公路桥梁不均匀沉降病害事故调查技术
来源:用户上传
作者:
【摘 要】目前公路桥梁不均匀沉降事故屡见不鲜，但相应调查技术还依然属于初级发展阶段，在面对复杂因素耦合情况时还缺少系统的、科学的分析方法作为参考。基于相应事故调查案例，充分把握类似事故本质特征并对调查过程实质内容进行归纳凝练后，建立了事故调查流程和工作内容的关系，将理论分析、调查取证、仿真模拟、试验验证有机融入病害诊断，初步形成了此类型事故的诱因起始、延展及最终事故发生路径、规律的综合分析技术，实现了公路桥梁不均匀沉降事故调查系统化。
【关键词】沉降；桥梁；事故调查；病害诊断
引言
由于桥梁结构相对复杂，影响因素众多，在运营过程中，往往会由于潜在隐患没有被及时发现而最终酿成各种事故，比如桥墩就属于运营养护中易忽略的部位，其桩基不均匀沉降、倾斜、桩基水平变位大等隐患出现的初期时，实际上是很难得到及时关注的。
1不均匀沉降病害事故调查的阶段划分
通常来讲，当病害事故出现后，往往会造成公路桥梁的通行中断，因此事故原因的判明就需要体现快速、高效、客观、科学的特点，在纷繁芜杂的各种可行性途径中，选择最为直接、可靠的手段，形象直观的揭示事故原因。从技术层面进行事故调查，所涵盖的方面非常多，如翻阅存档资料、走访咨询、外业调查、试验分析、数值模拟、推理评估等。
2工作内容组成划分
从技术角度深入分析桥梁不均匀沉降病害事故的成因、演变路径和规律，需要从病害事故的显像特征入手，比如桥面塌陷、梁体等关键构件开裂，并针对这些方面，从数值分析、取证推理、试验验证等科学角度，来对产生这些事故表征的深层次原因进行研判。
3病害事故特征
虽然出现不均匀沉降事故的桥梁，其所引起的病害事故特征各有所不同，但总体来说，共性方面的表现基本一致，总结如下：（1）桥面系的关键构件中，桥面倾斜或凹陷，伸缩缝出现挤压现象；（2）上部结构的关键构件中，梁体、盖梁出现裂缝；（3）下部结构的关键构件中，桥墩出现偏斜、墩身出现环向裂缝、承台开裂、边坡滑动开裂。以某桥为例来说明不均匀沉降事故的典型特征。该桥为先简支后连续预应力混凝土T梁，跨径布置为4×40m+4×40m，分幅设置，桥宽11.25m，柱式墩、桩基础。在运营了多年后，2号墩出现了较大的不均匀沉降病害事故。该桥桥面出现了局部凹陷，墩墩顶连续段混凝土断裂，底面横向贯通，并延伸到腹板形成U型裂缝，缝宽1-2cm。墩前后两跨的第2跨、第3跨T梁，在靠近墩处6m范围内，底板存在横向裂缝，腹板存在斜向裂缝，部分发展为U形裂缝，缝宽为0.04-0.60mm，基本对称分布。
4病害诊断（检测+地勘）
对于不同的桥梁，不均匀沉降的产生根源也是各有不同，需要根据情况进行具体分析。前述所提到的桥梁，在开始不均匀沉降病害事故调查之前，所发现的病害特征为桥面局部凹陷、2号墩墩顶连续段混凝土断裂，但桥墩未发现环向裂缝，桥墩与地系梁（承台）未发现错台，地系梁未发现明显裂缝，桥墩周围5-10m范围内的坡体未现裂缝。综合当时所获取的有限病害信息来看，这些信息并不能为桩基不均匀沉降提供有力的佐证，甚至还存在诸多病害特征与桥梁不均匀沉降事故的相互矛盾之处。因此，在诊断初期，一方面，事故原因是直指不均匀沉降病害诱因，但另一方面，更多的病害特征信息却并不能对其形成有效支撑，从而使得该桥病害诊断变得异常复杂。有鉴于此，就需要打破常规，进行更加深入、细致的调查和研究，并采取更加科学、可行的技术手段，才能保证客观、高效的找出病害真正原因。1）检测该部分内容包括了如下方面：①病害检测、检查、测量及相关监测主要为：常规检测（材料检查；上部结构、下部结构、桥面系、附属构造物等关键构件检查；边坡检查）、无损检测（裂缝长、宽、深度测量；混凝土强度检测；混凝土碳化深度检测；钢筋锈蚀电位检测；混凝土电阻率检测；钢筋保护层厚度及钢筋位置检测；混凝土氯离子含量检测）、专项检测（桥面、盖梁、桥墩、地系梁空间位置测量；混凝土钻芯取样）、短期监测（路面、盖梁、地系梁竖向及水平位移的监测；梁段位移（伸缩缝）位移监测）。