中小跨径混凝土桥梁

2024-08-01

中小跨径混凝土桥梁（精选7篇）

中小跨径混凝土桥梁篇1

摘要：中小跨径混凝土桥梁是一种常见的桥梁类型, 在我国城镇中也比较常见, 这类结构的桥梁工程工期比较短, 但是对施工工艺要求比较高, 如果工程监理人员没有发挥出有效的职能, 可能会使施工存在较多的质量问题。本文对中小跨径混凝土桥梁常见的病害问题进行了介绍, 还对这些病害问题的处理措施进行了探讨, 希望对工程管理者提供必要帮助, 有效提高桥梁工程监理的质量, 保证桥梁使用的安全性。

关键词：中小跨径,混凝土,桥梁,病害,措施

为了提高我国经济发展水平, 必须加强道路桥梁工程的建设, 随着科技的不断发展, 桥梁施工单位一定要不断的优化技术, 这样才能提高施工的质量以及效率。在我国中小跨径混凝土桥梁工程中, 由于施工的技术不够完善, 使得桥梁在使用的过程中, 出现了较多的病害问题, 这影响了桥梁功能的发挥, 还影响了桥梁的美观性, 增加了安全隐患, 为了避免安全事故的发生, 一定要采用加固技术做好维护工作, 这样才能促进我国交通运输行业更好的发展。

1 中小跨径混凝土桥梁常见的病害问题

1.1 混凝土开裂

混凝土开裂是一种常见的桥梁病害问题, 尤其是在中小跨径的桥梁路面上, 经常会发现裂缝问题。混凝土开裂对桥梁的安全性有着较大影响, 有的施工单位对裂缝问题认识不足, 没有及时有效的做好处理工作, 使得裂缝口径越来越大, 影响了桥梁的承载能力, 施工单位没有做好养护工作, 也极大的缩短了桥梁的寿命。中小跨径混凝土桥梁出现开裂现象后, 会影响桥梁结构的稳定以及功能的发挥。另外, 当桥梁内部钢筋暴露在空气中, 还会使钢筋出现锈蚀问题。

1.2 混凝土脱落

在中小跨径混凝土结构的桥梁中, 有时会发生混凝土剥落现象, 这影响了桥梁的美观性, 而且会导致桥梁出现病害问题, 比如混凝土起皮、麻面、露筋等。混凝土脱落会使桥梁的截面积大大缩小, 所以, 桥梁的承载力也会大大降低, 当腐蚀性物质进入桥梁内部后, 混凝土脱落现象会越来越严重, 这容易造成内部侵蚀问题, 还会使混凝土结构受到较大的破坏。

1.3 钢筋锈蚀

桥梁一般是有钢筋、混凝土等材料构成的, 其中, 钢筋主要发挥着承载的作用, 如果钢筋的性能不高, 会导致桥梁出现塌陷的危险。在中小跨径混凝土结构的桥梁中, 有时桥梁出现混凝土脱落现象后, 钢筋会暴露在空气中, 极易出现锈蚀问题。钢筋是桥梁的重要承重构件, 其一旦出现锈蚀问题, 会影响弯矩受力情况;锈蚀后的钢筋还会出现体积膨胀问题, 使得桥梁混凝土结构出现了严重的开裂问题, 使得桥梁结构的稳定性大大降低了。

1.4 橡胶支座损坏

在中小跨径混凝土桥梁施工中, 一般会采用橡胶支座, 这种支座两种类型, 一种是板式橡胶支座, 另一种是盆式橡胶支座。橡胶材料比较特殊, 其老化速度比较快, 如果施工单位没有做好维护以及保养工作, 则会导致橡胶支座变形以及受损情况越来越严重。橡胶支座在使用较长时间后, 还会出现严重的脱落问题, 随着桥梁承受荷载的变化, 橡胶支座损坏形式也会发生变化。

2 各类病害的成因分析

2.1 混凝土开裂与脱落病害的成因

混凝土的开裂与脱落主要由两个原因造成:第一, 交通流量不断增大, 车辆荷载的反复作用, 容易使桥面以及桥体的混凝土结构出现磨损、开裂、脱落等现象;第二, 冻融现象, 这一现象也是造成桥梁混凝土结构开裂和脱落、影响中小跨径混凝土桥梁承载能力重要原因之一。寒冷地区, 由于受到天气的影响, 经常出现冻融现象, 长期作用下来就很容易使混凝土结构出现裂缝和脱落。有时一些加固处理的桥梁, 新旧混凝土不能很好的结合, 本身就容易产生一些裂缝, 而冻融现象正好又加剧了这一现象。

2.2 钢筋锈蚀病害的成因

混凝土桥梁的钢筋锈蚀主要是由于钢筋发生了化学反应。在钢筋的表面都有一层致密的氧化膜, 这层氧化膜能够在一定程度上保护钢筋免受锈蚀。而混凝土的碳化现象, 或者混凝土中含有过高的氯离子都会造成混凝土PH值的下降, 会使混凝土长期处于弱酸性环境中, 虽然没有明显的反应, 但是长期下来, 附着在钢筋表面的氧化膜会逐渐出现腐蚀现象。而氧化膜的破坏是钢筋发生锈蚀现象的直接原因。在中小跨径混凝土桥梁的设计阶段, 可能会出现桥梁截面尺寸设置的不合理和配筋率达不到要求等现象。

3 中小跨径混凝土桥梁病害的处理措施

3.1 对混凝土开裂问题的处理

中小跨径混凝土桥梁在城市中比较常见, 这类结构的桥梁经常会出现混凝土开裂病害问题, 为了提高桥梁的质量, 必须采取必要的措施对其进行防治。针对桥梁混凝土开裂问题, 可以通过提高混凝土密实性进行处理。提高混凝土的密实性, 需要把混凝土裂缝的宽度保持在0.15mm以内, 这样可以有效避免混凝土受到外界空气和水分影响。如果混凝土结构出现裂缝, 使用的补救方式应该是压力注浆、表面封闭, 以及在裂缝处粘贴碳纤维等。为了提高桥梁混凝土的密实性能, 可以利用渗透性结晶材料来渗入混凝土结构中的各种贯通毛细孔内部。

3.2 对混凝土脱落问题的处理

桥梁混凝土结构出现脱落现象, 就必须及时采取措施进行补救。可以先将即将脱落的混凝土移除, 随后再使用混凝土或砂浆等其他材料补足。为了保证脱落处的补救效果, 必须采用高粘结力、高膨胀系数的混凝土或砂浆, 使其具有足够的变形强度、较高的抗渗性以及密实性。

