桥梁施工病害分析与预防

石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 1 -1 绪论1.1 概述近年来，许多桥梁事故屡有发生，这些事故不仅影响了工程的顺利建成，而且造成了许多质量隐患，更严重的桥梁坍塌事故还造成了巨大的生命财产的损失。例如重庆的彩虹桥坍塌事件就曾引起了全国媒体的观注。如何保证施工质量，避免事故的发生已经成为了广大桥梁建设者应该时刻考虑的问题。因此本文的目的就是通过查阅大量的工程事例，系统的总结出各类常见事故发生的原因，造成的危害以及预防和处理措施，为在今后的施工中遇到同类的问题提供参考。1.2 桥梁事故发生的原因勘察设计阶段、施工阶段、使用阶段都有可能引起事故的发生，造成事故的原因也是多方面的，尤其以在施工过程中发生的事故居多。有施工顺序的错误引起的，如后张法预应力梁，预应力筋张拉不是对称进行的就有可能造成构件的旁弯或裂缝。施工理论方面的错误引起的事故，如模板支护结构强度不足，造成造成模板工程的倒塌。施工问题引起的事故，施工人员业务素质水平不够，操作质量低劣，造成精度不够，强度不足等。本文仅对施工和使用过程中常见的事故进行分析。1.3 桥梁工程质量事故的危害工程质量事故会影响施工的顺利进行，如钻孔灌注桩的施工中发生掉钻事故会直接导致钻孔施工的中断。工程施工质量事故会给工程留下隐患或缩短缩短结构我的使用年限，例如预应力施工中造成的裂缝会加快结构物的老化。最为严重的事故是造成人员的伤亡和巨大的经济损失，如桥梁墩台的倾倒，断梁，坍塌等。所以说对以发生的事故的分析决不能掉以轻心，务必及时进行分析，作出正确的结论，总结切实的防治措施。1.4 桥梁事故的处理桥梁事故处理的一般步骤包括：事故原因分析，事故调查报告，处理方案，施工，检查验收。事故调查内容包括工程概况，事故情况和核对地质勘察报告、测量记录、建材试验报告、施工日志等。事故处理方案的制定应符合实际情况确保处理后的效果。对于同一类型的事故也可采用不同的方案，但必须按照设计要求和有关标准、规范进行。施工中要加强验收检查。事故处理完成后应及时总结经验教训避免在以后的施工中有类似事故发生。本文摘录了一些施工单位对桥梁事故处理的实例，有些例子很具有典型性，从技术方法，施工组织安排等多方面考虑，很有借鉴价值。本文共分四章，按事故发生的阶段，从施工阶段和使用阶段两方面分别讨论。施工阶段又分为下部结构和上部结构，力求做到系统全面。第一章绪论，第二章桥梁下部结构施工常见事故，包括了墩台和常见的桥梁基础类型，明挖基础、钻孔灌注桩、管桩、石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 2 -沉井、沉入桩。第三章是桥梁上部结构在施工中常见的事故，包括预应力梁、预制构件吊装、模板支护工程、钢筋工程、混凝土工程。第四章桥梁在使用阶段常见病害、事故及处理措施，主要分析了基础、墩台、梁体裂缝、桥面及桥面铺装层、支座、伸缩缝等各部位在使用过程中常见的病害及处理措施。石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 3 -2 下部结构在施工过程中的质量事故墩台基础组成了桥梁的下部结构，这里主要介绍几种常见桥梁基础和混凝土墩台在施工中经常发生的质量事故。2.1 钻孔灌注桩我国钻孔灌注桩(简称钻孔桩)，是河南省公路职工从 1960 年开始试验、研究，通过在使用中不断改进，逐步发展起来的一种桥梁基础施工的新形式。钻孔桩的问世，可以说是桥梁基础施工技术上进行的一次革命。二十多年来实践证明，钻孔桩具有许多优点：主要是施工设备简单，操作方便，可变水下作业为水上作业；大大简化了施工工艺，缩短了工期，降低了造价。因此公路桥梁中广泛地采用这一基础形式。