结果显示，墩柱未发现结构性裂缝，墩柱偏位性质属原生偏位，该墩柱偏位与该桥病害事故关联性不大。桥墩基底距桥轴线10m-50m的边坡范围内，存在宽度2cm-20cm、长度10m-20m的裂缝。短期监测显示各构件高程、梁端位移未见明显变化。墩墩顶桥面、盖梁、地系梁竖向位移呈突变状态，最大差值为33.2cm，2号墩墩底水平位移呈现突变状态，为16.5cm。②原设计验算、裂缝仿真分析主要为：T梁承载能力、抗裂、正应力与主应力、挠度验算；支座抗压验算、盖梁承载能力验算；墩柱承载能力验算；桩基验算；墩顶T梁现浇段裂缝宽度仿真分析。结果显示，原设计中的各项验算结果均符合规范要求，墩顶T梁现浇段裂缝宽度的仿真计算结果与实测数值吻合。2）勘察该部分工作的目的在于进一步查明2号墩位置的工程地质条件，查清桥墩变形原因，为后续处治工·程措施提供地质依据。相关内容包括了如下方面：①坡体宏观变形特征2号桥墩所在区域为施工弃渣堆积体，平面呈亚圆形，顶面为一平台面，三面临空，临空面坡度32-44°。根据地质调绘成果，弃渣堆积体顶部平台边缘有拉张裂隙发育，临空面边坡亦有较为明显的鼓胀等宏观变形特征。②补充勘察该桥补充勘察綜合实施了多种手段（其中的堆积区弃渣厚度分析，采用了钻孔、孔内电视、孔内剪切波速三种手段），其目的是查清桥墩及附近区域的工程地质条件，查明区内弃渣堆积厚度，获得岩、土体的物理力学性质。针对16个钻孔所开展的相应工作为：7个钻孔的孔内电视拍摄成像，5个钻孔的孔内剪切波速测试，8件土样、17件岩样的取样及室内物理力学试验，2个大重度试验。结果显示，墩附近钻孔揭示的覆盖层厚度范围为20.8-26.4m，人工弃渣堆积（Qml）回填土层厚5.7--26.4m，含巨块石，部分段落岩芯呈长柱状或短柱状或连续短柱状。残坡积层（Qel+dl）碎石土层厚0.8-6.2m，该层土与人工弃渣堆积回填土不易区分开来。③坡体稳定性分析基于极限平衡理论，采用折线形滑面条分法和传递系数法来计算滑坡的稳定系数和剩余下滑力，对3种工况分别进行计算，根据滑坡稳定状态划分标准，1.0≤Fs=1.035<1.05属欠稳定状态。正常状态下坡体处于基本稳定状态，但在暴雨久雨条件下，随着降雨入渗作用影响，后缘裂缝成了雨水渗入的主要途径，土体的力学性能将会下降，易形成软弱结构面，滑坡稳定性将下降，甚至在雨季易发生局部滑移变形。3）复核主要包括两方面的复核，一是对原勘察报告的核查，二是对桩基施工原始记录的核查。结论显示勘察单位钻孔布设、完成数量以及钻孔深度满足规范要求。施工过程记录完整，挖孔施工终孔孔底标高均低于桩端设计标高，挖孔过程中的地质情况描述对于地层岩性及厚度与详勘资料中柱状图中的描述较为一致。
结语
在公路桥梁的各类事故中，常常会出现由于不均匀沉降所导致的关键构件开裂、落梁甚至整体垮塌事故。导致这些事故的原因有时很单一，但在更多的场合下，往往都是多种因素的耦合，厘清事故真正演变规律的过程就会变得尤为复杂。这类病害事故的调查中，应当根据设计技术、施工质量、运营管理过程中可能存在的设计失误、施工缺陷、结构裂缝、桥面异常变形、坡体宏观变形等情况进行技术鉴定。对于特定的桥梁，其事故调查技术的具体操作层面是各有差异的，但总体遵循的一般流程、工作环节、诊断手段、处治方法具有较强的通用性。
参考文献：
[1]曹明旭，刘钊，等.美国桥梁病害及倒塌事故统计分析与思考.公路，2009（07）.
[2]张红波.基础沉降对桥梁结构的影响及沉降控制.科技视界，2014（03）.
（作者单位：南通市三江建设工程有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14816096.htm
