桥梁质量新概念及其通病预防

桥梁质量新概念及其通病预防 刘山健 （湖南省交通建设质量安全监督管理局）一、 如何理解质量 质量是法定、强制性（基本要求，表观要求；有富余，不是参建单位（业主、监理、施工）施工过程的富余，设计周期内极限使用的安全保障、与时俱进（技术进步、国家财力、要求，通过技术规范规定，抗震设防要求）、质量是长久（设计周期,正常使用）；质量是安全(涉及强度，刚度，稳定，耐久，沉降)、质量是程序（隐蔽工程）、过程（相关单位共同认可）；质量是法定认证；安全冗余是留给极端严峻情况的。二、桥梁1）结构物材质; a) 砌体：特点就地取材；缺点：砌块质量不易控制、砌着方式不规矩、砂浆不易控制、养护不方便，砌体质量的判断主观，无试验检测手段，尽量不要用于重要结构物，只能用于边沟、矮挡土墙;b)圬工:掺片石的素混凝土；缺点：混凝土本身可以控制水胶比、水泥、砂、碎石，也可以通过混凝土试块检测强度，但加了片石后，就不能控制质量，圬工的强度形成机制不明了，加片石给施工方增加了偷工减料的机会，在国标中早已淘汰了这一材料，不能用于结构物。c)素混凝土：没有配钢筋的纯混凝土。缺点：承受动荷载（地震、车辆）时易开裂，耐久性不好，比如：混凝土路面；混凝土受压有优势，受拉、受弯、受剪很差，C30的轴心抗压强度标准值：轴心抗拉强度标准值=20.1N/mm2: 2.01 N/mm2=10倍； HRB400钢筋的屈服强度标准值：C30轴心抗拉强度标准值=400:2.01=200 倍素混凝土构件不是充分发挥材料性能。国标中严格限制素混凝土的使用。素混凝土要求一次浇注，不得有施工冷缝，这可以通过有冷缝试块和一次浇注的试块强度对比检验。素混凝土构件一般体量大，最小几何尺寸大，使用高标号的混凝土时水化热大，易产生内部裂缝，而低标号的混凝土耐久性较差。素混凝土没有延性，易出现脆性破坏，不利于抗震。公路上的涵洞墙体使用素混凝土较多，出现的问题也较多，开裂多、强度变异大（水灰比受制于雨水），对地基沉降差敏感，施工冷缝多。04版桥涵设计规范和02版混凝土设计国标规范都规定混凝土必须设置最少配筋率。目前有些在建及已往的工程中，墙体开裂是常见病。素混凝土只有具备足够的安全性，保证它不裂、不损、才有耐久性。混凝土路面不耐久也证明了这一点。d)钢筋及预应力混凝土:目前最好的材料；它充分发挥混凝土的受压和刚度作用，同时发挥钢筋的受拉、受剪、控制裂缝等作用，易于按结构受力、变形、刚度、耐久性要求设计成各种形式的结构。是目前最好的性价比的材料。e)混凝土的特性：发热与大体积关系，水灰比与收缩的关系，几何尺寸与模板刚度关系。钢筋笼的强度、刚度与保护层、运输、吊装关系、混凝土振捣。混凝土的初凝与运输距离(合同段划分、拌合站的设置)、运输道路畅通（施工便道及其与县乡道路关系、阻工）、混凝土浇注、混凝土振捣时间，各混凝土运输车的衔接。 冷缝与计算要求混凝土整体的关系。d)钢结构：便于工厂加工，构件质量好，环保材料，精度高时必须大型工厂加工，加工费用大，必须采用起重设备安装。缺点：受环境影响大，后期养护大，前期成本高，不防火，安装和焊接要求极高，小构件受损后引起大灾难。一般用于桥梁上部结构。受雨水、河水、冲刷影响大，不用于涉水的下部结构。f)高强度混凝土: 与普通混凝土比较，存在脆性，不利于抗震的延性要求， 集料要求高，本身强度大，压碎值要求严。