其一般施工工艺流程为：虽然钻孔桩具有上述优点，但是施工中的各个环节仍然不可忽视。在施工过程中由于对客观情况估计不足或地质情况有变化，钻孔过程中常常出现一些事故，现就这些事故产生的原因进行分析，提出浅显的防止与处理方法。2.1.1 坍孔图. 钻孔灌注桩施工工艺石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 4 -现象坍孔事故多发生在孔内，主要表现为孔内水位突然下降；孔口水面冒细密的水泡；出土量显著增加，没有进尺或进尺量很小；孔口突然变浅，钻头达不到原来的孔深；钻机负荷显著增加等等。原因(1) 护筒制作不符合要求，埋置护筒的方法不当，缺乏因地制宜、灵活的埋置方法。(2)冲击成孔中使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合标准或泥浆比重不足，起不到护壁的作用。(3)冲击成孔，孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位压强降低，造成坍孔。(4)在冲击成孔时，通有松散的砂层或粘性土的地质层，冲击速度快，忽视泥浆的密度，孔壁护壁不好，致使坍孔。(5)在开始冲击钻进时，冲程过大，由于机械的震动力，使护筒的底部或砂层坍塌。(6)掏渣时，忽视向孔内注入泥浆或水掺粘土，掏渣后， ；水位低于正常水头高度，地下水高于护筒水位，使护壁被水位压强破坏，造成坍孔。(7)冲击成孔的钻具，掏渣时，经常撞击孔壁，破坏了护壁层，使局部坍陷。(8)在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰坏孔壁造成坍孔。(9)清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有采取预防措施，造成坍孔。预防措施(1)严格控制泥浆的比重、粘度、胶体率等各项指标，确保泥浆指标合格后，再进行钻进进尺。(2)根据地质、机械、钻进方法和泥浆指标等实际因素，确定一个合理的钻进进度，进行钻进，以保证井孔的稳定性。一般来说，用反循环的方法钻进：在硬粘土中，宜用低速钻进、自由进尺；在普通泥土中，宜用中高速钻进自由进尺；在砂土以及含少量卵石的碎石土中，宜用中低速钻进、控制进尺，防止泥浆护壁护不上。切忌一味地追求工期，盲目地加快钻进速度的做法。(3)严格控制孔内水头标高，确保孔壁处于一种负压状态。这一种情况，在水上施工的尤为量要，一般情况下，在砂层中钻孔，要使孔内的水头高出外面的水面 2.53.0m为宜。(4)保证护筒有足够的埋深，尽量符护简埋置在稳定的土层中。(5)严禁将钻机与护简相连结，以防止由于振动引起孔口坍塌，造成大的塌孔事故。(6)应根据地质情况合理地安排同一墩位处各钻孔桩的施工顺序，以防止邻近孔壁被扰动引起堪孔。石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 5 -应对措施发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然后采取如下措施：(1) 坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护筒，回填钻孔，重新埋设护筒后，再钻进；采用加长护筒，使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下，外围用黏土或装有黏土的草袋回填夯实，重钻时，控制好泥浆稠度和水头高度。(如图 2.2)(2) 若坍孔位置较深，则可以由测深锤和实际的地质情况分析实际的坍孔程度，若不严重，则可以加大泥浆比重，继续钻进；若坍孔较为严重时，则应立即用砂或小砾石加黏土回填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时间，使回填土沉积密实，水位稳定后，重新钻进，时刻注意不良现象的发生。