3.3 对钢筋锈蚀问题的处理

如果钢筋的锈蚀程度不严重, 我们可以在桥梁混凝土结构的表面涂一层阻锈剂, 使阻锈剂逐渐渗透进入混凝土中, 从而能够避免桥梁结构中的钢筋继续锈蚀。如果钢筋结构锈蚀严重, 首先移除附着在钢筋上松动的混凝土, 随后在腐蚀钢筋处焊接相同型号的钢筋, 并且在其表面涂刷阻锈剂, 最后, 处理完腐蚀钢筋后, 要使用混凝土或砂浆对缺口封闭, 确保万无一失。

3.4 对桥梁橡胶支座病害的处理

桥梁橡胶支座病害, 主要由于支座变形过大、开裂或者锈蚀等造成。一旦出现橡胶支座损坏的情况, 要及时进行更换处理, 首先对桥梁进行顶升, 可采取千斤顶法、抱柱支架法、满布式支架法, 以及鞍形支架法等, 随后再更换混凝土桥梁的橡胶支座。

结束语

随着社会的不断发展, 我国桥梁数量越来越多, 这促进了交通运输行业的发展, 但是有的桥梁由于施工技术存在缺陷, 使得桥梁在投入使用后不久就出现了严重的病害问题。本文对中小跨径混凝土桥梁常见的病害问题进行了分析, 还提出了解决处理的措施, 希望可以提高施工人员养护维护的水平, 有效的提高桥梁的安全性。在制定病害处理措施时, 一定要在保证养护质量的前提下, 降低施工成本, 这样才能提高桥梁工程的经济效益。

参考文献

[1]王灿, 朱新实.双曲拱桥病害原因分析及处治对策的研究[J].公路, 2002 (11) .

[2]王伟亚, 张秀海.梁 (板) 桥常见伸缩缝损坏成因及修补措施[J].山西交通科技, 2002 (4) .

[3]王有志, 孙大海, 徐鸿儒.钢筋混凝土简支板梁式桥病害调查分析与评价[J].华东公路, 2002 (4) .

中小跨径桥梁的应用分析篇2

1 中小跨径桥梁的常用结构类型及特点

1.1 装配式空心板桥

装配式板桥构造简单, 经济性好, 可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构, 可做成实心和空心, 可就地现浇以适应各种形状的弯、坡、斜桥, 尤其是建筑高度受到限制的中、小跨径桥梁, 特别受到欢迎。

目前国内公路桥梁20m以下的中小跨径桥梁基本上全部采用空心板结构, 通过对各地区桥梁使用状况的调查及相关资料的收集, 不难发现空心板桥存在的共性病害有:预制空心板之间铰缝开裂、剥落;空心板板底出现纵、横向裂缝, 混凝土剥落;桥面铺装开裂、剥离;空心板支座脱空等。

某种程度上存在上述问题是必然的, 其原因是空心板结构的受力计算模式, 其机理是通过铰缝在横桥向分布作用在结构上的竖向力, 板之间的铰缝只传递剪力, 该结构在理论上是成立的, 但实际结构与理论模式存在一定偏差, 由于铰缝混凝土体积小、施工条件差, 混凝土质量不易保证, 铰缝混凝土本身不能承受较大的压力而极易被压碎, 从而难实现长期使用过程中力的传递。随着铰缝混凝土的压碎脱落, 计算结构模式失效, 形成单板受力状态, 进而形成板的开裂破坏;另外一种情况是铰缝施工质量好, 施工时将板侧进行了很好的凿毛, 并有较好的钢筋、钢板连接, 铰缝混凝土与预制板形成了整体, 使装配式铰接板具有了整体板的性能, 但当桥梁宽跨比较大时, 上部结构呈现双向板受力状态, 而预制板并未考虑横向受力的配筋, 会造成空心板在中线薄弱处产生板底纵向开裂。

1.2 装配式T梁桥

现在装配式T梁有简支和简支转结构连续两种结构型式, 简支结构通过桥面连续来解决伸缩缝多的问题。简支结构与连续结构相比存在一些先天不足, 如桥梁整体刚度较小、横向联系弱、抗震能力低、伸缩缝多、支座易损毁等, 因而现在设计中多采用简支转结构连续体系。与装配式空心板桥相比, 先简支后结构连续T梁具有如下优点:连续结构内力分布均匀、受力好, 提高了结构的抗裂性和耐久性;伸缩缝少、行车平顺舒适;造型简洁美观、养护工程量小;桥横截面由多片装配式主梁相互联结组成, 采用不同的主梁间距可以减少材料用量和预制工作量, 并减轻主梁吊装重量。

先简支后结构连续T梁在设计过程中, 也暴露出一些问题, 例如在顺桥向连续墩顶支座的设置方式, 现有双支座和单支座两种方式。对于双支座由于在较小间距内设置两个支座, 支点的转动受到约束, 受力不明确, 采用个别有限元程序分析时, 结果往往会出现异常;而且, 在弯坡斜桥上, 支座较多, 对施工的安装精度有较高要求。如果做得不好, 其中一个支座容易脱空不受力, 导致另一个支座承载力超限而破坏。而现行规范中明确规定在梁的单个支撑点上, 纵桥向只能设置一个支座。当然单支座亦带来相应的问题:施工时存在结构纵向整体化及体系转换, 纵向整体化工序中的湿接头小体积混凝土及其中钢筋连接质量不易保证, 从而极易形成结构质量隐患;体系转换时临时支座和永久支座的设置转换繁琐, 不同施工工艺其施工质量亦参差不齐;当然单支座也加大了墩顶及跨中的弯矩, 同样设计指标下带来材料浪费。

1.3 装配式小箱梁

装配式小箱形梁桥由于其预制方便、安装及施工工艺简单、工程造价较低、抗扭性能较好等特点, 近年来在国内应用比较广泛, 装配式小箱梁桥与T梁和空心板相比具有以下特点:建筑高度比同跨径T梁低, 有利于降低桥头路堤的填土高度, 在软土地区及缺乏路基土土源的区段采用, 有利于降低总体工程造价。与空心板相比, 它具有跨越能力强, 横向整体性好, 且结构连续、行车舒适、后期养护费用低等优点;小箱梁结构稳定, 材料用量较少, 造价低。

