桥梁设计施工常见缺陷
2010-09-06
面对国民经济现代化建设的需要，交通运输任务日益繁重，交通量剧增、车行荷载加大。由于过去设计受到时代限制，施工受到材料局限，随着桥梁负荷日益加重。桥梁结构显示出了各种各样的缺陷，发生了这样那样的病害。
桥梁承载能力不足
桥梁设计荷载偏低
在我国公路事业的发展过程中，大量的桥梁是在当时的经济环境下建设的，现已不适应当今国民经济快速发展的需要。当年，在修建公路的时候，对于仅作为人行桥或马车使用的古代和近代的桥梁，未作任何改造就加以利用，尽管大都有一定的潜力可挖，对于当时荷载等级要求不高，行车密度较稀的交通状况是能够适应的。但是随着交通事业的发展相当一部分老桥面临着荷载等级偏低、承载能力不足的状况，导致病害日益严重，成为危桥。
设计原因
设计上存在的问题，主要是结构不合理、计算错误、施工图不完善。
●结构不合理。桥梁设计方案的选择，是由当地的水文地质条件、施工技术和方法、经济指标和使用要求等诸多因素所决定的。这里涉及到采用的结构形式，如桥梁结构形式、构件的施工方式、桥梁截面形式，还有桥梁跨径的划分或墩高的处理等。如果这些结构选择或布局不合理，都会使桥梁在运营过程中出现这样那样的缺陷。
●计算错误。在桥梁设计计算中，由于计算错误等原因，可能给桥梁带来先天不足问题。例如，在预应力混凝土构件的二次应力、干燥收缩、徐变、拱桥卸载问题等计算时，由于设计人员的技术水平不高、经验不足、错误套用规范，或对特殊部位的处理不当，都会给桥梁日后运营中埋下隐患。
●施工图纸不完善。施工图不完善主要表现在一些结构的细致部位。例如钢筋的接头、钢筋布置等细节标注的不清楚，使得在施工中出现把接头安置在弯矩最大处的不足等，这些都会成为日后发生缺陷的因素。
施工原因
施工是设计的实现过程。设计正确性与否、是否完善 在施工中都会得到检验。同时，施工的质量优劣也将影响桥梁的整体性能。在桥梁建设中，尽管设计正确。但施工方法不当、施工质量控制不严、施工过程中遇到一些非预见性灾害，如洪水、地震等。常常导致桥梁承载能力降低，不能达到设计的预期目的。由于施工原因，致使日后桥梁承载能力不足，其具体原因主要有以下几个方面。
●材料质量问题。在施工中所使用的混凝土、钢筋、预应力筋和砂砾等材料，质量达不到规范要求。是导致桥梁结构产生各种质量缺陷的内在因素。
●施工质量问题。在公路桥梁过程中，由于工种多、工序多，加之现场施工，每位施工人员往往要担负多方面的工作。如钢筋工、起重工、架子工和混凝土工等，稍有疏忽就会出错，就有可能使结构出现缺陷。
●施工中的质量事故。由于施工方法不当、施工质量控制不严。在施工过程中遇到非预见性的灾害，常常影响到工程质量，导致桥梁的承载能力下降，达不到设计的预期目标。
外界因素
车流量加大、重车增多，交通碰撞事故，地震、洪水的破坏，环境恶劣、化学腐蚀，周边出现不均匀沉降等，都会使桥梁产生损坏。桥梁作为大自然中的一种结构物，经常会遇到各种各样的意外灾害，如地震、火灾、冲撞事故等，使桥梁结构受到损坏，承载能力下降。例如宁一杭线上的南渡桥，是单孔净跨40m的飞鸟式双曲拱桥，原桥为净7+2×0.8m， 拱圈由8个整体浇筑的飞乌式拱波组成。拱轴系数m=2.814，矢跨比f/L=1/8。1970年建成后受到两次地震破坏，腹拱损坏严重，主拱、腹拱脚均有裂缝出现，横隔梁严重开裂，经交通部抗震小组确定为危桥。可见随着国民经济发展，交通量日益增加，不少原有桥的承载能力已不能满足当今的交通需要，成为我国现有桥梁面临的主要问题之一。
常见裂缝产生的原因
裂缝是桥梁最常见的缺陷和主要病害，而病害往往是从裂缝形成而始。裂缝是结构变形的结果，是桥梁状况的外在表现。因此，重视裂缝研究，找出裂缝产生的原因。对于桥梁维修和加固有着直接的意义。