(3) 若回填重钻时，经采取以上措施仍连续、严重坍孔时，根据地质情况，可以用地质钻机钻至坍孔区进行压浆处理，从而防漏堵漏，重新钻进。以上叙述的坍孔的预防治随和处理方法，都是在十几年工程施工中摸索的一些方法，还有许多不够完善的地方，还需要不断地加深理论研究和探讨。总而言之，坍孔是施工中经常发生的问题，耍根据工程实际情况加以预防和处理，这就会减少工程的损失和浪费，降低工程的成本，提前竣工日期，尽早发挥经济效益和社会效益。2.1.2 斜孔和弯孔现象 现场钻成的桩孔，垂直桩不垂直，或发生弯曲，斜桩斜度不符合要求。原因一是主观原因，在钻孔前没有对钻机进行严格的检查修理机架安装不正，护简埋的不正；二是客观原因钻孔中间地质有变化如地层软硬不均匀，或钻机支撑点强度不均匀等，在钻孔过程中钻机领款都可导致上述现象。三、检查方法(1)仪器检测法。即用电子水平仪或检孔器进行孔径合倾斜度的检查。(2)工地建议操作法。(如图 2.3)，在孔口沿钻孔夯实土坍孔位置坍孔前护筒底加长埋深后护筒底图 2.2 接长护筒示意图 标 尺 吊 绳滑 轮 钻 架 横 梁钢 筋 球图 2.3 检测弯孔图石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 6 -直径方向设一标尺，标尺上 O 点合滑轮、钻孔中心线在一条垂线上，测绳一端连接一用钢筋弯制的圆球，直径略小于孔径，测绳另一端用刃拉着，将圆球慢慢放入孔中，观察测绳在标尺上的读数变化，即可了解孔的走向；(3)目测法。通过钻孔与钻孔中心的位置关系，判断是否发生弯孔。预防和处理措施：第一，在施工中要严格按施工操作规程办事；第二，对钻机要进行严格的险查。安置钻机前要夯实支撑点地基，钻机安平后要严格校对钻孔中心轴线；第三，对地质变化情况要做到心中有数如缩孔或不规则扩孔主要出现在地层变化处。如发生上述现象，应及时调整进钻速度，泥浆稠度；并应上下扫孔使钻机逐渐正位。第四，弯孔较严重时，如用旋转钻机，可提吊起钻机在弯孔处上下反复扫孔，使钻孔垂直。特别严重时，应回填砂黏土，冲击钻孔应回填砂黏土夹砂卵石或小片石至弯孔以上0.5m，待沉积或用低冲程冲击密实后，再钻进；第五，不得用冲击钻直接修孔，以免卡钻。2.1.3 护筒变形(失效)原因(1)由于护筒下孔内大面积坍孔，指使地层发生变化，从而使钢护筒下沉并倾斜，失去护筒作用；(2)由 于 地 下 障 碍 物 或 护 筒 内 外 压 力 差 过 大 ， 使 护 筒 局 部 变 形 、 开 裂 、 漏 水 ， 失去 护 筒 作 用 。应对措施(1)对于第一种情况，应浆护筒拔除，然后回填重新埋设；(2)对于第二种情况，可根据护筒的长短、破坏的位置、破坏的程度不同，采取如下措施：a 如果变形的部位在钢护筒的底部，且长度不大，钢护筒不漏水，则可以让潜水员下水，用水下氧割的办法把已变形的部位割掉提出；b 如果变形的部位在钢护筒的上部，且距表土的深度在 1m 以内，钢护筒不漏水，则可以在钢护筒内打米字撑，抽水至变形部位，用千斤顶调整已变形的钢护筒；c 如果变形的部位在钢护筒的中部且漏水，则用千斤顶或卷扬机等其它提升设备，将整个钢护筒提出，查出原因，找到解决办法；d 套筒法。当长钢护筒破损失效后，为了防止护筒范围内的孔壁坍塌，或仍为了保持孔内水头高度，根据实际情况，先在旧护筒内或外加套一个孔径或小或更大的新护筒，然后再对旧护筒进行处理。2.1.4 钻孔漏浆、护筒冒水现象 护筒外壁冒水，护筒刃脚或钻孔壁向孔内外漏泥浆。原因 石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 7 -(1)埋设护筒时，回填土夯实不够，埋设太浅，护筒脚漏水；(2)护筒制作不良，接缝不密合或焊缝有砂眼等，造成接缝漏浆；(3)再透水性强的砂砾或流沙终，特别在有地下水流动的地层中进行钻进时，过稀的泥浆向孔壁外的损失很大。