桥梁工程施工及检测加固.pptx

1、在桥址处标定控制桩A、B的位置。2、用经纬仪定线，把桥轴线AB在地面上标定出来。3、用测距仪或检定过的钢尺按精密量距法，测量出各桥台、桥墩的位置。（量距相对误差1：5000）中、小桥梁的桥台、桥墩的放样中、小桥梁的桥台、桥墩的放样（直接丈量法）（直接丈量法）第1页/共212页大桥、特大桥的施工测量(间接丈量法)对于河道较宽、桥跨度较大的桥梁，一般用三角测量或导线测量来布设控制网，其中三角测量用得较普遍。控制网的布设要求如下：1.控制点应选在便于施工控制及永久保存的地方。2.桥轴线应作为控制网的一条边，并与基线一端相连并尽量正交。3.基线不小于桥轴线长度的0.7倍，困难地段不小于0.5倍。4.基线一般不少于两条，最好分布于河两岸。5.控制网力求简单，网中所有角度应在30120 之间。6.每岸至少埋设三个高程控制点，并与国家水准点联测。下图的控制网中，图(a)适用一般桥梁，图(b)、(c)适用于大桥或特大桥。第2页/共212页桥梁控制网的精度确定根据跨越结构架设的误差确定控制网的精度例10-3：某大桥为钢梁桥，共有12孔，每孔长120米，宽20米，高16米，每孔由10节钢架组成，每节的上下弦杆长12米，三孔为一联，联与联间的支座中心距为2米。问要对该桥建立施工控制网，控制网在桥轴线上的边长相对误差应不低于多少？(钢梁验收规范规定：钢梁构件的长度误差不得超过其设计长度的1/5000，支座垫板的安装限差为 5mm。)解：由题意可知全桥联与联之间有3个支座，全桥总长为：D=12120+32.0=1446m每联的误差主要由支座安装误差和钢梁制造误差决定，每联的极限误差为2=12+N n (S/5000)+22=16.75mm 其中：1、2支座的安装误差 N 每一联的孔数，N=3 n 每一孔上下弦杆数，n=10 S 上下弦杆长，S=12m全桥钢梁的架设极限误差为：D=33.49mm，中误差md=D/2=16.75mm全桥钢梁架设的相对中误差为：md/D=16.75/1446000=1/90000因三角测量误差为钢梁架设误差的1/,所以控制网在桥轴线上的边长相对中误差为：1/90000 (1/)=1/123000。第3页/共212页根据桥墩放样的允许误差确定控制网的精度由于放样桥墩时，一般采用高精度仪器，并强制对中或严格对中，所以桥墩位置误差主要由控制网边长误差决定。在桥梁的施工中，一般要求桥墩中心位置在桥轴线方向上的位置中误差1520mm。设M为放样后所得点位的总误差，m为控制点所引起的误差。一般情况下认为：m 0.4M 则当M=20mm时，m0.4M=8mm。例如，当河宽S=1000米时，三角网最弱边的相对中误差为：m/S=8/1000000=1/125000。第4页/共212页 方向交会法放样桥墩1、根据控制网平差后的A、B、C点坐标及桥墩E的设计坐标值，计算出交会角、的数值。2、在A点安置经纬仪，以正倒镜分别拨角得两条方向线，取二者的中线E1E2；3、同样在B点安置经纬仪，以正倒镜分别拨 角得两条方向线，取二者的中线E3E1；4、在C点安置经纬仪，以正倒镜分别照准点D，得两条方向线，取二者的中线E3E2；5、三角形E1E2 E3即为示误三角形。若由A、B两点发出的两条方向线的交点E1不在桥轴线上，且与桥轴线的距离不大于2cm，可将E1点投影到桥轴线上，即为桥墩的中心位置。第5页/共212页第六章 桥梁工程施工6.2 桥梁基础施工第6页/共212页一、基坑围堰围堰：是指在修筑基础时，为防止地下水和地表水侵入基坑内，修建的临时性围护结构。第7页/共212页1、围堰的作用防水围水支撑基坑的坑壁第8页/共212页2、围堰的工作特点及对围堰的要求 1围堰的工作特点：临时性挡水建筑物2要求：结构上要求稳定、防渗、抗冲施工上构造简单，便于施工、维修、撤除方便布置上使水流平顺经济合理 第9页/共212页3、围堰分类按材料分：土石围堰、砼围堰、钢板桩格型围堰、木笼围堰、草 土围堰按围堰与水流方向的相对位置分：横向围堰、纵向围堰。按导流期间基坑是否允许淹没：过水围堰、不过水围堰。第10页/共212页二、基坑排水思考：为什么要进行基坑的降、排水？第11页/共212页1、集水坑排水法集水井应设置在基础范围以外的边角处。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定，一般为2040m。适合于除严重流砂以外的各种土质。第12页/共212页集水井降水法集水井降水法 1排水沟；2集水井；3离心式水泵；4基础边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线第13页/共212页1）排水方法 明沟与集水井排水分层明沟排水深层明沟排水。