高强混凝土必须配较高的配筋率。2） 可靠度（整条路的可靠度，无故障工作周期，桥梁的可靠度，桩柱，梁，设计周期）;先天结构体系可靠度不冗余，必须高度重视下部结构，重视单个构件的可靠度。下部结构不可靠，整个桥梁就不可靠了。3) 桥梁的强度、刚度、稳定性、耐久性、舒适性、美观性a) 强度(材料(钢筋（数量，形状（预应力筋，普通筋），位置（设计位置，施工时位置），种类），混凝土强度（水泥，水灰比，集料，外加剂，水），几何尺寸（长，宽，外形，规则性（平面性）); 形状必须与设计假定相符，b)刚度（构件的本身刚度，组合后刚度，构件边界（固端，铰接），构件的几何尺寸不受施工精度和模板变形而影响，预应力所带来的刚度，普通钢筋混凝土的刚度）；c)稳定性（构件本身稳定性（最小尺寸），整体稳定性，与地基、基础关系，抗倾覆性，开挖边坡、柱下地形、地貌、桩基埋入深度），墩柱的周围土石介质的影响（冲刷，堆放）；山区桥梁的弃土是否会影响桥梁的稳定性。d)变形 （桩的持力层、桩柱压缩变形、上部结构变形、上下部结构共同变形， 柱顶水平位移，二阶效应，支座偏位，形心与质心偏位， 上部结构的跨中位移）d)耐久性（裂缝控制、保护层厚度（构件与外界接触面倒受力筋（箍筋，抗拉、压筋）的最短距离(国标的定义)）（最少值，碳化），保护层的施工离散性（施工质量与施工工艺），外观质量（蜂窝、麻面、光洁），混凝土的强度(与密实度相关)、氯离子含量、碱含量，环境等级（混凝土碳化，水质），全预应力，半预应力，普通钢筋混凝土(钢筋直径，裂缝控制、混凝土强度)） T梁的保护层厚度:min(梁端箍筋与外表面空气之间的距离)，空心板是指板底箍筋与空气之间的距离，小箱梁的保护层厚度是指 min（箍筋与空气之间的距离，空腔内表面与钢筋之间最少距离）；悬浇箱梁的保护层厚度是指 min（箱壁最外层钢筋与箱外空气之间的距离，空腔内表面与箱壁钢筋之间最少距离）；墩柱的保护层厚度是指 min（箍筋至柱外表面之间的距离）；（箍筋为螺旋筋）薄壁空腔高墩柱的保护层厚度：min（薄壁最外层钢筋与空腔外空气之间的距离，空腔内表面与薄壁钢筋之间最少距离）；桩的保护层厚度：min（箍筋至桩外表面之间的距离）盖梁的保护层厚度：min(盖梁箍筋与外表面之间的距离)，保护层厚度与钢筋笼的刚度（钢筋笼吊装、运输、保护）相关。e)舒适性（结构本身刚度，变形量，车辆和人的感觉如震动）f)美观性（外观一致、表观关洁、外形线条流畅，结构整体符合美学要求）；g) 抗震性，延性（对钢材的要求、最少配筋率、垮塌的分级和不破坏，有明显的变形和裂缝但不塌）；4）结构体系及传力体系 （刚度协调（柱线刚度，上部构件），构件材质协调，延性协调）5）结构常识a) 抗震性能（地震（上下、前后，左右，扭转），配筋率，节点，强柱弱梁，强节点弱构件，强剪弱弯，长周期）；（桥梁的延性设计与垮塌的关系，如何不因桥梁垮塌而死人？）（结构延性与配筋率的关系，国家强制标准中关键点是结构最少配筋率）b)混凝土与钢筋的关系（混凝土的作用：抗压、抗折（抗剪）、形成构件刚度、保护钢筋，粘接钢筋（搭接），锚固钢筋）;钢筋的作用：抗拉、抗压、抗剪、约束混凝土（使混凝土多向受力）)相互作用：它们结合在一起才起作用，单独的钢筋笼不其作用，单独的混凝土构件（素混凝土构建）不是最优受力构件; 所以混凝土的密实度是非常重要。