应对措施(1)对于上述 1、2 两种情况，可以用黏土在护筒周围加固。若漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新钻进；(2)对于第三种情况，加愁泥浆或倒入黏土慢慢转动，或回填土掺卵、片石反复冲击护筒壁。注 意 ： 应 重 视 漏 浆 事 故 ， 严 重 的 漏 浆 若 不 加 处 理 ， 可 引 起 坍 孔 。2.1.5 护筒下沉护筒下沉的原因在钻孔过程中，护筒突然下沉，造成孔内泥浆水头下降，低于施工工艺要求，钻孔无法正常进行。这种情况在水上钻孔施工中经常出现，其主要原因：护简括打的太浅：加上江水的局部冲刷，使护筒的埋深减少；同时，护筒内的土被 29 除出来，内摩擦力急剧减少，仅靠护简的外摩擦力不足以承受护筒的自宣，从而导致护筒下沉。预防措施和处理办法(1)在插打钢护筒时，尽量将钢护筒埋得深一些，增加其稳定性和抵抗局部冲刷的能力。(2)加快施工进度，缩短施工的周期，减少或者避免由于冲刷造成的影响。(3)如果护筒的下沉量较少，可以通过提高泥浆比重和粘度的方法，改善泥浆指标后，继续钻孔。(4)如果护筒的下沉虽很大，仅仅通过改善泥浆指标不能满足钻孔要求，或按工艺要求泥浆金置不能2.1.6 卡钻原因(1)用冲击钻施工时，出现梅花孔，冲击钻头被狭窄部位卡住；(2)坍孔、落石或工具掉进孔内，卡住钻头；(3)长护筒倾斜，下端为钻头冲击变形，同钻头卡在一起；(4)未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐减小，而焊补超限，又用高冲程猛击，发生卡钻；(5)伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住冲击锥顶或锥脚；(6)下钻太猛，大绳松放太多，钻头碰撞在孔内倾倒，顶住孔壁。应对措施石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 8 -事故发生后，应明确卡钻位置，查明该处的地质情况，同时应继续搅拌泥浆，以防沉淀埋钻。再根据实际不同情况，采取不同的措施；(1)当为梅花孔卡钻时，可松绳落钻然后再提钻，使钻头转一个角度(可用撬棍配合)，有可能顺梅花孔提上来；(2)用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊；(3)探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的办法，将卡钻处松动后再提出；(4)若地质情况较好(防止坍孔埋钻)，用压缩空气管或高压水管下入孔内，对卡钻处适当冲射一段时间，使卡点松动后再提出；(5)用滑轮组或千斤顶强行提出。(如图2.4)注意：为避免拉断大绳，造成掉钻事故，应另备安全绳(钢丝绳)下入孔内套住钻头；将枕木垛远离孔口，以免压力过大而坍塌。2.1.7 掉钻掉钻原因掉钻也是钻孔桩施工中经常出现的事故，而且主要发生在钻岩阶段。发生掉钻的主要原因是：钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过多；钻进中选用的转速不当使钻杆扭转或弯曲折断；地质坚硬，进尺太快，超负荷引起钻具断裂；卡钻(埋钻)时强扭、操作不当使钢丝绳或钻杆(钻头)疲劳断裂；钻具之间连接螺拴松动，被剪断，引起掉钻。预防措施(1)开钻前应清除孔内杂物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大物件可用抓泥斗打捞。