暗沟排水利用工程设施排水第14页/共212页2）排水机具基坑排水广泛采用动力水泵，一般有机动、电动、真空及虹吸泵等。选用水泵类型时，一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.52倍。第15页/共212页2、井点降水法 井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底标高以下，并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。适合于粉土、细砂或地下水位较高、挖基较深、坑壁不易稳定的土质基坑。第16页/共212页降水类型及适用条件降水类型及适用条件 适合条件降水类型渗透系数(m/s)可能降低的水位深度(m)轻型井点多级轻型井点0.18036612喷射井点0.150820电渗井点0.1根据选用的井点确定管井井点2020035深井井管108015第17页/共212页（1）轻型井点轻型井点就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。第18页/共212页轻型井点法降低地下水位全貌图轻型井点法降低地下水位全貌图1井管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵房 6原有地下水位线；7降低后地下水位线第19页/共212页（2）喷射井点当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，可采用喷射井点降水。其降水深度可达820 m，可用于渗透系数为0.150 md的砂土、淤泥质土层。第20页/共212页喷射井点设备及平面布置简图 (a)喷射井点设备简图；(b)喷射扬水器原理图；(c)喷射井点平面布置 1喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5一高压水泵；6集水池；7水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表（c）（b）（a）第21页/共212页（3）管井井点管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20200md)的土层中，宜采用管井井点。第22页/共212页 管井井点 (a)(a)钢管管井；钢管管井；(b)(b)混凝土管管井混凝土管管井1 1一沉砂管；一沉砂管；2 2一钢筋焊接骨架；一钢筋焊接骨架；3 3滤网；滤网；4 4管身；管身；5 5吸水管；吸水管；6 6离心泵；离心泵；77小砾石过滤层；小砾石过滤层；8 8粘土封口；粘土封口；9 9混凝土实管；混凝土实管；1010无砂无砂混凝土管；混凝土管；1111潜水泵；潜水泵；1212一出水管一出水管（a）（b）第23页/共212页（4）深井井点当要求井内降水深度超过15m时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位3040m，有的甚至可达百米以上。第24页/共212页（5）电渗井点电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成，主要用于渗透系数小于0.1md的土层。第25页/共212页 电渗井点 1一井点管；2一电极；3直流电源第26页/共212页三、土壁支撑土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。第27页/共212页(1)横撑式支撑横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类，如图所示。第28页/共212页 横撑式支撑（a）间断式水平挡土板支撑；（b）垂直挡土板支撑 1水平挡土板，2立柱，3工具式横撑；4垂直挡土板，5横楞木；6调节螺栓（a）（b）第29页/共212页(2)板桩式支撑板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。第30页/共212页1板桩墙；板桩墙；2围檩；围檩；3钢支撑；钢支撑；4斜撑；斜撑；5拉锚；拉锚；6土锚杆；土锚杆；7先施工的基础；先施工的基础；8竖撑竖撑板式支护结构板式支护结构 第31页/共212页(3)钢板桩施工v钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。v平板桩防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；v波浪式板桩的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。