钢筋笼需要一定的刚度，已保持固定形状、运输、吊装不变形，承受振捣压力。钢筋笼中钢筋密集处如果不易振捣混凝土，施工单位不应随意切断或减少钢筋，监理单位应该邀请设计单位修改设计，确保钢筋密集处的钢筋布置合理，混凝土填充密实！6）模板及支撑系统的刚度，强度，稳定性与桥梁构件的关系，a)构件的尺寸精度，几何形状(交工时桥梁构件的几何尺寸的合格率).b)模板系统的稳定性，刚度要求，变形限值。c)模板体系和构件的荷载选择，受力计算，构件设计，加工精度，组合方式，安装的便捷。机具的荷载,施工动载, 混凝土的浇注方式及其荷载影响.d) 模板支撑系统的结构体系、传力方式，与计算方式是否符合。e) 模板的磨耗、整收、更新。 7）施工的可靠性及无故障作业 混凝土的浇注，单个构件的施工或其合理分段作业，8）构件各个施工时段的体系受力及其安全度，中间过程的受力与最终受力的差异，各阶段的受力分析及其对策。9） 桥梁构件( 桩、桥台，墩柱、梁、箱梁、薄壁塔，桥面系)a) 桩（群桩与单桩（可靠度），端承桩，摩擦桩，人工挖孔与机械钻孔，持力层与桩的埋深（桩长），钢筋笼长度，保护层厚度，桩位、垂直度、与系梁墩柱连接， 质量要点， 完整形检测，摩擦桩的荷载试验）;对于位于坡地、岸边的桩基，应注意桩基的整体稳定性，桩基应与边坡防护统一规划、同步设计、综合施工。对山区高速公路的桥梁桩基，在开挖之前有没有边坡稳定性的评估、方案及处置措施（要认真看地质报告、有没有岩石分界、层理、滑裂面、是否与地质报告相符合），桩长是否合理、是否考虑了地形、地貌、地质、桩径、柱高对桩长影响。b) 桥台（与桩关系，钢筋较复杂，水平箍筋重要性，中间的沉降缝的规则性（垂直，沉降，伸缩性），桥锥坡的稳定性，锥坡是否会产生负摩擦力。c) 墩柱（钢筋笼的刚度，规则性，保护层厚度，与桩基的同轴性，桩柱系梁节点构造, 垂直度，桩顶浮浆，与盖梁的连接的角度），d) 盖梁（盖梁钢筋笼，焊接，锚固（抗剪钢筋），保护层，与墩柱的连接，支座位置、高程、厚度与混凝土强度，端部挡块, 盖梁是否居中）,盖梁的抗剪钢筋是否符合设计.e) 墩柱形成的下部结构体系( 是否在一个平面内, 该平面是否与上部结构垂直, 盖梁与柱所形成节点的混凝土密实性, 柱与盖梁是否偏心. 节点钢筋是否符合设计及节点构造要求.f) 上部构件：I）T梁（ 单向支撑的井字梁，横隔板（横向梁）的在一个平面内，横向分布，刚度与变形协调，与翼板关系；施工时关注点（T梁的长度，翼板的横坡，锚垫板位置（居中），桥面预应力钢筋，主预应力钢筋的位置、形状，箍筋的加密区、闭合环，钢筋的强制性条文规定，保护层厚度，混凝土水灰比，保温隔热，养护，预应力张拉与灌浆）安装时的关注点：横隔梁的对全，横隔梁的主钢筋焊接，铰缝：翼板钢筋与混凝土，新旧混凝土结合面，混凝土水灰比，桥面标高，支座安装， 伸缩缝的宽度，与挡块的间隔。 