小箱梁在设计过程中存在的问题与T梁类似, 相同之处不在赘述。当然施工中该类型结构在墩顶连续处所采用的扁锚预应力体系存在不足亦应引起足够重视, 往往使负弯矩预应力效应达不到设计值, 从而使该结构仅成为了一种准连续结构。而负弯矩预应力的不足, 又导致了主梁跨中正弯矩值的增加, 降低了结构的安全度。

1.4 现浇连续梁桥

现浇连续梁桥截面整体性好, 结构刚度大;箱梁的顶底板可提供足够面积来布设预应力钢束以承受正负弯矩;抗扭能力强, 同时箱型截面能提供较大的顶板翼缘悬臂, 底板宽度相应较窄, 可大幅度减小下部结构工程量。

现浇连续梁桥施工中存在的问题除工期相对较长、支架和模板耗材较多外, 裂缝问题最为突出。虽然高性能混凝土的发展突飞猛进, 但是, 混凝土施工阶段出现的裂缝却有增无减。这些裂缝有的在浇注时出现, 有的在拆模后发现, 在养护中发展, 以后继续发展并且慢慢趋于稳定。同时, 在桥梁运营后, 不少混凝土箱梁出现了比较严重的开裂, 典型裂缝是在边跨现浇段和支座附近以及跨中腹板斜裂缝。

设计过程中出现问题主要体现在曲线现浇连续梁桥。主要是扭转、平面内变形等方面的分析还不够全面, 支承等设计细节问题考虑不周, 有些机理, 如影响桥梁平面内变形的因素等尚需进一步探讨。由于设计中存在的缺陷, 导致在桥梁建设以及使用中常发生弯梁桥主梁横向侧移、扭曲变形、支座脱空、固结墩开裂等事故。

2 中小跨径桥梁的设计反思及建议

目前我国公路桥梁正处于前所未有的快速发展时期。近年来, 随着经济的发展, 已建成的公路桥梁较高频率地出现了病害过早发生、结构损坏甚至垮塌的现象, 也暴露出我国公路桥梁在规范标准、工程设计、建设以及管养方面存在的很多不足。而在这些病害桥梁中40 m跨径以下中小跨径桥梁占到桥梁总数的90%以上。

2.1 设计反思

2.1.1 设计标准

公路桥梁设计荷载包括永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类, 在使用过程中, 对桥梁结构使用性能影响较大的荷载是可变荷载, 可变荷载之中最主要的又是汽车荷载—活载。1981与2003版《公路工程技术标准》相比, 汽车荷载由汽—超20级、挂—120级变为公路—Ⅰ级, 公路—Ⅰ级总体上较汽—超20标准提高不到10%, 而车辆载重的标准自1981年到2003年提高又何止10%, 国家在行业标准的规定上存在不对应、不匹配的问题, 造成了实际的交通荷载超出公路桥梁设计荷载标准, 即按国家相关行业标准生产出的汽车在额定载重情况下, 其对桥梁作用就已超过了现行的公路桥梁设计荷载标准。

此外与国际上相比, 我国公路桥梁规范规定的车辆荷载安全系数明显偏低, 我国是1.4, 美国是1.75, 英国是1.73, 而计算桥梁构件本身承载能力时, 我国规范规定的材料设计强度又定的偏高, 有资料显示, 我国桥梁的设计承载能力总体上仅为英、美等国家的60%～70%。

2.1.2 设计理念

每位设计者都熟知, 钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构均应按承载能力极限状态和正常使用极限状态来进行设计。然而在工程设计时, 设计人员往往是只重视承载极限状态的控制, 结构抗力都能考虑足够, 但对正常使用极限状态指标往往不太重视, 正常使用极限状态很大程度上决定了结构的使用性能。而结构在其寿命周期中, 最重要的正是其使用性能, 使用性能的降低甚至损坏进而会影响结构的耐久性, 耐久性不足又会进一步影响结构的使用性能及结构寿命。

2.1.3 设计方法

现设计过程中不足之处可归纳如下:

(1) 过分依赖计算机程序软件, 不进行细部计算。

(2) 过分相信标准图。盲目的机械模仿和重复, 对标准图认识不足, 对已发现的问题不能进行总结和及时改进。

(3) 对结构认识不足, 缺乏整体设计理念, 结构计算图式和受力路线不明确, 造成局部受力过大。如整体现浇板的横向受力计算、斜板结构的弯矩偏移等。

(4) 过分依赖规范, 以满足规范为目标。很多时候这样完成的结构设计虽然满足了受力要求和规范的规定, 但设计的只能是建成时的结构状态, 而不是在结构使用寿命期的设计。例如截面尺寸过薄、保护层过小等影响结构耐久性的问题时有出现。需知道规范仅是最低要求, 不宜以节约之名造成实际长远的维护加固甚至提前重修等带来的浪费。

(5) 不注意整体构造配合设计, 由于构件 (部件) 单图绘制, 多造成钢筋冲突, 需要在施工中相互避让, 导致钢筋错位、影响混凝土灌注和密实、保护层不足等问题。

(6) 不考虑后期、检查和养护维修需要。如支座垫石太低、不便于支座检查和更换;缺乏便捷的结构检查通道等问题。

(7) 对新材料新工艺认识不足, 采用不当。

2.2 设计建议

结合自身工作经验, 为保证桥梁结构使用性能和使用寿命, 针对中小跨径桥梁设计提出以下几点浅薄建议供参考:

2.2.1 对规范标准的认识

设计规范和标准是国家及行业控制和指导工程设计的基本要求, 作为工程设计必须执行, 但规范标准中的规定, 是对工程设计的最低要求。在使用规范时, 必须满足最低要求, 但更重要的是需要设计人员根据工程自身特点, 确定设计中各项指标需要达到的控制值。由于规范受修订、发布时间的局限, 规范中的一些规定也会随着社会经济的发展需求而变得不适应甚至不合理, 工程设计人员应根据掌握的相关研究成果和资料对规范规定给予适当的安全度预留。

2.2.2 设计要“以人为本”

每一项工程设计都应体现出设计人员对工程结构的理解, 工程设计是一个创作的过程, 设计人员必须对所设计的结构有一个完整的认识, 对所设计的结构要了解其受力模式和使用特点, 不能完全依赖标准图, 更不能只是简单地模仿。作为设计人员应有自己的设计思想, 结合工程实际进行设计, 将设计意图体现在设计文件中。设计人员还应经常性地根据工程实践的反馈, 对结构设计不断改进和优化, 要对采用的规范熟悉掌握, 更要善于思考和分析规范存在的不足, 不断提高自身素质, 以满足设计工作的要求。