第32页/共212页钢板桩形式钢板桩形式a)平板式 b)波浪式 第33页/共212页钢板桩施工现场钢板桩施工现场第34页/共212页钢板桩的特点钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙。由于锁口的连接，使钢板桩连接牢固，形成整体，同时也具有较好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。U形、Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。第35页/共212页四、桩的连接法兰盘连接钢板连接硫磺胶泥（砂浆）连接第36页/共212页五、钻孔灌注桩钻孔灌注桩是相对人工挖孔桩而言的，对于直径小于80cm的孔，一般都采用钻孔灌注桩，反之用人工挖孔桩。当然直径不是唯一要诀，对于地下水埋深浅等不适于人工挖孔的，也用钻孔灌注桩。钻孔灌注桩施工工艺方法及主要技术措施第37页/共212页六、人工挖孔灌注桩主要程序：挖孔支护孔壁清底安放钢筋笼灌注混凝土第38页/共212页七、沉井施工第39页/共212页沉井的概念沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。第40页/共212页沉井基础的特点(1)优点埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载;沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工沉井施工时对邻近建筑物影响较小 第41页/共212页沉井基础的特点(2)缺点施工期较长施工技术要求高施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等 第42页/共212页沉井基础的适用条件 1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；2.在山区河流中，土质虽好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰制作有困难时。第43页/共212页采用沉井基础的桥梁1.国内规模最大的桥梁沉井基础：江阴长江公路大桥，锚锭的钢筋混凝土沉井，平面尺寸为69米51米，下沉58米2.世界上规模最大的桥梁沉井基础：日本明石海峡大桥，主塔的钢壳沉井，平面尺寸为80米70米和78米67米，下沉60米3.采用沉井基础的其他结构物：取水泵房第44页/共212页沉井基础的分类 1.按沉井形状分(1)按平面形状分圆形沉井：形状对称、挖土容易，下沉不宜倾斜，但与墩、台截面形状适应性差矩形沉井：与墩、台截面形状适应性好，模板制作简单，但边角土不易挖除，下沉易产生倾斜圆端形沉井：适用于圆端形的墩身，立模不便，但控制下沉与受力状态较矩形好第45页/共212页沉井基础的分类(2)按立面形状分 柱形：构造简单，挖土较均匀，井壁接长较简单，模板可重复使用阶梯形：除底节外，其他各节井壁与土的摩擦力较小，但施工较复杂，消耗模板多第46页/共212页沉井基础的分类2.按沉井的建筑材料分：(1)混凝土沉井：下沉时易开裂(2)钢筋混凝土沉井：常用(3)钢沉井：多用于水中施工 第47页/共212页沉井基础的构造1.井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉2.刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力第48页/共212页沉井基础的构造3.隔墙：设置在沉井井筒内，其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏4.凹槽：设置在刃脚上方井壁内侧，其作用时使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力 第49页/共212页沉井基础的构造5.封底：当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内 6.顶盖：井顶浇筑钢筋混凝土顶盖，待顶盖达到设计强度后方可砌筑墩、台 第50页/共212页沉井基础的施工 1.旱地上沉井的施工场地平整 制造第一节沉井 拆模及抽垫 挖土下沉 接高沉井 地基检验和处理 封底、充填井孔及浇筑顶盖 第51页/共212页沉井基础的施工2.水中沉井的施工(1)筑岛法：水流速不大，水深在3或4m以内(2)浮运沉井施工：水流速较大，水深较深第52页/共212页八、几种施工方法1、悬臂施工法2、顶推法3、转体施工法第53页/共212页1、悬臂施工法悬臂施工法是从桥墩开始，两侧对称现浇梁段或将预制节段对称进行拼装。