公路橋梁不均勻沉降病害事故調查技術

吳連剛

【摘 要】目前公路橋梁不均勻沉降事故屢見不鮮，但相應調查技術還依然屬于初級發展階段，在面對復雜因素耦合情況時還缺少系統的、科學的分析方法作為參考?；谙鄳鹿收{查案例，充分把握類似事故本質特征并對調查過程實質內容進行歸納凝練后，建立了事故調查流程和工作內容的關系，將理論分析、調查取證、仿真模擬、試驗驗證有機融入病害診斷，初步形成了此類型事故的誘因起始、延展及最終事故發生路徑、規律的綜合分析技術，實現了公路橋梁不均勻沉降事故調查系統化。

【關鍵詞】沉降；橋梁；事故調查；病害診斷

引言

由于橋梁結構相對復雜，影響因素眾多，在運營過程中，往往會由于潛在隱患沒有被及時發現而最終釀成各種事故，比如橋墩就屬于運營養護中易忽略的部位，其樁基不均勻沉降、傾斜、樁基水平變位大等隱患出現的初期時，實際上是很難得到及時關注的。

1不均勻沉降病害事故調查的階段劃分

通常來講，當病害事故出現后，往往會造成公路橋梁的通行中斷，因此事故原因的判明就需要體現快速、高效、客觀、科學的特點，在紛繁蕪雜的各種可行性途徑中，選擇最為直接、可靠的手段，形象直觀的揭示事故原因。從技術層面進行事故調查，所涵蓋的方面非常多，如翻閱存檔資料、走訪咨詢、外業調查、試驗分析、數值模擬、推理評估等。

2工作內容組成劃分

從技術角度深入分析橋梁不均勻沉降病害事故的成因、演變路徑和規律，需要從病害事故的顯像特征入手，比如橋面塌陷、梁體等關鍵構件開裂，并針對這些方面，從數值分析、取證推理、試驗驗證等科學角度，來對產生這些事故表征的深層次原因進行研判。

3病害事故特征

雖然出現不均勻沉降事故的橋梁，其所引起的病害事故特征各有所不同，但總體來說，共性方面的表現基本一致，總結如下：（1）橋面系的關鍵構件中，橋面傾斜或凹陷，伸縮縫出現擠壓現象；（2）上部結構的關鍵構件中，梁體、蓋梁出現裂縫；（3）下部結構的關鍵構件中，橋墩出現偏斜、墩身出現環向裂縫、承臺開裂、邊坡滑動開裂。以某橋為例來說明不均勻沉降事故的典型特征。該橋為先簡支后連續預應力混凝土T梁，跨徑布置為4×40m+4×40m，分幅設置，橋寬11.25m，柱式墩、樁基礎。在運營了多年后，2號墩出現了較大的不均勻沉降病害事故。該橋橋面出現了局部凹陷，墩墩頂連續段混凝土斷裂，底面橫向貫通，并延伸到腹板形成U型裂縫，縫寬1-2cm。墩前后兩跨的第2跨、第3跨T梁，在靠近墩處6m范圍內，底板存在橫向裂縫，腹板存在斜向裂縫，部分發展為U形裂縫，縫寬為0.04-0.60mm，基本對稱分布。