变形与形变
变形一般指的是结构尺寸变化用符号δ表示。变形一般可分为两种形式：自然变形和强迫变形。自然变形简称自变，指的是物体在自然条件下产生凝缩、温度和湿度的膨缩和其他因素所引起结构本身的收缩和膨胀现象，用l表示。自变形有两种形式：结构不受约束，则形变等于自变，δ=1；结构受约束，则在某个方向形变小于自变：δ≤1。强迫变形指构件在受约束条件下，自然变形受到一定阻力，在其所产生的形变，叫做强迫变形，简称迫变，用￡表示，并且￡=1-δ。
裂缝
裂缝产生原因：经过对结构构件裂缝分析可以得知，只有当“迫变(￡)足够大” 时，才引起结构裂缝，与形变(δ)、白变(I)大小无直接关系，这样就可以简化问题的分析。迫变来自外力(或者阻力)，裂缝发生在垂直于外力的作用面上。当张拉迫变足够大时 在该作用的截面上便发生裂缝。迫变有严格的方向性，裂缝也有严格的方向性。因此 根据发生裂缝的时间和裂缝的形式，反求出迫变大小及方向。例如 设某一构件的材料张拉迫变极限为[￡]，自然裂缝的必要条件是￡=1-δ [￡]。当某方向有约束时，此方向δ→0，￡→-1， 所以只要一1>[￡]，则产生裂缝，这种裂缝叫做自然裂缝。
裂缝类型
裂缝形式多种多样，大致可归纳为：表面裂缝、贯穿裂缝、深层裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、对角线裂缝、斜向裂缝、上宽下窄、下宽上窄、枣核形裂缝等。根据其危害性，具体可分为以下三种类型。
贯穿裂缝
裂缝延伸至整个结构断面，将结构分离，破坏了结构的整体性。原因是当结构受拉、弯曲受拉、偏心受拉时．导致结构表面开裂，从而形成了贯穿裂缝。大体积混凝土的水化热形成的裂缝，多为贯穿性裂缝。对于贯穿性裂缝，必须采取措施 防止结构进一步恶化。
深层裂缝
裂缝延至结构深层，危害着结构整体性能。原因：结构老化、结构的不规则变化、约束，混凝土等级低、配筋不当，当受到超重荷载、地震、冲击突然作用，使裂缝向深层延伸。
表面裂缝
在结构表面浅层上出现的龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝和干缩裂缝等，称表面裂缝。这种裂缝常常是因为混凝土等级低，施工方法不当，养护不到位等原因而致。
桥梁拱式结构裂缝形式
跨中部憾的裂缝
位置与方向：在跨中2～3m范围内 或1/4～3/4范围内， 从拱肋（板）底部下边缘向上延伸：缝宽为0.1～0.5mm 缝长L=0.2-0.3m。
原因：拱圈截面太薄，正弯矩作用导致拱肋（板）下缘开裂，桥（墩）台水平位移 施工时吊装不当。
拱脚附近径向裂缝
位置与方向：拱座与拱脚之间交接处。时常发生1～2条较宽的裂缝，从上缘向下发展。
原因：拱圈截面太薄，负弯矩大，桥台产生水平位移，副弯矩增加拱肋、拱扳或者各个箱形肋连接处的混凝土处理不当、收缩大等。
双曲拱拱波纵向裂缝
位置与方向：在主拱圈的拱波顶上，裂缝沿跨径方向延伸 在桥宽方向往往有数条裂缝。
原因：主拱圈横向刚度不够，使主拱圈产生横向位移和连拱效应；拱板顶部浇筑的混凝土收缩大而引起开裂。
双曲拱桥的拱肋与拱波结合面的裂缝
位置与方向：拱肋与拱波交界处沿桥跨方向的裂缝。
原因：没设专门的结合设施，或者措施．拱波过于单薄，拱肋与拱波之间也存在施工缝。桥台发生水平位移，使肋和波之间的结合面剪力、拉力增大 导致裂缝产生：拱波坐浆不良，拱波脚的斜面脚较大；砂浆质量差，含水量较大，沿肋波结合面形成裂缝。
结束语
随着时间的推移，桥梁病害不断扩展，桥梁维修、加固和改造工作，已成为一项重要而长期的任务。因此，了解和掌握常见的缺陷和病害及其成因，以便于对桥梁维修和养护、加固和改造进行分析和研究。