前者为悬臂浇筑施工，后者为悬臂拼装施工。第54页/共212页悬臂浇筑施工1）施工挂篮 挂篮是悬臂浇筑施工的主要工艺设备，它是一个能沿轨道行走的活动脚手架。挂篮的主要组成部分有承重系统、悬吊系统、锚固系统、行走系统、模板与支架系统。第55页/共212页梁式挂篮结构简图挂篮结构简图挂篮结构简图1-1-底模板；底模板；2,3,4-2,3,4-悬吊系统；悬吊系统；5-5-承重结构；承重结构；6-6-行走系统；行走系统；7-7-平衡重；平衡重；8-8-锚固系统；锚固系统；9-9-工作平台工作平台第56页/共212页挂篮的两种工作状态 用挂篮浇筑初始几对梁段时，墩顶工作面窄，两侧挂用挂篮浇筑初始几对梁段时，墩顶工作面窄，两侧挂篮的承重结构应连在一起，如图所示。待梁浇筑到一定长篮的承重结构应连在一起，如图所示。待梁浇筑到一定长度后再将两侧承重结构分开，如图所示。度后再将两侧承重结构分开，如图所示。第57页/共212页2）悬臂施工工艺流程（1）挂篮前移就位；（2）安装箱梁底模；（3）安装底板及肋板钢筋；（4）浇底板混凝土及养生；（5）安装肋模、顶模及肋内预应力管道；（6）安装顶板钢筋及顶板预应力管道；（7）浇筑肋板及顶板混凝土；（8）检查并清洁预应力管道；（9）混凝土养生；（10）拆除模板；（11）穿钢丝束；（12）张拉预应力钢束；（13）管道灌浆。悬臂浇筑施工第58页/共212页悬浇挂篮示例第59页/共212页挂篮施工现场第60页/共212页洞庭湖大桥桥悬浇 第61页/共212页战备桥略图 第62页/共212页战备桥施工挂篮 第63页/共212页战备桥施工拉索施工 第64页/共212页平衡悬臂平衡悬臂-挂篮现浇挂篮现浇平衡悬臂施工第65页/共212页合拢前使用临时支架示例第66页/共212页悬臂拼装法1.块件预制 块件应在台座上连续啮合预制，一般是在工厂或桥位附近将梁体沿轴线划分成适当长度的块件，然后进行预制。第67页/共212页悬臂拼装法2.块件的运输与拼装块件的运输方式分为场内运输、块件装船和浮运。块件的拼装根据施工现场的实际情况采用不同的方法。常用的方法有自行式吊车拼装、门式吊车拼装、水上浮吊拼装、高空悬拼等。第68页/共212页悬臂拼装法3.穿束与张拉(1)穿束穿束有明槽穿束和暗管穿束两种。(2)张拉挂篮移动前，顶、腹板纵向钢丝束应按设计要求的张拉顺序张拉，如设计未作规定，可采取分批、分阶段对称张拉。第69页/共212页悬臂拼装法4.合拢段施工合拢顺序一般为先边跨，后中跨。多跨一次合拢时，必须同时均衡对称地合拢。合拢前应在两端悬臂预加压重，并于浇筑混凝土过程中逐步撤除，使悬臂挠度保持稳定。合拢段的混凝土强度等级可提高一级，以尽早张拉。合拢段混凝土浇筑完后，应加强养护，悬臂端应覆盖，防止日晒。合拢段也可采用挂梁连接，施工方法与简支梁安装相同。第70页/共212页箱梁节段第71页/共212页简支悬臂桁架第72页/共212页悬拼节段就位示例第73页/共212页悬拼节段就位示例第74页/共212页2、顶推法施工顶推法是在桥头逐段浇筑或拼装梁体，在梁前端安装导梁，用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时滑动支座就位的施工方法。此法适用于中等跨径的连续梁桥。第75页/共212页顶推法的施工方式顶推法的施工方式包括单向顶推和双向顶推以及单点顶推和多点顶推等多种。第76页/共212页连续梁顶推法施工示意图(a)单向单点顶推；(b)单向多点顶推；(c)双向顶推 l制梁场；2梁段；3导梁；4千斤顶装置；5滑道支承；6临时墩；7已架完的梁；8平衡重 图（a）为单向单点顶推方式，适用于建造跨度为4060m的多跨连续梁桥。图(b)为单向多点顶推方式，适用于建造特别长的多联多跨桥梁。图(c)为双向顶推方式，适用于不设临时墩而修建中跨跨径很大的连续梁桥。第77页/共212页3、转体施工法转体法与桥下空间无关，是跨越深谷、急流、铁路、公路等特殊条件下的有效施工方法，具有不干扰运输、不中断交通、不需要复杂的悬臂拼装设备和技术等优点。第78页/共212页转体法分为竖转法、平转法和平竖转结合法。该法在国外先竖转、后平转;国内为先平转后竖转进而竖平转结合 第79页/共212页平转法是将桥体上部结构整跨或从跨中分成两个半跨，利用两岸地形搭设排架(土胎模)预制。在桥台处设置转盘，将预制的整跨或半跨悬臂桥体置于其上，待混凝土达到设计强度后脱架。以桥台和锚碇体系或锚固桥体重力平衡，再用牵引系统牵引转盘，将桥体上部结构平转至对岸成跨中合拢。再浇灌合拢段接头混凝土，待其达到设计强度后，封固转盘，完成全桥。