2.2.3 对常用结构类型的些许建议

(1) 装配式空心板:

由于装配式板结构本身固有的缺陷, 铰的作用难以完全形成和发挥, 设计时需针对性采用深铰缝以减少预制板间铰缝开裂、剥落;加大铺装厚度以及采用整体性更好的焊接钢筋网来加大桥面整体性以保证铰结构的作用;改进铰缝材料, 如采用微膨胀混凝土并加入加强材料来预防早期收缩裂缝的产生;为应对铰缝脱落后的单板受力状态, 在满足规范要求范围内适当加大板强度预留。当然如有条件, 应尽量采用现浇板结构。

(2) 装配式T梁、箱梁:

首先是注意横向整体性的加强, 横隔板宜6 m左右设一道, 对于斜梁, 不易采用与梁斜交的横隔板;对于先简支后连续结构, 采用扁锚体系的负弯矩预应力束作用难以完全按设计要求发挥, 在设计时需相应配足普通钢筋, 以弥补预应力的不足, 应尽快改扁锚体系为圆锚体系, 以保证预应力质量;需要改进的还有结构整体化时的湿接缝、湿接头构造, 使之便于施工、易于保证质量。

(3) 现浇连续梁:

对于独柱支承的连续梁, 严格设置支座预偏心, 并在每个墩上设置限位销钉 (起抗震和防滑作用) , 同时具体设计时也可考虑一些墩与梁固结;对于小半径的曲线梁桥, 一是采用部分预应力B类构件计算, 二是不设通长索, 减少预应力张拉时崩坏的可能及支座脱空, 同时对曲线梁桥预应力定位钢筋和纵向钢筋的设置进行了加强, 以进一步确保张拉时的安全;悬臂采用小悬臂普通钢筋混凝土结构, 可增加箱体尺寸, 增加梁体的刚度和抗扭, 同时小悬臂可不设横向预应力, 施工更方便。

除此之外设计人员还应注意设计后续服务工作, 在工程建设期间向建设一线的技术人员进行详细技术交底, 并对工程进行全过程跟踪, 贯彻设计意图, 弥补建设管理、监理及施工技术力量的不足。

3 结语

由于中小跨径桥梁在公路桥梁总数中所占比例大, 做好这一类桥梁的设计, 对保证公路的使用功能有着非常重要的意义。工程设计人员应针对工程具体特点, 对工程设计中的关键技术问题全面认识、准确把握、合理解决, 使桥梁工程真正实现“结构安全、使用舒适、经济合理、施工方便、易于养护维修、与环境协调”的总体功能, 避免使我国桥梁建设史无前例的出现大建、大修、大拆同时并存的畸型发展。

参考文献

[1]邵旭东, 程翔云, 李立峰.桥梁设计与计算[M]:北京:人民交通出版社, 2007.

[2]黎敏.中小跨径桥梁设计体会[J].湖南交通科技, 2005.

[3]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

中小跨径危旧桥梁的加固法篇3

桥面补强加固方法指的是在原有桥面板上再铺设适量钢筋混凝土, 将加铺的钢筋混凝土与原桥梁构成一个整体, 进而扩大桥面及桥主梁的受力面积, 提高桥梁的刚性。桥面补强加固方法由于其加固效果良好, 因此在桥梁加固实践中应用广泛。在桥梁的承载力弱或刚度下降、铰缝不能起到传力作用时都可以应用桥面补强加固方法实现桥梁的加固。但是该方法也存在一定的局限性, 其普遍应用于中小跨径的桥梁加固中。

2 材料选择

2.1 钢筋的选择

在加固过程中会铺设两种类型的钢筋:一是根据补强层需要而设置的钢筋, 主要是增大混凝土联结作用, 由于加铺的混凝土层属于截面受压区域, 因此大多不会铺设受力钢筋, 此类钢筋的直径不能太大, 普遍会选择使用螺纹钢筋;二是将补强层与原桥梁构造联结起来的钢筋, 钢筋两头分别植入原桥梁结构和补强层中, 由于锚杆固定长度无须太长, 为了能够提升钢筋的握裹强度一般会使用热轧带肋钢筋, 确保原桥梁混凝土与补强层混凝土高效连结, 该类钢筋的直径应在8mm~20mm之间, 每个钢筋的纵向宽度应小于50cm。钢筋深入桥面板的距离有一定限制, 深度应该适应胶粘材料的允许值, 一般直线距离在6cm~5d (d表示钢筋的直径大小) 之间, 其间距应不大于20cm, 直径宜在6~16mm之间。

2.2 混凝土的选择

补强层宜选用较高标号混凝土, 其标号不应低于C30及主梁混凝土标号, 其厚度不能低于10cm;补强层的混凝土不但需要有较好的粘接力、较小的收缩性、较高的抗裂能力, 同时还需要满足韧性标准、具备较好的抗冲击性能及抗渗透性能。混凝土的性能受到原料的影响, 同时还受到施工工艺的影响, 因此, 在选择合适的材料后应用恰当的工艺方法优化混凝土性能。

(1) 加入适当的添加剂能够改善混凝土性能。例如混凝土中加入外加剂、防水剂后, 可以提升其密实性, 增强其抗渗性能;在混凝土中加入适量膨胀剂可以使其膨胀, 从而提高密实性, 除此之外, 膨胀剂还能够起到收缩裂缝的作用, 在一定程度上增强了抗渗性能。外加剂可以有效提升混凝土性能, 但是也需要注意使用方法, 在选择合适的外加剂后还应该做混合试验, 应用合理的掺入方法及合适的添加量, 同时注意搅拌时间及养护方法。

(2) 纤维混凝土以其优良的性能得到广泛应用。它的优点是具备优良的抗裂性能、防渗透性能、抗冲击力, 同时还有足够的韧性和延伸率, 普遍应用于桥梁补强加固。用于混凝土中的纤维主要有两类:合成纤维、钢纤维。前者具有稳定性、抗变形性能、导热率低的特点, 在使用过程中不会凝聚在一起, 分布较为平均, 使用简便快捷;后者大多选用波形钢纤维, 其长径比不小于30mm, 不大于50mm, 添加量至少0.5%, 最多3%。钢纤维的稳定性不足, 因此纤维腐蚀对桥梁带来的危害, 及其对行驶车辆轮胎的危害不容忽视。

