(huán)境沒有重大變化的條件下，需要在一年內(nèi)實(shí)施，以下稱Ⅱa；可暫緩實(shí)施，即在運(yùn)營環(huán)境沒有重大變化的條件下，需要在三年內(nèi)按計(jì)劃實(shí)施，以下稱Ⅱb。

對(duì)于屬于Ⅱa的維修加固措施，如不及時(shí)實(shí)施，則不僅會(huì)引起結(jié)構(gòu)的耐久性降低，而且可能在近期內(nèi)，如3年～5年內(nèi)，病害會(huì)嚴(yán)重惡化，進(jìn)而可能導(dǎo)致維修加固措施變化為Ⅰ類，從而降低橋梁運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)及維修加固的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)會(huì)較大幅度地增加維修加固費(fèi)用，甚至喪失加固的實(shí)際意義。

2.2 根據(jù)以上維修加固處置原則，橋梁處置措施

由于原拆除2-20 m上部雙曲拱后加高墩臺(tái)重做2-23 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的方案，通過計(jì)算，一孔箱梁比原一孔雙曲拱重量增加21.12%，在活載不變、上部重量增加21.12%的情況下，而原橋墩臺(tái)地基承載力的計(jì)算資料無法查找，難以考證。另由于修建年代比較久遠(yuǎn)(修建于1982年)，原橋設(shè)計(jì)荷載采用汽—15級(jí)，下部墩臺(tái)能否滿足上部重做2-23 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋公路—Ⅰ級(jí)的荷載需求，無法確定。故為了安全起見，將原拆除2-20 m上部雙曲拱重做2-23 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的方案改為拆除原雙曲拱橋，新建2-25 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，上部采用25 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部采用柱式墩肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋梁寬度采用12 m，見表1。

表1 國道109線K436+293店灣橋處置措施一覽表

3 店灣危橋研究結(jié)論

通過對(duì)店灣橋的主要病害缺陷及損傷特征，究其原因，從施工缺陷運(yùn)營中出現(xiàn)的病害和環(huán)境變化引起的病害三方面分析，再依據(jù)橋檢及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果，通過計(jì)算，得出處置措施為拆除新建2-25 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。

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