平转法分为有平衡重转体施工和无平衡重转体施工两种方法。该方法运用于梁桥、斜拉桥、斜腿刚构和各类拱桥。第80页/共212页桥梁检测与加固桥梁检测与加固第81页/共212页第一讲桥梁检测与监测技术的开发和应用第二讲桥梁病害诊断第三讲混凝土结构承载能力及耐久性评估第四讲桥梁改造加固方案设计第五讲桥梁加固薄弱受弯构件设计计算讲授提纲第82页/共212页桥梁结构检查的重要性 桥梁结构的使用性能及耐久年限,主要由设计、施工和所用材料的质量等诸多因素共同确定。由于设计、施工和材料可能存在某些缺陷,而这些缺陷会使桥梁结构先天存在着某些薄弱之处。此外,桥梁在营运使用中又会受到不可避免的人为损伤及各种大自然侵蚀，带来后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影响往往会结合在一起,如果再遇上荷载和外力的临界组合,则很容易使桥梁发生不可预见的损坏。桥梁结构中的一处或某几处局部的损坏又可能产生连锁反应，波及到更多的位置,发展成更大的损坏,乃至危及桥梁的安全。所以,确保建成的桥梁保持良好的运营状态和正常的使用功能,当务之急是及时发现早期病害,在尚未出现更大的损伤之前采取维修养护措施,以控制病害发展或把病害清除,而要达到此目的,就必须对桥梁进行检查。桥梁结构的检查是保证桥梁正常使用、进行维修加固的重要依据。检查桥梁结构的目的在于随时掌握结构的技术状况和安全状态,总结设计、施工、使用和维修的经验和教训,鉴定现有桥梁的承载力和通过能力,指导对桥梁的正确使用、管理和维修。第83页/共212页桥面结构的检测 用于预测桥面病害的一般方法是:测量氯化物含量和电势,并进行肉眼观测。但此种方法既费时间,又妨碍交通,而且更遗憾的是,这种方法不能就沥青桥面铺装的整个病害情况提供准确数据。因为该方法只把注意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋保护层的层裂上,而忽视了由于冻融循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。然而值得庆幸的是,使用雷达、红外热象仪、激光光学、超声波和其它一些新的技术手段可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面。第84页/共212页桥梁结构体系的监测 一般用于结构监测的传统传感器,其测量能力只局限于逐点检测,当临界断面检测得不准确时,其效果就会很不理想。当需要对大型结构,如桥梁的状况进行评估时,具有大面积检测能力的传感器就显得尤为重要。任何监测系统都必须具备在较长时期内提供可靠、精确和长期的检测结果,这样才能保证结构处于高度的安全状态。安装了这种监测系统,就可以较早地发现结构存在的任何问题,以便采取必要的修复措施,从而保证结构使用的连续安全性,使结构的性能得到最佳利用,并减少使用费用。混凝土桥梁结构的监测用于混凝土桥梁结构监测的一种新技术是光纤传感器技术。它运用了光纤的两个特性来实现动态测量：1光损矢量的测量,即利用纤维某些局部产生微小弯曲后所产生光矢量变化的效应原理。2光传输时间原理,即:光沿传感器到达反射镜,再反射回到光源处的传输时间。第85页/共212页钢桥结构的监测 美国联邦公路局开发的无线电桥梁检测和评估系统,是一个便携的、电池供电、使用无线电遥控技术的数据收集系统。它非常像一个数字式多分支的电话网络,用以收集数据并传递到一个笔记本电脑上。这种特殊的无线电网络对静电和障碍物是“免疫”的(静电和障碍物对这种特殊的无线电网络没有影响)。除了收集数据之外,每个模块充当了地区无线电网络中无线电波上的一个结点。这对于钢桥是十分重要的,钢桥在长度上往往大于1.6 公里,而较长的桥上往往有大量的电磁干扰和复合反射,用这种技术可以迅速地测量出一座钢桥上每个有疲劳倾向的部位、破损及危险的部位,或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作状况。第86页/共212页智能型支座 智能支座能通过支座上活载和恒载的分布,发现并判断出桥梁结构体系的工作状况。因为,如果结构构件的强度因遭受断裂、冲击或其他影响而有明显变化时,也会使支座上的荷载分布发生改变。智能支座可以“感受到”桥梁的破坏。第87页/共212页桥梁基础的监测 桥梁结构水面或地面以上部分的材料状况和整体性能状况的检测及评价方法与上部结构类似。水面或地面以下基础状况的诊断,对于明显的病害,一般只能通过观测墩台的沉降、倾斜、位移和裂缝等变形状况来分析判断。对已建桥梁结构基础沉降观测,有的采用激光系统和连通管水平测量装置。在基础不均匀沉降引起的倾斜测量中,采用水准式、摆式倾斜仪,以及各种电测的测斜仪。