橋梁下部結構缺陷及其原因

（中國中鐵二局第四工程有限公司，四川，成都，610300）

【摘要】橋梁下部結構在長年使用過程中，會受到自然界各種因素的沖擊，或多或少給橋梁下部結構造成缺陷，鑒于此，本文筆者根據多年工作經驗對造成橋梁下部結構缺陷原因及加固措施進行探討。

【關鍵詞】橋梁；下部結構；缺陷；原因；加固

1 橋梁下部結構的主要類型

橋梁是供跨越河流、山谷或其他交通線的建筑物，主要功能是使車輛及行人能夠順利通行。橋梁的主要結構包括：橋跨結構、支座系統、橋墩、橋臺、墩臺基礎等。橋梁結構中還有許多小型構件，主要是指直接與橋梁服務功能有關的部件，如：橋面鋪裝、防排水系統、欄桿、伸縮縫、燈光照明。目前，橋梁下部結構常見的類型如下：

1.1 薄壁輕型橋臺。對于單跨小橋，為了節約工程造價，避免錐坡壓縮河床，常采用薄壁輕型橋臺，在兩橋臺下面設置支撐梁，使整個橋梁構成框架結構系統，并借助兩端臺后的被動土壓力來保持穩定。

1.2 柔性排架式墩臺。城市現代交通工程建設中大多數橋梁采用此型式，墩臺基樁多為預制打入。該橋梁結構常見于水流區域平緩的橋梁施工，可以保證橋身下部結構的穩定性，避免了水流沖蝕造成的不利影響。

1.3 埋置式樁柱式橋臺。該型式橋臺設于岸上臺身埋入錐形護坡中，有單排樁柱式與雙排樁框架式兩種。選擇這種形式的橋臺時，考慮到維持路基的穩定性，不能過多地壓縮橋長，應嚴格按照性能規定的要求設計。

1.4 柱式橋墩。軟土地基是橋梁施工的難點之一，對橋梁結構性能的破壞力較大，且影響了后期交通運輸的安全性。柱式橋墩不僅結構簡單，且施工工藝流程更為先進，運用于軟土地基的橋梁結構是最佳選擇。

2 橋梁下部結構缺陷

2.1 橋梁基礎的缺陷

2.1.1 橋梁基礎缺陷一般是樁基礎的沉降和不均勻沉陷。由于地基的壓密下沉引起基礎沉降，在一定范圍內是正常現象，而超出一定的范圍則將對橋梁產生有害的影響。在軟土地基上修建的橋梁基礎，由于經常受到土基壓實下沉和地下水位升降等的影響，往往還會產生不均勻的沉降。

2.1.2 橋梁下部基礎由于經常受到洪水的沖刷而發生滑移。砂礫石河床上的橋梁，洪水時墩臺周圍的水流，由于受到墩臺的阻擋，使水流發生很大變化，待沖到一定深度水流無法再沖動砂礫時，再穩定下來。另外，橋臺基礎建造于軟土地基，當臺背填土超過一定高度且基礎構造處理不當時，作用于臺背的水平力增大、將導致地基失穩，產生塑性流動，使橋臺前移。當基礎上、下受力不均勻時，臺身也隨之產生不均勻的滑移，導致基礎出現傾斜，產生滑移或傾斜的橋臺基礎，多為建造在軟土地基上的重力式橋臺、倒 T 形橋臺。

2.2 墩 (臺)身的缺陷

橋墩是橋梁下部的關鍵性結構，橋墩承載的受力狀況直接影響了橋梁的性能強弱。對于橋墩受力計算的研究，設計人員應注重豎向力及墩樁頂水平力等方面的計算，同時考慮橋梁基本結構對橋梁下部結構的力學作用。如：橋墩受力計算時考慮季節性水流沖刷造成的破壞作用造成裂縫，常見的裂縫有水平裂縫、豎向裂縫及網狀裂縫等。在如船只及漂浮物的撞擊等外力作用下，墩臺會產生局部破壞，混凝土墩臺會產生脫落與分離。此外，墩臺本身材料隨使用時間的增長還會老化。總而言之，橋梁墩臺本身的缺陷主要有：裂縫、脫落、鋼筋外露、銹蝕、老化等。

2.3 墩、臺及基礎承載力不足

針對墩臺基礎，處于水中的橋墩，由于直接擋水，一般的沖刷除此之外，另外還會有局部沖刷，使局部斗形河床形成。當河床是厚砂礫卵石層的時候，鉆孔灌注樁會發生巨大的磨損，更深會使樁中鋼筋外露出來，根據相關的文獻資料，在低水位之下，凍結線之上或者沖刷線的附近，墩身或者基礎經常存在環帶狀腐蝕，在基礎周圍，表面比較松散，在嚴重的時候，會有混凝土空洞的形成。

