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1、浅谈桥梁施工浅谈桥梁施工【内容摘要内容摘要】 通过分析桥梁结构在设计和工后情况间产生差异的主要原因，系统介绍了桥梁结构工后评价的概念、意义及其主要方法, 施工中受自然条件及人为因素的影响，常出现夹泥、离析等质量缺陷，本文对几种常见的质量缺陷提出具体的处理措施。【主题词主题词】 混凝土桥 结构 评价 方法 缺陷 夹泥概述概述钢筋混凝土和预应力混凝土在我国公路桥梁建设中应用普遍，特别是预应力混凝土简支梁已成为高等级公路中等跨径桥梁结构的首选和主要型式。随着最近几年新建数量的增多，暴露出一些令人担忧的问题，这些问题主要表现在以下几个主要方面：1.1 设计方面在设计上由于结构选型不甚合理或对构造处理不
2、当造成施工很难完全按原设计进行。1.2 施工方面往往由于材料质量问题、施工技术较差或管理不严，造成混凝土标号未达设计要求、尺寸偏差超过允许值、预加应力不足、施工裂缝等，对成桥往往还存在横向联系方面的问题。 这种由于设计或施工原因造成的结构物缺陷又称为结构“原始损伤”。1.3 维护管理如结构开裂、钢筋锈蚀、混凝土剥落、桥面破损等非结构性损伤均会对桥梁结构的适用性和耐久性产生不利影响。1.4 各种事故车船擅击等人为事故及诸如地震、洪水、冰冻、不均匀沉降等自然灾害均可引起结构损伤。1.5 提高标准通行超过验算荷载标准的特载车辆、提高荷载等级、旧桥利用等均可造成设计与工后情况间的差异。由于以上一种或几
3、种原因，就使桥梁结构或构件在设计和工后情况之间存在着事实上的差异。当这种差异较小时，可以用设计中采用的保证率或安全系数等概念来理解，但当这种差异超过了一定限度，就不能完全用同样的概念来解释了。对存在上述问题的结构或构件如何进行评价，可否在工程中安全使用就成了我们经常面对的难题。考虑到以下几个主要方面，使我们不可轻易地作出判断。1.5.1 设计或设计规范方面往往过于保守，造成结构抗力的预期储备较大。1.5.2 验收规范中仅仅对混凝土标号、结构尺寸等少数几项指标进行简单单项限制，而结构或构件是作为一个整体来承受外荷载的，它的承载能力是钢筋和混凝土等抗力的综合反映。1.5.3 桥梁设计时所用的材料强
4、度、荷载等主要参数来自设计规范。而规范值是通过大量统计资料得出的，具有普遍意义的一般值，但实际上每座桥粱的各参数值又具有特殊性，即它又是一个特定值。 桥梁结构工后评价及其方法就是为解决类似问题而提出和发展起来的。2 结构或构件的工后评价2.1 工后评价的定义桥梁的工后评价就是利用桥梁结构或构件的特定信息，分析其可靠性并作出工程决策的过程。这里所说的特定信息包括设计资料、施工记录资料、常规或特殊检查所积累的信息、以往桥梁维修加固资料及各类实验资料等。桥梁的可靠性包括安全性（即承载能力方面或强度方面）、适用性（正常使用方面，如应力、变形、裂缝等）和耐久性（结构寿命）。桥梁结构的工后评价比较类似于一
5、般工程建设项目的后评估。这里的区别是后评估主要针对工程效果，如对经济、社会的影响和作用等。而桥梁结构的工后评价仅从工程技术角度评定其服务水平（主要指结构承载能力），不仅确定其是否满足设计要求，是否安全可靠，更重要的是确定其实际或真实承载能力。2.2 工后评价的重要意义通过桥梁的工后评价，可以对结构或构件的可靠性进行判断。弄清结构或构件的实际安全储备，揭示其真实承载能力。从而可以避免不安全结构在工程中使用给安全运营留下隐患甚至造成灾难性后果的情况发生。也可以有效避免对实际上承裁力满足要求的结构的限制使用而造成的浪费。桥梁的工后评价除了可为管理单位或决策部门对桥梁结构或构件进行准确的判断提供切实可