在法国,将侧向超声波测位仪安装在船上曳引,检测桥梁结构物的浸水部分,能获得水下结构的双向图像。用来检查桥墩、板桩、基础冲刷、填石和石笼的范围与位移状况,以及绘制河床或海底图。美国的马萨诸塞洲,采用贯入地面雷达检测桥台的外形及其稳定性,检测结果用图形显示。第88页/共212页其他新技术 在世界上许多地方,对整座桥梁状况的监测技术已经发展到在大型结构物上安装系列大规模的监测系统。例如,横跨特拉华连接宾夕法尼亚和新泽西的巴里桥上就已经安装并运行着这样的一个系统。然而,尽管这种方法很有前途,但这种技术的全部潜在可能尚没有被完全发现或肯定,并且其重要的部分仍处于研究阶段。这种系统的传感器网络传递出的大量数据信息,由计算机进行收集、储存、分析、检索等,然后提供检测信息。事实已经证明,该系统所提供的信息是非常有用的。例如,这些系统检测到了未曾预料到的受弯构件由于暴露在阳光下,所受光照辐射程度不同而产生的弯起,并且确定了弯起量的大小。第89页/共212页 此外,对桥梁结构的承载能力的“非侵入式”检测也是桥梁工程界的迫切需求。通常,一座桥梁如果不符合标准承载要求,说明该桥有某种结构上的缺陷。美国联邦公路局为此将激光检测系统用于检测桥梁的承载能力。这套系统由一个电脑控制的反射器将红外线的激光束(注:该激光束不会对人眼产生危险)瞄准桥梁上的某点。当激光检测到桥梁结构上的某个点,系统就会马上给出该点相对于当地坐标系统的三维坐标。仅几分钟的时间内,系统可以测量桥结构上不同的点几百次。它对目标没有特别的规定,在普通钢材、混凝土和木材表面上都可以很好的工作。利用这个系统,可以迅速地测量出大型卡车作用在桥上使其产生的三维变形。这个系统还可以用于迅速确定桥上每一部分对应先前(上次)检查的位移(变位)情况,结果可以精确到毫米。该系统还能探测到沉降或预应力损失。第90页/共212页 第二讲 桥梁病害诊断2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏2-2 混凝土结构的裂缝分析第91页/共212页 混凝土结构的病害表现形式多种多样，引起病害的原因错综复杂，从引起病害的原因来分析，可以将其划分为两大类：第一类为由环境作用引起的混凝土结构损伤与破坏。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝土中某些成份发生化学、物理反应，引起混凝土损伤，影响结构的受力性能和耐久性。第二类为由荷载作用或设计、施工不当造成的混凝土结构损伤。例如，由于超载作用引起的裂缝，动力冲击作用引起疲劳破坏。构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。第92页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏1 混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。2 氯离子的侵蚀 氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷地区冬季道路、桥面撒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。第93页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏3 碱骨料反应 碱骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。碱骨料反应破坏的最重要特征之一是混凝土表面开裂，裂缝的形态与结构中钢筋形成的限制和约束状态有关：钢筋限制、约束力强的混凝土形成顺筋裂缝；钢筋限制约束作用弱的混凝土形成网状或地图状裂缝，在裂缝处有白色凝胶物渗出。碱骨料反应裂缝与其他原因裂缝的主要区别是：第94页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏碱骨料反应引起混凝土局部膨胀，裂缝的两个边缘出现不平状态（错台）；是碱骨料反应裂缝的特有现象；碱骨料反应与环境湿度有关，在同一工程中潮湿部位出现裂缝，而干燥部位却安然无恙，是碱骨料反应裂缝区别与其他原因裂缝的外观特征差别之一。从裂缝出现的时间来判断，碱骨料反应裂缝出现的时间较晚，多在施工后510年内出现，而混凝土收缩裂缝出现的时间较早，一般在施工后若干天内出现。4 冻融循环破坏 渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。冻融循环破坏的混凝土第95页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏 剥落，开始时在混凝土表面出现粒径为2-3mm的小片剥落，随着使用年限的增加，剥落量及剥落块直径增大，剥落由表及里，发展速度很快。