2.3 植筋胶的选择

植筋胶的选择应该注重其粘结力、耐久性能, 同时保证无毒无害, 环氧树脂类在桥梁桥面加固工程中使用较为普遍。

2.4 界面剂的选择

因为原桥面混凝土具有吸水性能, 这不利于桥面与补强层联结, 因此, 应该加入界面剂提高两层的粘结力。选择的界面剂应该化学性状稳定, 且对混凝土能够起到良好的粘结作用, 在潮湿的环境中能够保持其性能稳定。

3 力学特点

在对桥梁进行补强加固过程中, 桥面和加固层具有一定的力学特点。一是加固层的受力结构属于二次受力, 即:在开始加固前原桥面就已经受力, 在加固后, 其并没有马上受力, 但是如果增加负荷, 加固层受力。二是在对桥面进行加固后, 补强层和原桥梁存在整体工作、协同受力的情况, 两层结合处的强度相对较小, 应该采用一定的措施解决这一问题。

如果新旧混凝土结合面的受力强度能够满足桥梁整体受力标准, 那么构成的加固结构就可以称为组合梁或组合板, 该结构具有一定的力学特点:应力超前现象、分阶段受力、受压滞后等。

新旧混凝土结合面处在复合应力的情况下。结合面对于两层的压力起到传递作用, 出现问题的可能性较低, 但是结合面的抗剪性和抗拉力性能较弱, 会导致桥面出现缝隙。当结合面受到的剪力过大, 就会增大混凝土的主拉应力, 主拉应力达到承受极限就会造成结合面出现裂缝, 此时再与斜裂缝相交将会导致交接面相对滑移增加, 最终造成新旧混凝土交接面裂缝变宽变大的结果。为了避免这种情况发生可以通过铺设结合钢筋的方式解决, 促使其产生拉应力, 拉应力带来的对交接面的反作用力能够有效抑制裂缝的延伸和加宽。产生的剪力也能够在骨料咬合及销栓作用下传递出去。在这样的受力作用下, 新旧交接面并不会受力破坏。

4 施工工序

桥面补强层加固法的施工全部是在桥面上完成, 因此施工工序并不复杂, 主要内容有:对结合面进行处理、加固层混凝土浇筑等。

5 结束语

(1) 补强加固法操作全部在桥面上完成, 便于施工, 能够很好管理施工质量。

(2) 补强加固法应充分考虑原桥梁的受力情况, 原桥梁中钢筋数量和强度限制了补强层如何进行, 因此应将补强层与其他加固方式相结合, 以其获得最佳加固效果。

(3) 补强加固方法中需要结合面和收缩差动变形达到一定标准, 确保加固结构能够满足叠合结构受力特征。

(4) 桥梁加固是否能够实现期待效果更多的取决于工程质量管理, 工程进行过程中应该认真细致, 严格遵守各规章规定及技术要求, 以保证加固层和原桥梁形成一个整体。

摘要：近些年, 我国道路桥梁交通事故频发, 究其主要原因为危旧桥梁设计技术标准过低, 无法满足现在快速发展的交通需求, 大部分危旧桥梁在巨大的交通负荷作用下, 各部件出现了不同程度的损伤和残缺。桥面补强层加固法主要针对于中小跨径的桥梁进行加固, 它属于非结构性加固方法的一种, 这种方法一般情况下, 不会增加桥梁自重, 同时桥梁的铰接缝可以得到改善, 并且和补强层成为一体, 其加固效果更为明显。

关键词：桥梁加固,桥面补强层,中小跨径

参考文献

[1]王永斌.探讨危旧桥加固的有关技术问题[J].福建建材, 2012.

山区中小跨径桥梁设计要点研究篇4

一、山区中小跨径桥梁设计的基本原则

由于山区地形与地质十分复杂, 且具备诸多构造物, 在这种条件下建设桥梁的难度也很大, 所以, 为保证桥梁质量, 就一定要重视桥梁的勘察设计工作。现阶段, 我国山区桥梁的设计内容主要包含了多种结构类型, 主要采用的结构类型有简支结构, 连续结构, 拱式结构。而桥梁安全性与稳定性、耐久性等则应当由设计分析结果, 并采取构造处理方式等措施而予以保障[1]。其中, 实际设计的过程中, 应当对永久作用、可变作用、偶然作用, 地震作用以及施工荷载等方面进行综合设计分析, 而这与平原地区桥梁的设计大体上是一致的。然而, 山区自然与气象条件都十分多变, 地形地貌及地质情况复杂, 因此, 在设计的过程中, 不仅要对以上作用进行全面考虑, 同时, 还需要将施工条件, 筑路材料的来源及运输条件, 当地的施工技术水平等多种因素纳入到考虑范围, 因为这些因素也同样会影响到桥梁的顺利施工及结构安全。

山区的地形起伏且沟壑纵横交错, 因而, 在桥梁建设的过程中, 施工场地现场布设的难度极大, 特别是使用大型的机械设备较为困难。另外, 要想为大型预制构件提供施工场地亦较为困难。基于此, 大跨径预制构件的应用严重受限。而为了方便施工作业并节省造价, 现阶段四川省内山区中小跨径桥梁主要以梁式中小跨径预制装配式桥型[2], 梁式中小跨径整体现浇桥型, 拱式中小跨径桥型为主。

山区的经济并不发达, 所以, 桥梁设计选型造价十分关键。为此, 在设计方面, 需要对技术的可行性进行全面考虑, 并且对桥梁结构的类型经济性应当进行综合考量。因而, 在设计山区桥梁的过程中, 必须要结合当地环境与施工条件, 制定出若干种方案, 通过对技术性与经济性的对比, 最终选择出最优方案, 确保有效提升工程项目的质量, 节省工程造价。

在建设山区桥梁的过程中, 同附近环境的关系十分紧密。简单来讲, 桥梁建设需要以山区的环境为基础。要想尽量规避对自然环境的影响, 就需要在设计的时候注重环保性, 尽可能不对山体进行大填或者是大挖, 避免引发地质灾害, 同时, 也应当尽量降低对河流以及水体带来的污染。

二、山区中小跨径桥梁的设计要点分析

(一) 桥梁布跨及上部结构设计

1.跨径的合理布置原则:

(1) 因为山区地形起伏变化较大, 因此, 一定要充分考虑地形来合理地选择跨径, 特别是在深沟路段, 千万不能为简化设计全部按照统一跨径布跨, 应根据桥的高跨比结合具体的施工条件, 地质情况、自然地理环境来地调整跨径。若实际墩高的变化相对较大, 那么应当将多种跨径方式进行结合设计, 尽量选择标准跨径[3]。同时制定出多种可行方案, 通过对技术性与经济性的对比, 最终选择出最优方案。