2.4 橋梁下部材料收縮引起的裂縫

2.4.1 溫差收縮。混凝土材料性能會隨著外界環境的變化而改進，當溫度前后差異相差到一定程度時則會發生溫差收縮，從而引起橋梁結構的多個位置發生裂縫現象。混凝土材料自身的溫度變化也會造成溫差收縮變形，如：因混凝土內部的水化熱過于集中，材料內的溫度大幅度上升而使得外部熱量散失過快，內外部溫度不一形成拉應力后易引起裂縫。

2.4.2 塑性收縮。當表面的水分流失速度過快且加上外部空氣風干作用，混凝土材料易產生塑性收縮，該現象常見于混凝土凝固之前。從建筑橋梁施工情況看，塑性收縮受天氣影響的變化較大，尤其是干熱、大風的區域，建筑物塑性收縮裂縫的發生率較高。如果混凝土材料的強度不達標，減弱了其抵制風干、滲水的能力，經過一段時間的破壞后也會引起塑性收縮。

2.4.3 沉降收縮。沉降收縮與橋梁地基的承載力有密切的關系，地面建筑結構的重力超過地基承載的范圍便會出現沉降收縮。如：橋梁的結構地基土質不勻、松軟或回填土不實或浸水等，這些都是沉降收縮的誘發因素。該類裂縫會隨著地基結構的變化而變化，尤其是面對軟土地基的橋梁建筑，裂縫的破壞力會不斷變強，只有地基變形達到穩定狀態裂縫才會穩定。

3 橋梁下部結構的日常養護和加固

3.1 塌臺基礎的養護

磚石、混凝土和鋼筋混凝土橋梁墩臺養護的目的和任務是為了使結構物完整、穩定、不發生傾斜，并減少行車振動和基礎沖刷，貫徹“預防為主，防治結合”的方針，定期檢修、維護橋梁，以保證使用安全。根據有關養護技術規范的規定，對墩臺養護的主要工作內容有：墩臺表面必須保持清潔，要及時清除青苔、雜草、荊刺和污穢；圬工砌體長期受大氣影響、雨水侵蝕而發生灰縫脫落，應重新勾縫；混凝土表面發生侵蝕剝落、蜂窩麻面等病害，應及時將周圍洗凈，用水泥砂槳抹平；圬工砌體鑲面部分，嚴重風化和損壞時，應予更換。用石料或混凝土預制塊補砌，要求色澤和質地與原砌體基本一致；梁式橋墩臺頂面沒有流水坡或坡面凹凸不平，有裂縫時，應及時鋪填水泥砂漿或混凝土，做成橫向坡度以利排水。

針對中、小橋混凝土或者漿砌片石擴大基礎，它們的缺陷往往是基礎下沖空、基礎松散破裂，在橋梁墩臺有位移、傾斜或者活栽作用的端頂位移比較大的情況下，經常可能是基礎發生病害，需要進行挖探檢查，當圍堰防水或者河床沒水時，能夠直接挖到基礎進行檢查；針對置于不大水流速的淺水墩臺，能夠使用圍堰抽水開挖檢查，還能夠運用激光探測的方法，進行墩臺基礎沖空、裂縫及斷裂等病害的檢查。

3.2 墩臺基礎的加固

基礎加固的常用方法有：擴大基礎法、增補樁基法(打入樁或鉆孔灌注樁)和人工地基加固 (改良地基法)等。墩臺的常用加固方法有：用鋼筋混凝土套箍或護套加固貫通裂縫的墩臺法；用增建擋土墻法處理墩臺滑移；以及用頂升法加固產生過大沉降的橋梁結構等各種加固方法。本文對擴大基礎加固法進行探討，此法適用于基礎承載力不足或埋置太淺，而墩臺又是磚石或混凝土剛性實體式基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定。當地基強度滿足要求而缺陷僅僅表現為不均勻沉降變形過大時，采用擴大基礎底面積的加固，主要由地基變形計算來加以選定。擴大基礎加固法可按下列順序進行：1)通常在必須加寬的范圍內先打板樁圍堰，如墩臺基底土壤不好時，應用必要的加固。2)挖去堰內土壤，直挖至必要的深度 (注意墩臺的安全)。3)在堰內把水抽干后。鋪砌石塊(漿砌)，或作混凝土基礎。4)新舊基礎要注意牢固結合，施工時，可加設連系 (錨固)鋼筋或插以鋼銷，以使加固擴大基礎和舊基礎牢固地結合成一整體。

4 結語

墩臺和基礎是橋梁的重要組成部分，應該更深一步增強橋梁下部的維修養護，大力搞好橋梁下部結構的維修養護工作，積極發現橋梁存在的病害缺陷，同時進行可能成因的分析，在掌握成因的前提下，采取有效的加固維修對策，使病害減輕或者消除。

參考文獻

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[3]廉德文.研究蓋梁結構的受力壓迫與處理措施[J].中國橋梁建筑，2010，22（10）：53-56.

作者簡介：

金洲（1982～），男，本科，助理工程師，從事公路、鐵路、市政、軌道交通施工工作。

王波（1973～），男，本科，高級工程師，從事公路、鐵路、市政、軌道交通施工工作。