桥梁安全隐患分析及检测
2017-02-06
城市建设包括道路、桥梁、轻轨、地铁、给排水、煤气、防洪、建筑等工程。桥梁在城市道路体系构成中有着重要的意义,桥梁结构与构造的科学性,将会对城市的交通安全和交通便利性起到直接的作用。随着我国经济的快速发展,各个地区的城市基础设施的建设规模和速度在不断的提升。城市车辆通行量不断的增大,这给由于原来受到设计荷载标准限制的桥梁等市政工程带来了新的挑战,也使得市政桥梁产生了更多的老化和磨损问题。桥梁病害产生的原因,除了原有设计施工技术低的原因外,设计理论的不完善、对桥梁的结构性能认识不足,以及施工时单纯的考虑工期,而忽略了质量控制等原因有关。文章在分析市政桥梁重要作用的基础上,对市政桥梁的结构性与构造性病害成因与防治措施进行了研究。
本文在多座桥梁现场检测基础上，分析桥梁承力体系以及其他相关结构体系普遍存在的安全隐患，并说明相应的桥梁结构检测、评估手段。
桥梁存在的安全隐患
·桥面构造
引起桥梁破坏的原因很多，如荷载、材料质量、施工质量、突发事件等等，但桥面防水系统没有达到使用要求，以至造成桥梁的破坏，是极其重要的原因之一。
桥面铺装,即行车道铺装,亦称桥面保护层。铺装的型式有:(1)水泥混凝土或沥青混凝土。装配式钢筋混凝土、预应力混凝土桥通常采用水泥混凝土或沥青混凝土铺装,其厚度为60~80mm,强度不低于行车道板混凝土的强度等级。桥上的沥青混凝土铺装可以做成单层式的(50~80mm)或双层式的(底层40~50mm,面层30~40mm)。(2)混凝土铺装。在需要防水的桥梁上,当不设防水层时,可在桥面上以厚80~100mm且带有横坡的混凝土作铺装层,其强度不低于行车道板混凝土的强度等级,其上一般可不另设面层而直接承受车轮荷载。但为了延长桥面铺装层的使用年限,宜在上面铺筑厚20mm的沥青表面作磨耗层。为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性(亦能起联系各主梁共同受力的作用),一般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢筋网。
桥梁防水系统的设计，就是设法将水与混凝土隔离，使水不能进入混凝土本体，尤其不能进入裂缝中去。防水系统包括以下几方面：混凝土本身的自防水；桥面防水涂层；伸缩缝的防水；桥面雨水孔与水落管；栏杆外侧与人行道的构造；梁端和帽梁的防水。
·桥跨结构
路线遇到障碍而中断时，跨越这类障碍的结构物。或称桥孔结构（上部结构）。包括桥面板，桥面梁、以及支撑他们的结构构件如大梁，拱，悬索，其作用是承受桥上的行人和车辆。
对于梁桥结构来说，主梁主要以其抗弯能力承受荷载，并且在竖向荷载作用下，其支撑反力也是竖直的，梁结构只承受弯矩和剪力，不承受轴向力。主梁跨中承受最大弯矩、支承处承受最大剪力，两处即为主梁病害多发地包括：T形梁腹板出现裂缝；梁体普遍存在渗水现象；主梁底部混凝土保护层在外力作用下剥落，内嵌钢筋外露锈蚀严重；预应力混凝土箱梁底部出现裂缝，且裂缝数目比较多，分布面积比较大；T梁横隔板存在制造误差，连接钢板锈蚀、损坏状况严重。行车道板之间横向连接物脱落，导致整桥横向连接能力降低，容易产生单个行车道板受力，加速其老化程度。
·下部结构
下部结构【substructure】指的是支承桥梁上部结构并将其荷载传递至地基的桥墩、桥台和基础的总称。
桥墩分为实体墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形状可分为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。建筑桥墩的材料可用木料、石料、混凝土、钢筋混凝土、钢材等。对于桥墩来说，安全隐患包括：墩身在船只撞击作用下，表面混凝土脱落；墩身混凝土保护层大面积剥落，内部钢筋外露并锈蚀；墩身出现裂缝，且裂缝宽度和长度均比较大；钢筋锈涨，包括墩身、盖梁和承台等部件均发现该病害，导致其表层混凝土保护层脱落；
位于桥梁两端，支承桥梁上部结构并和路堤相衔接的建筑物。其功能除传递桥梁上部结构的荷载到基础外。还具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头路基、使桥头线路和桥上线路可靠而平稳地连接的作用。桥台一般是石砌或素混凝土结构，轻型桥台则采用钢筋混凝土结构。对于桥台来说，典型病害包括：桥台石砌台身表面开裂、毁坏；桥台台帽混凝土剥落；桥台雨天渗水现象；桥台台帽钢筋锈涨，表层混凝土保护层剥落。
桥梁结构检测、评估手段
桥梁检测工作的阶段划分。第一阶段：准备阶段。其包括收集资料、现场勘察以及编制桥梁检测方案等内容。第二阶段：外业检测阶段。主要是设备安装和数据采集。第三阶段：分析报告阶段。即根据外业采集的数据，进行统计分析和计算，并编写桥检报告。
桥梁结构检测包括外观破损检查，结构和材料检测以及桥梁荷载试验。
桥梁外观病害检查项目主要包括：桥面铺装，支座及上部主要承重构件，桥台及基础，翼墙耳墙，稚坡护坡等，检查重点是桥梁主要承重构件的裂缝和破损情况。检查方法主要是现场人工检测，根据损坏状况打分。
桥梁结构材料检测的重点是桥梁结构钢筋锈蚀情况和混凝土强度检测。桥梁结构钢筋锈蚀情况检测内容包括钢筋锈蚀电位，混凝土氯离子含量，混凝土电阻率以及混凝土碳化深度。混凝土强度检测，是通过回弹仪检测混凝土表面回弹值，采用回弹法时，要考虑碳化深度的影响。混凝土强度是进行桥梁结构评估的重要指标。
在对桥梁进行外观检查和结构材料检测之后，根据检测结果，对破损严重、结构材料状况差的桥梁进行荷载试验，其目的是通过对桥梁按照设计荷载直接加载，测试桥梁在最不利荷载作用下的实际响应，进一步分析和了解桥梁的工作状态，从而判断桥梁结构的实际承载能力。通过动载试验可测定桥梁结构动力特性参数和在动力荷载作用下的强迫振动响应，确定桥梁在车辆荷载作用下的动力效应及使用条件。静载试验则根据不同桥型、不同设计荷载，按照等效原则设计不同的加载工况，对桥梁实际加载，检测桥梁最不利截面的变形和受力状态，从而判断桥梁结构在荷载作用下的实际工作状态和承载能力。桥梁荷载试验的方法，是在桥梁结构主要控制截面安装各种传感器，在规定荷载作用下，通过仪器记录桥梁受力和变形数据。桥梁荷载实验的实施分四个阶段：方案设计阶段，实验准备阶段，加载试验阶段，分析报告阶段。
随着社会经济的不断发展，交通量的迅猛增加，尤其是车辆轴载的增大，对桥梁的损害也越来越大，桥梁检测的任务也愈加艰巨。只有采用科学的检测手段和方法，才能保证采集桥梁资料的准确性。对于现有桥梁的养护管理应重视桥梁检测技术的研究，随着新材料、新技术的不断更新发展，桥梁检测技术将具有更广阔的发展空间。
（刘永梅单位：石家庄市政设计研究院有限责任公司；田丽军单位：河北天鸿道桥科技有限公司；韩洪霞单位：河北大地建设科技有限公司）