(2) 山区桥梁布孔应充分考虑在桥宽及坡脚范围内地形变化对布孔及基础的影响。

(3) 桥梁布跨应按照需跨越的道路、铁路、河道、管线等的规划线位及断面, 结合现况条件合理布置桥孔, 在满足交通功能的同时, 还应满足所跨越构筑物的使用和维护等方面的要求。

(4) 桥梁孔径应有主孔、边孔及主桥、引桥之分, 一般情况下主桥的主孔跨径应大于边孔。在同一座桥中, 如果没有特殊情况, 跨径变化不宜太多, 以达到桥梁跨度的均衡、合理。

(5) 对于跨越河道或沟渠的桥梁宜布置为奇数孔。主孔应布置在河道的主槽。河道中桥跨布置及墩柱布设情况应征得河道管理部门的同意。

(6) 桥梁跨越或下穿现况铁路时, 桥孔布置应考虑对铁路运营的影响最小, 同时应注意铁路相关管线、杆塔对布孔的影响。桥孔布置及结构方案应征得铁路有关部门的同意。

(7) 针对曲线上的预制装配式桥梁, 梁长布置是不等的, 那么如果半径相对较大, 应当保证内弧长度与标准跨径是相等的, 只有这样才能够全面提升设计质量与施工效率。但是, 半径如果相对较小, 则应当保证中线弧长与跨径是相等的。以上设计的目的就是确保桥梁使用的功能与视觉美观能够符合标准要求。

2.桥梁上部构件类型的选用:

针对对于山区中小桥上部构件, 按前文中内容, 这里将其主要的结构形式分为三种:梁式预制装配式构件、梁式整体现浇构件、拱式构件。现对该三类构件作如下分析:

(1) 对于梁式中小跨径预制装配式构件, 空心板、T梁以及小箱梁是中小型预制装配式主梁最为常见的主梁横断面形式。现阶段, 以上三种主梁被广泛应用在山区的中小跨径桥梁当中, 而且在设计与施工技术方面趋于完善。然而, 不同的主梁特点也不同, 实际应用的范围也存在差异。其中, 由于空心板梁高较其他两种构件较小, 空心板针对桥下高度有限制 (如桥下行洪净空, 桥下通行净空) 的桥梁, 具有一定优势。这样不仅使桥头路基工程数量减少, 桥下净空增加, 且空心板施工工艺简单、成熟、可靠, 单块梁重较轻, 使得施工更加便利, 同时, 还能够确保工期[4]。当前, 只要是不超过20米的中小跨径桥梁通常都会运用空心板的结构。但是, 这种结构形式很容易出现支座脱空, 甚至导致出现纵向与横向裂缝的情况, 所以, 必须在施工过程中积极采取预防的措施;而小箱梁这一结构具有极强的跨越能力, 且抗扭性十分理想, 造价也不高, 比较适用于对桥梁跨越能力有特殊要求的地段, 可以有效地节省成本。然而, 这种结构的腹板很薄, 而且单根梁重在三种结构类型中最重, 预制与吊装工艺的要求也很高;另外, T梁的整体性能理想, 且具有较强的刚度, 跨越能力也比较强。由于其施工时不存在内模板问题, 所以, 施工相对简单, 能够对预制质量进行合理的控制, 便于安装, 且安全性与耐久性都十分理想。然而, 这种结构的梁高较高, 对部分桥下高度有严格要求情况有使用限制, 会导致桥头路基工程数量增加, 一定程度上增加了施工的成本。

(2) 对于梁式中小跨径整体现浇构件, 整体式空心板, 连续实心板, 箱梁亦广泛采用在山区的中小跨径桥梁当中。三种构造亦有一定的共同性, 均采用支架现浇施工, 避免了起吊设备的使用, 避免了预制场地的使用, 同时在曲线半径较小的曲线桥梁使用时, 亦有一定优势。针对该三种主梁特性不同, 适用的范围亦有不同。现浇整体式空心板在桥梁跨径不大时, 具有一定优势, 多为普通钢筋砼结构, 结构轻盈, 施工工艺成熟可靠, 施工条件要求相对简单, 但跨越能力不强;现浇实心连续板, 为普通钢筋砼结构, 由于无内模板, 施工工艺较现浇整体式空心板更为简便。施工精度更易控制, 但跨越能力不强, 结构本身自重偏大, 用钢量偏大, 基于这一特性, 多用于低等级公路的漫水桥使用 (结构自重大可有利于漫水桥防水流冲击) ;现浇箱梁多为普通钢筋砼结构或预应力砼结构, 该构件跨越能力极高, 多用于中小桥中对桥下顺桥向净空有特殊要求的桥梁使用, 但施工工艺复杂, 施工精度要求较高。

(3) 对于中小跨拱式构件, 在山区中小桥梁中亦广泛采用, 主要形式有石板拱、钢筋砼板拱、箱型拱。拱式构件由于独特的构造特点, 主要用于在地质情况较好, 桥头地势变化较大的山区深沟或深水路段, 拱式构件跨越能力极强, 在山区深沟、深水路段受限或桥下净空 (行洪或通行净空) 受限, 布跨困难时, 可有效减少桥墩数量, 避免山洪对桥墩的冲击影响, 避免高墩或深水桥墩的出现。石板拱在钢材资源稀缺, 石材资源丰富的偏远山区, 优势更加明显。同时, 在预制场地难以布设, 无法采用预制吊装梁桥, 山区深沟、深水路段搭设支架亦很困难, 采用支架现浇梁桥亦不现实的情况下。由于拱式构件可采用钢拱架施工的特点 (箱型拱亦可采用缆索吊装施工) , 拱式构件在山区深沟、深水路段桥梁建设上有一定的优越性。但拱式构件施工工艺要求较高, 施工难度大, 钢拱架的架设与拆除程序繁琐, 钢拱架上及拱自身的加载与卸载程序复杂, 必须遵循对称、均衡、同步等原则进行施工, 施工风险较大, 施工工期较长。