6、行的技术依据外，同时还可为设计方面提供反馈信息。桥梁的工后评价从广义上理解，不但针对那些新建或尚未竣工的桥梁结构或构件，它对存在自然老化和损伤积累的大量旧桥的评估也具有直接意义。另外，即便对那些质量合格的结构或构件，也有必要对其进行定量分析或检测，弄清其承载潜力，为将来建立桥梁养护管理档案或提高承载等级时积累资料。3. 桥梁结构工后评价的主要方法对桥梁结构可靠性的评价，目前的重点放在桥梁结构或构件的极限承载能力方面。一般可以采用的主要方法有：3.1 基于外观调查的方法由有经验的专业技术人员对桥梁进行详细检查，并根据检查结果对桥梁进行评价。这种评价的技术依据为公路养护技术规范(JTJ073-85
7、)。这种方法存在很多不确定的现象和因素。在实际工作中，它主要建立在个人的实践经验之上。3.2 基于设计规范的方法这是目前桥梁结构评价中使用较多的一种方法。该方法依据桥梁结构理论、工程力学及大量试验资料对桥梁结构进行分析计算，其技术依据为现行公路桥梁设计规范及公路旧桥承载能为鉴定方法（试行，1989年）。这种方法的评定条件为：SdRdZl (1)aiaZl (2)Sd为荷载效应，R。为结构抗力效应，a为使用荷载下构件截面产生的最大计算应力。a为规范规定的容许应力值，Zl为桥梁检算系数。3.3 荷载试验方法这种方法是对桥梁结构进行了外观调查和粗略评定后，施加试验性荷载，从而对桥梁结构进行评定。荷载
8、试验又分为静载试验和动载试验。在结构静载试验中，根据实测的变位或应变与理论计算值比较，得到结构的校验系数Tl：T7=S/S (3)S。：试验荷载作用下量测的变位（或应变）值；S：试验荷载作用下理论计算的变位（或应变）值。根据校验系数Tl查规范中表格，得到类似于公式(1)中Zl的校验系数Z：，然后利用公式(1)即可计算结构的极限强度。该法在桥梁结构评价中应用历史最长，较直观、可靠，但费时、费力，应用不当还会给结构或构件造成损伤，故难以大量采用。3.4 基于专家经验的方法（建立专家评价系统）这种方法实际上是利用一种计算机软件进行结构评价。它以专家的知识为依据，模拟专家的推理来解决具体问题。一个具备
9、基本知识的专业人员使用专家系统，便能以接近专家的水平来解决问题。该方法的主要问题是同领域专家大量知识的有效、客观的采集及数学模型的建立。4. 桩基缺陷处理：在基础设计中，经常会遇到下述情况：如果用天然地基上浅基础方案，地基强度要示能基本满足或相差不大，但地基变形验算结果，往往沉降过大无法满足设计要求，这是就可考虑采用沉降控制复合桩基也称减少沉降量桩基、疏桩基础等）方案。它是一种介于天然地基上浅基础和常规桩基蚊单桩设计承载力确定桩数）之间的一种基础类型，和常规桩基不同，沉降控制复合桩基主要根据建筑物容许沉降量要求桩基础因具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等
10、特点而被广泛使用。在传统的桩基理论认为：上部结构荷载全部由桩承担，群桩中各桩平均分担荷载，桩基承载力等于各单桩竖向承载力之和，不考虑桩间土的承载力，把其作为安全储备，桩基的沉降针算只考虑桩端以下土层的压缩变形。确定桩数。承台底面以上的竖直荷载假定全部由基桩承受。但由于低承台磨擦桩基的情况，由于桩的压缩变形及整体沉降还有桩的刺入变形，使得承台下土参与分担荷载成为可能。复合桩基的使用可以减少桩数，即使在同等条件下也可以提高承载力。广阔的使用前景与巨大的经济效果使得复合桩基在公路桥梁上的使用有着诱人的可行性。5. 复合桩基作用机理复合桩基是以桩与桩间土共同作用为前提，以沉降控制为标准作为其设计指导思
11、想。单桩非线性工作性状在复合桩基工作过程中的主导作用。桩一土一承台共同作用是指桩、土和承台在外荷载作用下各方受荷与变形发展过程中相互协调、相互制约、相互依存以及相互矛盾的过程。5.1 承台的作用：q）产生土中应力，当排水固结达一定程度时它提高承台下地基土的承载力，也提高桩土间的侧壁法向应力和摩擦阻力及其极限值，起加强作用）迫使桩间土沉降，限制桩上段侧壁摩阻力的发挥，起肖0弱作用”）决定桩顶的固端特征；4）迫使桩同步下降，使各桩项荷载不等，一般情况是：角桩边桩中心桩）通过承台底面与土的之间的摩阻力限制土的外挤。5.2 桩的作用：群桩使承台下的土不易被侧向挤出，从而既提高地基土的极限承载能力，又增