II）小箱梁：底板混凝土与腹板的连接，内孔的位置、形状，板厚，外观、内观质量，保护层质量；内部及时养护），安装式铰缝的重要性（横向分布较弱），伸缩缝的宽度，与挡块的间隔；III）空心板：制作时梁板的长度，板面浮浆的清除，铰缝的钢筋形状，长度，间隔，混凝土的琢毛；安装时吊模，混凝土质量（水灰比），桥面标高，伸缩缝的宽度，与挡块的间隔；）悬浇箱梁：挂蓝的专业人员的设计和审核，注意其强度、刚度、稳定性，便利性；有资质厂家的制造，其材质、规格要明确；施工监控：线性（平，竖）、应力（拉，压，裂缝）、稳定性（高墩，箱梁局部如：腹板，结构整体）、安全性控制（线形，应力，稳定性综合体现）；变形较大，温度敏感，裂缝多，构造钢筋多，多方向预应力管线互相干忧，局部预应力引起不利力，预应力的张拉顺序，局部钢筋太密，徐变大，不密实；应充分利用监控，检测。桥面标高控制、箱梁内部质量控制如：内部几何尺寸（涉及附加自重），表面平整度，节段之间的高差、保护层厚度、外观质量。g） 桥面铺装 ：（支座三维位置，单个构件安装位置，相互关系，安装后标高，单个构件如何形成整体，桥面混凝土，钢筋网）10) 桥梁总体质量a) 曲桥的超高控制，（调盖梁、支座还是板（T梁翼板或箱梁顶板）b) 纵坡控制,(大纵坡控制和各跨之间的平顺连接)c) 平曲面控制，（对于T 梁，各个梁长度不相等，调模板）d) 行驶舒适性 （桥面铺装层平整，悬浇箱梁节段平顺和无徐变）e) 美观性及安全, ( 路面与桥体协调, 防护栏线型美观，桥面排水)11) 外因风险 a) 设计 （没有解决的问题（如：高墩水平位移控制，不可解决的问题（徐变，开裂）,方案存在的问题（如：超大基空，桥台构件配筋率） b) 业主 （资金（不连续），动迁（占用工期），进度（不均衡，上级部门要求），气候（开工，特殊气候），质量意识（返工费用，进度，决心），技术水平（认识不足，态度） ）12） 山区高速公路的高墩(40米)：a) 水平荷载起控制（风，地震）。 在高墩桥梁中，水平荷载（风载、地震荷载）对桥梁的效应不是线性，而是随着桥墩高度的增加而迅速递增。如：在风荷载的作用下，墩的底部的倾覆力矩与其高度的平方成正比（在其他条件不变的情况下），墩顶部的侧向位移则与其高度的四次方成正比，而地震效应更显著。风荷载和地震荷载是引起侧移和振动的两个主要因素。承载力、刚度、延性是高墩桥的主导目标。高墩桥在没有盖上部结构时，是悬臂梁，与高层房屋类似。盖上部结构时是有一定方向的弹性支撑的高耸结构物，且施加了墩顶压力的结构，该压力具有初始偏心。桩墩的在基础中的嵌固好坏影响桥梁整体的抗倾覆，也影响高墩构件的刚度、稳定性及抗力能力。b) 桩基较大、埋置深，墩较大，承台工程数量大，山区地面横坡都较陡，开挖易引起边坡不稳，施工时应高度重视边坡设计、施工方案，确保施工安全和工程安全；c) 墩、柱偏心影响大，外界因素影响偏心。日照影响引起的摇摆幅度大，模板初步定位时，由测量人员根据测量时的日照情况预估偏位值，进行预定位，混凝土浇筑前的模板检验与精确定位均应在早上7点之间；要对高墩的垂直度及侧移进行全天各时段的连续监测，研究其变形规律，找出高墩垂直度最佳的并处于稳定状态的时段，进行测量和定位并架设上部结构，这样支座变形最少，不易破坏。d) 高墩、高柱的最小几何尺寸较大，温度效应较强，且易引起开裂。大尺寸混凝土的温度效应，混凝土配合比，施工养护要高度重视，综合考虑。e) 对空腔内部混凝土的外观质量要高度重视，要有检测和图像资料，耐久性，未来的养护，如检测、贴钢板。f)高墩质量控制：内外观几何尺寸，涉及重量、质量中心、刚度重心。垂直度控制，涉及支座变形及破坏，同时与日照变形、风载、温度、上部结构施工方