(二) 桥梁下部结构设计

2.桥墩台的型式

在桥梁设计的过程中, 一定要将上部构造的类型、桥墩台的高度以及地形地质条件等纳入到考虑范围内, 进而正确地选择桥墩台的形式与尺寸。在山区中, 公路桥墩台的形式多种多样, 比较常见的桥墩有矩形重力式实体墩、柱式墩、矩形空心墩、轻型薄壁墩;桥台有重力式U型桥台, 肋板台, 桩基接盖梁桥台, 轻型薄壁桥台。在桥墩台高度不高的情况下, 通常都会选择小尺寸的矩形重力式实体墩、柱式墩、薄壁式墩台、重力式U型桥台、桩基接盖梁桥台。这几种方式的构造简单, 而且能够控制施工过程中的外观质量, 在同基础进行衔接的时候也十分简单[5]。在桥梁高度较高时, 通常采用大尺寸的矩形重力式实体墩、矩形空心墩、肋板式桥台。在设计方面, 亦需要针对具体的地形和美观性要求来合理地选择桥墩台型式。

1.桥墩台的合理设计

山区公路中小桥梁设计过程中, 对桥墩身高度小于20m的桥梁采用柱式桥墩 (桥梁为旱桥时可采用矩形柱式墩, 桥梁跨越河流时可采用圆形柱式墩) , 柱高 (不含盖梁高) 在7m以上的中小桥, 需在地面或常水位线以上设置横系梁;当墩身高度大于16m时, 在墩身中部增设一道系梁。上部采用连续箱梁结构, 下部采用无盖梁柱式桥墩, 墩高≥7m时, 在墩顶加一道横系梁, 墩高≥16m时, 在墩身中部增设一道横系梁。对桥墩高度大于20m的桥梁宜采用大尺寸的矩形空心或实体桥墩。全桥的墩柱形式、规格除特殊要求外尽可能保持一致。但桩柱配筋应根据墩柱高度、支座的型式经设计分析确定。尤其是结构型式和墩柱高度变化较大的桥, 原则上不得为设计简便全桥各墩柱采用相同配筋。同时山区中小桥梁设计时, 应结合现场的自然地理条件, 水文地质情况选择合理的墩台构造, 特别是山区时有山洪泥石流发生, 应充分考虑桥梁墩台的抗泥石流的冲击能力, 针对此类情况, 可选择抗冲能力较强的重力式实体墩台, 且设置必要的防冲设施。

(三) 桥梁的基础设计

山区中小桥的基础根据具体的构造可以划分成多种形式, 其中, 主要包括了钻 (挖) 孔桩基础以及明挖扩大基础等等。其中, 在山区中小桥梁工程项目中可以选择使用某一种结构, 也可以根据具体需求将多种类型进行结合。现阶段, 大部分山区的中小桥梁建设, 特别是在基础设计方面, 桩基础的应用最为普遍。地质情况下伏岩层时, 采用嵌岩桩, 若地质条件不理想或岩层覆盖层过深时, 也可以综合考量具体的情况来使用摩擦桩[6]。若地质条件相对理想, 岩层上覆盖层较潜时, 就可以采用明挖扩大基础的方式。而在设计扩大基础的过程中, 如果地面横坡比相对较大, 亦或是地质变化的情况相对复杂, 通常可以采取错台的方式进行设计。但同时要仔细考虑开挖量的控制, 避免大开挖对山体边坡的稳定性造成不利影响, 且破坏自然生态环境。另外, 要想在斜坡位置设计扩大基础或者桩基础, 一定要对自然地理条件, 地面山体走势与地质覆盖层厚度进行考虑, 采取具有针对性的防护措施。

结束语:

综上所述, 山区桥梁建设的难度很大, 所以, 在设计的过程中, 不仅要考虑山区地形特点, 同时, 还应当始终遵循相关原则, 对桥梁结构设计的要点予以深入了解和掌握, 有效提高桥梁质量。

摘要：中小跨径桥梁是山区道路建设中最为常见的类型, 而要想保证桥梁建设的质量, 最关键的就是要具备科学合理的设计方案。为此, 文章综合考量山区中小跨径桥梁的建设需求, 重点阐述了设计的要点, 以供参考。

关键词：山区,中小跨径桥梁,设计要点,研究

参考文献

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[4]陈晓兰.浅析山区中小跨径桥梁设计要点[J].四川水泥, 2016 (3) :101.

[5]胥正良.山区中小跨径桥梁设计要点解析[J].城市建筑, 2015 (26) :250-250.

中小跨径桥梁适应性评定量化方法篇5

随着我国在经济和社会领域的长足进步, 公路交通事业也得到了快速发展, 其在推动国民经济增长方面也扮演着越来越重要的角色。公路桥梁作为公路交通运输的咽喉, 其良好的运营状态对保障公路的正常安全通行、提高公路交通的运营效益具有非常重要的作用, 因此备受社会各界关注。

2 中小跨径桥梁适应性评定

近年来, 河北省交通运输事业发展迅猛, 公路客运量和路线交通量高速增长, 超重、超载车辆占据较大比重, 各条高速现实的通行荷载已与原设计荷载有较大差异。加之桥梁随着在役使用年限的增加, 会产生不同程度的使用性能衰减。图1反映了桥梁结构性能随时间的衰减趋势[1]。

由此可见, 在桥梁使用过程中的某个最佳时机, 进行若干预防性养护措施干预, 桥梁状态将一直保持在较高水平, 较好的延长桥梁使用寿命, 降低了成本与投入。因此, 及时对桥梁进行周期性的适应性评定, 以判明在原有设计标准下的桥梁能否满足现实的通行荷载、抗洪能力等要求, 是首当其冲要解决的问题。

中小跨径桥梁是指单孔跨径小于40m的中桥、小桥与涵洞。该类桥梁广泛应用于平原地区的高速公路路网建设, 因此具有较强的研究价值。且相较于结构复杂, 涉及影响因素较广的大桥、特大桥, 中小跨径桥梁结构及受力相对简单, 但由于数量庞大, 迫切需要一种简单明、确操作性强的适应性评定量化方法。

3 中小跨径桥梁适应性评定量化

《公路桥涵养护规范》 (JTGH11-2004) [2]中将桥梁评定分为一般评定和适应性评定, 而“桥梁适应性评定包括以下内容:依据桥梁定期及特殊检查资料, 结合试验与结构受力分析, 评定桥梁的实际承载能力、通行能力、抗洪能力, 提出桥梁养护、改造方案”。具体到养护规范的条文分析中, 适应性评价多按照整条路线统一安排, 通过评价得到桥梁适应程度的百分比, 从而一定程度地为公路改建决策提供基础资料。除此之外, 国内现行规范中缺少对于桥梁适应性评定的具体量化标准。