12、加了桩间土的侧向应力与摩擦阻力，这就是链拦加强作用”；桩本身的Mindlin效应使整个桩长范围的土体和桩端以下的土体产生沉降，对桩端以上土体在摩阻力作用下起下曳作用”在一定条件下，桩长范围肉产生土的负附加应力，但种种分析研究表明Mindlin的负应力效应是较小的；桩周土体中产生沉降，进而影响相邻桩的侧摩阻力的发挥。5.3 土的作用：改变自身的媒介作用：在承台或桩的荷载作用下通过不同的排水固结状态改变自身的应力应变及强度状态，由线性弹性转入弹塑性，进而反作用于桩或承台土自沉削弱作用：土在自身一些因素作用下引起的附加固结沉降，从而削弱了桩侧摩阻力和对承台的反力，甚至在一定条件下使承台与土脱开由于土
13、体本身的固有特征如固结、蠕变、触变等时间特征，湿化、循环膨胀收缩等强度与体变效应，使共同作用表现出种种其它的规律，并对这些规律起控制作用。5.4 摩擦型桩或以摩擦为主的摩擦端承刚性桩桩顶受压后，上部荷载通过桩身向桩周土传递，提供抗力的桩周土在上部荷载的作用下大体上要经历三个阶段。弹性变形阶段。此时上部荷载较小，桩顶荷载在桩身变形下所做的功将全部转化为桩本身的弹性压缩势能、桩侧土的剪切变形势能及桩底土的弹性压缩势能，桩土处于弹性工作状态，荷载一沉降曲线可近似表示为直线。弹塑性阶段。随着上部结构的施工荷载不断增加，桩与桩周土的相对位移不断加大，此时在距桩顶一段范围内的桩侧土的翦切变形己进入塑性状态
14、，而其下部的桩侧土剪切变形及桩底土的压缩变形仍处于弹性阶段。桩顶荷载所做的外功一部分由桩上部桩侧土的塑性变形所吸收，其余部分转化为桩本身混凝土、桩侧土及桩底土的弹性势能。桩身与下部、底部桩侧土处于弹性工作状态，而上部桩侧土产生塑性变形，上部分桩侧摩阻得到完全发挥，此时荷载一沉降曲线为非线性变化。桩周土塑性变形急增段。这一阶段桩侧土的塑性剪切变形从桩侧上部逐渐发展到桩侧下部，随相对位移不断增加桩基土的压缩变形也渐由弹性阶段进入塑性变形阶段。桩顶荷载的稍许增加将会引起较大的桩顶下沉量。桩顶荷载做的外功大部分将由桩周土的塑性变形吸收，载荷一沉降曲线表现为更明显的非线性性状。当极限荷载达到时载荷一沉降
15、曲线应为陡降段。由桩身在上部结构荷载不断增加情况下，桩身与桩周土的受力机理分析可知：当桩身与桩周土的相对位移达到一定值时，桩侧土与桩底土产生塑性变形由桩侧摩阻力控制的桩身强度达到了极限值，桩产生刺入式铰坏”，桩变成没有刚性的粟性桩”，在土的竖向约束下，余下的荷载必由承台土承担。6. 复合桩基的设计思想复合桩基具有以下优越性：单桩可以承担趋于极限承载力的荷载；采用少量桩印可大量减少沉降，达到控制沉降的目的；可大量减少用桩数，大大降低基础工程的造价。采用桩筏基础一是控制建筑物的沉降和不均匀沉降，二是提高地基的承载力。但对一具体工程而言，这两个要求的重要性并不是完全等同的。桩群属于端承桩时，显然沉降
16、量不是主控要素。摩擦群桩和端承摩擦群桩的桩筏基础，由于岩土工程问题的复杂性特别是由于桩筏基础沉降计算的复杂性和不精确性，不少工程设计人员不顾地质条件的差异，一味倾向于将桩基直接嵌入基岩，嵌岩深度有越来越深的趋势。导致这种设计倾向的一个根由是，根本不考虑地基土参与承担荷载的可能性，以及忽略了建筑物可以承受一定沉降量的可能性。以沉降控制设计的思想有助于纠正上述不恰当的设计思路。复合桩基的桩距较大般大于六倍桩距，群桩效应己退至次要地位，并且单桩荷载往往远远超过容许承载力，甚至接近极限承载力Pu，所以通常在设计复合桩基时采用以沉降控制的思想。6.1 沉降控制复合桩基的承载力确由于桩数减少，沉降控制复合桩基桩距则相应明显增大，工程中实际应用的平均桩距一般在56倍桩径以上，群桩效应作用也就不显著，一般可近似地认为沉降控制复合桩基总极限承载力等于沉降控制复合桩基中所有各单桩的极限承载力与承台下地基土无桩条件下的极限承载力之和，即分项群桩效应系数均取1。6.2 沉降控制方法确定桩数根据疏桩