4病害診斷（檢測+地勘）

對于不同的橋梁，不均勻沉降的產生根源也是各有不同，需要根據情況進行具體分析。前述所提到的橋梁，在開始不均勻沉降病害事故調查之前，所發現的病害特征為橋面局部凹陷、2號墩墩頂連續段混凝土斷裂，但橋墩未發現環向裂縫，橋墩與地系梁（承臺）未發現錯臺，地系梁未發現明顯裂縫，橋墩周圍5-10m范圍內的坡體未現裂縫。綜合當時所獲取的有限病害信息來看，這些信息并不能為樁基不均勻沉降提供有力的佐證，甚至還存在諸多病害特征與橋梁不均勻沉降事故的相互矛盾之處。因此，在診斷初期，一方面，事故原因是直指不均勻沉降病害誘因，但另一方面，更多的病害特征信息卻并不能對其形成有效支撐，從而使得該橋病害診斷變得異常復雜。有鑒于此，就需要打破常規，進行更加深入、細致的調查和研究，并采取更加科學、可行的技術手段，才能保證客觀、高效的找出病害真正原因。1）檢測該部分內容包括了如下方面：①病害檢測、檢查、測量及相關監測主要為：常規檢測（材料檢查；上部結構、下部結構、橋面系、附屬構造物等關鍵構件檢查；邊坡檢查）、無損檢測（裂縫長、寬、深度測量；混凝土強度檢測；混凝土碳化深度檢測；鋼筋銹蝕電位檢測；混凝土電阻率檢測；鋼筋保護層厚度及鋼筋位置檢測；混凝土氯離子含量檢測）、專項檢測（橋面、蓋梁、橋墩、地系梁空間位置測量；混凝土鉆芯取樣）、短期監測（路面、蓋梁、地系梁豎向及水平位移的監測；梁段位移（伸縮縫）位移監測）。結果顯示，墩柱未發現結構性裂縫，墩柱偏位性質屬原生偏位，該墩柱偏位與該橋病害事故關聯性不大。橋墩基底距橋軸線10m-50m的邊坡范圍內，存在寬度2cm-20cm、長度10m-20m的裂縫。短期監測顯示各構件高程、梁端位移未見明顯變化。墩墩頂橋面、蓋梁、地系梁豎向位移呈突變狀態，最大差值為33.2cm，2號墩墩底水平位移呈現突變狀態，為16.5cm。②原設計驗算、裂縫仿真分析主要為：T梁承載能力、抗裂、正應力與主應力、撓度驗算；支座抗壓驗算、蓋梁承載能力驗算；墩柱承載能力驗算；樁基驗算；墩頂T梁現澆段裂縫寬度仿真分析。結果顯示，原設計中的各項驗算結果均符合規范要求，墩頂T梁現澆段裂縫寬度的仿真計算結果與實測數值吻合。2）勘察該部分工作的目的在于進一步查明2號墩位置的工程地質條件，查清橋墩變形原因，為后續處治工·程措施提供地質依據。相關內容包括了如下方面：①坡體宏觀變形特征2號橋墩所在區域為施工棄渣堆積體，平面呈亞圓形，頂面為一平臺面，三面臨空，臨空面坡度32-44°。根據地質調繪成果，棄渣堆積體頂部平臺邊緣有拉張裂隙發育，臨空面邊坡亦有較為明顯的鼓脹等宏觀變形特征。②補充勘察該橋補充勘察綜合實施了多種手段（其中的堆積區棄渣厚度分析，采用了鉆孔、孔內電視、孔內剪切波速三種手段），其目的是查清橋墩及附近區域的工程地質條件，查明區內棄渣堆積厚度，獲得巖、土體的物理力學性質。針對16個鉆孔所開展的相應工作為：7個鉆孔的孔內電視拍攝成像，5個鉆孔的孔內剪切波速測試，8件土樣、17件巖樣的取樣及室內物理力學試驗，2個大重度試驗。結果顯示，墩附近鉆孔揭示的覆蓋層厚度范圍為20.8-26.4m，人工棄渣堆積（Qml）回填土層厚5.7--26.4m，含巨塊石，部分段落巖芯呈長柱狀或短柱狀或連續短柱狀。殘坡積層（Qel+dl）碎石土層厚0.8-6.2m，該層土與人工棄渣堆積回填土不易區分開來。③坡體穩定性分析基于極限平衡理論，采用折線形滑面條分法和傳遞系數法來計算滑坡的穩定系數和剩余下滑力，對3種工況分別進行計算，根據滑坡穩定狀態劃分標準，1.0≤Fs=1.035<1.05屬欠穩定狀態。正常狀態下坡體處于基本穩定狀態，但在暴雨久雨條件下，隨著降雨入滲作用影響，后緣裂縫成了雨水滲入的主要途徑，土體的力學性能將會下降，易形成軟弱結構面，滑坡穩定性將下降，甚至在雨季易發生局部滑移變形。3）復核主要包括兩方面的復核，一是對原勘察報告的核查，二是對樁基施工原始記錄的核查。結論顯示勘察單位鉆孔布設、完成數量以及鉆孔深度滿足規范要求。施工過程記錄完整，挖孔施工終孔孔底標高均低于樁端設計標高，挖孔過程中的地質情況描述對于地層巖性及厚度與詳勘資料中柱狀圖中的描述較為一致。

結語

在公路橋梁的各類事故中，常常會出現由于不均勻沉降所導致的關鍵構件開裂、落梁甚至整體垮塌事故。導致這些事故的原因有時很單一，但在更多的場合下，往往都是多種因素的耦合，厘清事故真正演變規律的過程就會變得尤為復雜。這類病害事故的調查中，應當根據設計技術、施工質量、運營管理過程中可能存在的設計失誤、施工缺陷、結構裂縫、橋面異常變形、坡體宏觀變形等情況進行技術鑒定。對于特定的橋梁，其事故調查技術的具體操作層面是各有差異的，但總體遵循的一般流程、工作環節、診斷手段、處治方法具有較強的通用性。

參考文獻：

[1]曹明旭，劉釗，等.美國橋梁病害及倒塌事故統計分析與思考.公路，2009（07）.

[2]張紅波.基礎沉降對橋梁結構的影響及沉降控制.科技視界，2014（03）.

（作者單位：南通市三江建設工程有限公司）