一经发现冻融引起的混凝土剥落，必需密切注意剥落的发展情况，及时采取修补措施。北方地区采用撒盐除冰，由于盐类与冻融循环的共同作用引起的盐冻破坏是冻融循环破坏的一种特殊形式。盐冻破坏是静水压及盐溶液的渗透压和结晶压共同作用的结果，因此，盐冻破坏要比单纯的冻融破坏严酷得多。盐冻破坏区别于其他破坏形式的主要特征是：表面分层剥落，骨料暴露，但剥落层下面的混凝土完好；破坏速度快，对未采用防盐冻措施而使除冰盐者，第96页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏 少则一冬，多则几冬，即可产生严重盐冻破坏；在没有干扰的剥蚀表面或裂缝中可见到白色盐结晶体；5 钢筋锈蚀 混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是钝化膜坏，混凝土的碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面的碱性钝化膜的破坏，加之有水分和氧的侵入，就可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。第97页/共212页2-1 环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏 值得注意的是，上述所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，最终导致混凝土的开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快。形成导致混凝土结构的耐久性进一步退化的恶化循环。因此，对新建结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本途径是增强混凝土的密实度，防止和控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。对于在役结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本思路是在清除病害根源的基础上，封堵裂缝，修补破损混凝土；增设防水层，防止水分的侵入。第98页/共212页2-2混凝土结构的裂缝分析 实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，但可归纳为两大类：第一类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝（又称为受力裂缝），其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。第99页/共212页2-2混凝土结构的裂缝分析 第二类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到释放，拉应力也就消失了。两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同，有时两类裂缝融在一起。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引起的裂缝占主导的约占80%；以荷载引起的裂缝占主导的约占20%。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定，裂缝修补和加固的依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事故的危险。第100页/共212页2-2混凝土结构的裂缝分析1 1结构性裂缝（受力裂缝）众所周知，混凝土的抗拉强度很低，抗拉极限应变大约为 换句话说，混凝土即将开裂的瞬间，钢筋的应力只有 事实上，在正常使用阶段钢筋的应力远大于此值，所以说在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是避不可免的。因而，习惯上又将这种裂缝称为正常裂缝。实践证明，在正常条件下，裂缝宽度小于0.3mm时，钢筋不致生锈。为确保安全，允许裂缝宽度还应第101页/共212页 小一些。新颁布的JTG D62-2004（以下简称）规定：钢筋混凝土构件计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定的限值：类及类环境 0.2mm 类及类环境 0.15mm 图1-1所示为钢筋混凝土简支梁的典型结构性裂缝分布示意图。