检查所有的钻抨、钻具、连接装置，对于那些有损伤和磨损的要做上标记，以便及时处理或区别使用。(2)在施工过程中根据地质和钻机设备情况确定合理的转速，以防由于使用不当造成掉钻。太大的情况下，只有将护筒接高后，再进行钻孔施工。(3)对于比较坚硬的地层，应采用减压、低速钻进，防止扭矩太大，发生掉钻事故。(4)加强施工人员的责任心，经常检查钻具、钻扦、连接螺栓、和钢丝等部位特别是应力较集中的电焊接处要细致检查，发现问题及时处理。处理方法掉钻后应及时澄清情况，制定切实可行的打捞方案。如果钻具被沉淀物或塌孔土石埋住，应首先清孔，使掉入孔中的钻具露出来，以便用打捞工具打捞，或者潜水员下去打捞。安 全 绳枕 木 垛工 字 钢千 斤 顶图 2.4 千斤顶提钻石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 9 -(1)为了激发生掉钻后打捞，可以在容易发生断裂的部位预留一根打捞绳绳头，或者在钻头的加劲肋上预先焊上打捞钩板。一旦发生掉钻，可以根容易地用相应的打捞钓或者绳套等工具进行打捞。(2)对于一般的掉钻，可以用打捞工具进行打捞。常见的打捞工具有：打捞钩、打捞绳等。具体采用配种工具，要根据钻具的情况、断裂的部位等相关因素来确定。(3)对于那些无法用打捞工具进行打捞的，或者用各种打捞工具都捞不上来的坠落物，只有潜水员下水进行打捞了。2.1.8 埋钻原因卡钻或掉钻后，由于未能及时解决，时间一长，浮渣或稠度很大的泥浆沉积，发生埋钻；卡钻或掉钻后，由于孔壁长时间浸泡而坍孔或在打捞钻头过程中，碰撞孔壁而坍孔，发生埋钻。应对措施(1)若工期较紧，且实际情况也不允许再延迟工期(如汛期来临)，则丢弃钻机，回填桩孔，重新设计桩位；(2)排除沉积或减轻淤埋程度，积极打捞，在一般的“换浆法”清淤仍不见效时，可以采用“辅助爆破法”和“射水稀释法” ； “辅助爆破法”就是在钻头底部进行小药量松动爆破，同时用提升设备进行起吊的一种方法。 “射水稀释法”就是在原钻孔附近另钻新孔，至钻机所埋位置用高压喷水，使淤埋钻机的土壤达到粥状化，而后，缓慢提升钻机。工程实例：夷陵长江大桥基础埋钻事故的处理夷陵长江大桥位于湖北省宜昌市城区，全长 3536m，其主桥是一座三塔单索面预应力混凝土斜拉桥。事故发生在某钻孔桩钻进到高程 412.1m 时，发现孔内严重漏浆，护筒及泥浆池内的泥浆在极短的时间内漏完，钻机操作人员立即上提钻杆，但钻头难以上拉及转动，表明孔内已发生坍塌。施工人员将泥浆补充至正常高程，下胶管吸渣，但钻头仍难上提。根据测量情况，至 13 日 12：00 坍塌仍在发生，而胶管吸上来的卵石不多，为了避免孔壁的继续坍塌，以及由此造成的邻近诸孔施工隐患，经过紧急商讨后，决定不再吸渣，先保持地层稳定再作进一步处理。为此先将钢护简跟进至基岩面，在孔壁的稳定性得到保证的前提下，再进行钻头事故的处理。但是，在钢护筒跟进至基岩面重新清渣后，钻具仍无法提升，因此处理工作暂时停下来，重新商讨对策。为了早日将钻头取出，最好的办法是探明钻孔内实际情况，有了第一手资料才能寻找最好最快捷的办法，因此决定下潜水员探明具体情况再作处理。经潜水员仔细探查，发现钢护筒已发生斜倾，护筒底口与钻头不同心，护筒底脚抵住了钻机配重。石家庄铁道学院毕业设计(论文)- 10 -经过多次修改最终处理方案为：第一步，首先将原来的钢护筒继续拨出，边拨护筒边回填小粒径卵石，直至将原有钢护简全部拨出为止；第二步，重新振动下沉钢护筒，振动下沉时安装定位架定位，使钢护筒下沉时与原钻孔基本同心，采用 150LW 振动锤分节下沉，同时采用高压水枪与反循环清孔吸渣配合护简下沉至基岩面；第三步，下人高压水枪配合进行反循环吸渣清孔至护筒底部，力争清至钻头面，同时下潜水员摸清钻杆与护筒同心度，并检查护筒底部与岩面封口情况；第四步，下潜水员采用水下切割，沿配重面切割钻杆，将