2-2混凝土结构的裂缝分析图1-1 钢筋混凝土梁结构裂缝第102页/共212页 图1-1中所示的跨中截面附近下缘受拉区的竖向裂缝，是最常见的结构性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。若竖直裂缝宽度过大，预示结构正截面承载力不足；图1-1中所示为支点（或腹板宽度变化处）附近截面由主拉应力引起的斜裂缝。在正常设计和使用情况下很少出现斜裂缝，即使出现裂缝宽度也很小。若斜裂缝宽度过大，预示结构的斜截面承载力不足，存在发生斜截面脆性破坏的潜在危险，应引起足够的重视。另外，钢筋混凝土墩柱受压构件由于纵向压力过大引起的纵向裂缝、预应力筋锚固区由于局部应力过大引起的劈裂裂缝等都属于结构性裂缝。2-2混凝土结构的裂缝分析第103页/共212页 有些结构性裂缝（受力裂缝）是由设计错误和施工方法不当所造成的。例如：钢筋锚固长度不足、计算图式与实际受力不符、次内力考虑不全面和施工安装构件支承吊点错误等都可以使构件产生裂缝。在超静结构中基础不均匀沉降，将引起结构的内力变化，可能导致结构出现裂缝。基础不均沉降引起的上部结构的裂缝，实质上是属于结构性裂缝（受力裂缝）范畴，裂缝的分布和宽度与结构形式、基础不均沉降情况及大小等多种因素有关。这种裂缝对结构安全性影响很大，应在基础不均匀沉降停止或采用加固地基方法消除后，才能进行上部结构的裂缝处理。2-2混凝土结构的裂缝分析第104页/共212页2 2非结构性裂缝 混凝土的非结构性裂缝根据其形成的时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇筑方法，养护条件和使用环境等等多种因素影响。（1）收缩裂缝 在混凝土凝固过程中，由于多余水分蒸发，引起的混凝土体积缩小称为干缩。同时，水泥与水起水化作用逐渐硬化而形成的水泥骨架不断紧密，引起的混凝土体积缩小称为凝缩。收缩中以干缩为主，占总收缩量的8/109/10。收缩量随时间增长而不断加大，初期收缩较快，尔后日趋缓慢。普通混凝土在标准状态下的极限收缩变形约为(34)104。2-2混凝土结构的裂缝分析第105页/共212页 当混凝土成形后，表面水份蒸发，这种水份蒸发总是由表及里逐步发展，截面内外温度不等，内外收缩量不一样。混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其他约束限制时，即在混凝土中产生拉应力，引起混凝土开裂。尤其是混凝土早期养护不当，混凝土表面直接受到风吹日晒的影响，表面水份蒸发过快，产生较大的拉应力，混凝土早期强度低，很容易出现收缩裂缝。收缩裂缝发生在混凝土面层，裂缝浅而细，宽度多在0.050.2mm之间。对板类构件多沿短边方向，均匀分布于相邻两根钢筋之间，方向与钢筋平行。对高度较大的钢筋混凝土梁，由于腰部水平钢筋间距过大，在腰部（或腹板）产生竖向收缩裂缝，但多集中在构件中部，2-2混凝土结构的裂缝分析第106页/共212页 中间宽两头细，至梁的上、下缘附近逐渐消失，梁底一般没有裂缝。大体积混凝土在平面部位收缩裂缝较多，侧面也有所见。收缩裂缝对构件承载力影响不大，主要影响结构外观和耐久性。（2）温度裂缝 钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。按结构的温度场不同、温度变形、温度应力不同，温度裂缝可分为三种类型：截面均匀温差裂缝2-2混凝土结构的裂缝分析第107页/共212页 一般桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度变化时，构件截面受到均匀温差的作用，可忽略横截面两个方向的变形，只考虑沿梁长度方向的温度变形，当这种变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。例如：连续梁预留伸缩缝的伸缩量过小，或有施工时散落的混凝土碎块等杂物嵌入伸缩缝，或堆集于支座处没有及时清理，使伸缩缝和支座失灵等，当温度急剧变化时，结构伸长受到约束，上部桥跨结构就会出现这种截面均匀温差裂缝，严重者还可能造成墩台的破坏。截面上、下温差裂缝 以桥梁结构中大量采用的箱形梁为例，当外界温度骤然2-2混凝土结构的裂缝分析第108页/共212页 变化时，会造成箱内外的温度差，考虑到桥梁为长细结构，可以认为在沿梁长方向箱内外的温差是一致的，沿水平横向没有温差。将三维热传导问题简化为沿梁的竖向温度梯度来确定，一般假设梁的截面高度方向、温差呈线性变化。在这种温差作用下，梁不但有轴向变形，还伴随产生弯曲变形。梁的弯曲变形在超静定结构中不但引起结构的位移，而且因多余约束存在，还要产生结构内部温度应力。当上、下温差变形产生的应力达到混凝土抗拉强度极限值时，混凝土就要出现裂缝，这种裂缝称为