综上所述, 本文将从桥涵养护规范中桥梁适应性评定涉及到的承载能力、通行能力、抗洪能力三方面入手, 从而对桥梁的适应性评定进行一个简明直观的量化结果。

3.1 桥梁承载能力评定标度

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/T J21-2011) , 影响桥梁承载能力的材质状况与状态参数主要有7方面, 分别是:混凝土表观缺损;钢筋锈蚀电位;混凝土电阻率;混凝土碳化深度;混凝土保护层厚度;氯离子含量;混凝土强度状况。

在桥梁现状检查的基础上, 依据桥梁材质状况检测结果、荷载调查分析情况等, 引入承载能力检算系数Z1、配筋混凝土结构的截面折减系数ξc、钢筋的截面折减系数ξs、承载能力恶化系数ξe以及活载影响修正系数, 并将其反映在下列结构抗力表达式中, 然后借助桥梁结构设计或竣工资料, 通过结构检算分析, 进行荷载效应与抗力效应的比较, 对桥梁承载能力进行检算评定。

当公式成立时, 即荷载效应小于等于抗力效应, 则认为桥梁承载能力满足要求;当公式不成立时, 即荷载效应大于抗力效应, 则认为桥梁承载能力不满足要求[3]。为将桥梁承载力进行数值量化, 我们取作用效应与抗力效应的比值作为推荐桥梁承载能力评定的量化标准 (见表1) 。

注:对于作用效应与抗力效应比值在0.6至1.2之间, 采用区间线性内插, 求得评定标度值。

3.2 桥梁通行能力评定标度

根据当前的交通形势及发展趋势, 同时考虑与国际接轨的需要, 在高速公路实测交通量的统计计算中, 将涵盖小客车与小货车的“小客车”定为各级公路设计交通量换算的标准车型[4,5]。其他各汽车代表车型折算系数如表2所示。

具体高速公路年平均日交通量, 应按照单向单车道的设计小时交通量考虑, 其值按下面公式计算:

式中, AA, D, T为预测年平均日交通量;CD为每车道的设计通行能力;N为单向车道数;D为方向分布系数, 根据公路所在位置和功能, D值范围为50/50~40/60;亦可根据当地的交通量观测资料作适当调整;K为设计小时交通量系数, 根据公路所在位置、地区经济、气候特点等确定, K值范围:近郊公路0.085~0.11;公路0.12~0.15, 亦可根据当地的交通量观测资料确定。

在此, 我们将桥梁实测交通量与设计交通量的比值作为评定桥梁通行能力的量化标准, 同时, 在具体标度值界限划分时参考《公路工程技术标准》 (JTGB01—2003) 中“高速公路服务水平分级”。具体推荐桥梁通行能力评定标度见表3。

注:对于实测交通量与设计交通量比值在0.76~1.12之间, 采用线性内插, 求得评定标度值。

3.3桥梁抗洪能力评定标度

按照《公路桥涵养护规范》 (JTGH11—2004) 规定, 桥梁抗洪能力评定一般每3~6年进行一次。如遇设计洪水或超过设计的更大洪水, 宜结合水毁调查, 于当年进行一次抗洪能力评定。对经常受洪水威胁的山区公路桥梁宜每年进行一次抗洪能力评定。

根据桥长及孔径大小、桥 (孔) 位置、桥下净空、基础埋深、墩台病害等情况, 将公路桥梁的抗洪能力划分为“强、可、弱、差”四个等级, 同时可直接对应桥梁抗洪能力评定标度值为“1、2、3、4”。

3.4 桥梁适应性评定量化标准

桥梁适应性量化评定主要涉及桥梁承载能力、通行能力和抗洪能力共三方面内容。这其中, 以桥梁的承载能力作为桥梁适应性评定的主导指标, 而桥梁通行能力由于受限于高速公路整体通行能力的桎梏, 因此在单独桥梁的适应性评定中所占的权重值相对较低[6]。根据我院多年来的实地桥梁监测及维修加固经验, 并结合多位专家的评审意见, 确定桥梁适应性评定的推荐权重值如表4。

按照推荐的监测指标权重值, 进行桥梁承载能力、通行能力及抗洪能力的加权求和, 并将求和结果进行下式计算。

式中, E为桥梁承载能力、通行能力、抗洪能力加权求和结果;S为桥梁适应性评定结果。

这里, 我们引入桥梁“安全适用度”的概念, 作为桥梁适应性评定的标度值, 同时将桥梁的适应性分为“良好”、“较好”、“一般”及“较差”四个等级。推荐桥梁适应性评定标准如表5所示。

藉此, 可以对桥梁的整体适应性做出合理准确的量化性评定, 使得桥梁工程师可以对桥梁的整体性能、安全及耐久性拥有更加直观的了解和认识。

4 工程实例

槐河大桥 (见图2) 位于河北省石家庄-磁县 (冀豫界) 公路 (即京港澳高速公路石家庄-安阳段) , 桥梁中心桩号为K322+547.954, 跨越槐河, 原设计上部结构跨径组合25-20m, 交角105°。其上部结构采用25m×20m预应力空心板, 结构简支, 桥面连续 (五孔一联) ;下部采用桩柱式台、柱式墩、桩基础。桥梁设计荷载标准为汽车-超20级, 挂车-120。

4.1 承载能力评定

桥梁外业调查评定整体技术状况等级为二类桥。具体病害为:右幅共有11块板外侧腹板在墩顶处均存在斜缝L=0.5~0.8m, W=0.05~0.2mm, 12处盖梁及挡块混凝土剥落露筋, 伸缩缝存在堵塞及橡胶止水带破损, 其中5#伸缩缝钢梁断裂、变形;左幅共有2块板在墩处存在斜缝L=0.5m, W=0.1mm, 12处盖梁挡块混凝土剥落露筋, 17道铰缝存在渗水碱蚀及砂浆脱落。

随后进行桥梁详细检测, 评定结果见表6。

在桥梁现状检查的基础上, 依据桥梁结构材质状况检测结果、结构固有模态参数测定以及荷载调查分析情况等, 确定影响桥梁承载力系数见表7。

在此基础上, 借助桥梁结构设计资料, 通过结构验算分析, 进行荷载效应和抗力效应的比较, 对桥梁承载能力做出评定见表8。

按照最新04规范, 则槐河大桥该部件效应作用与抗力作用比值为0.941, 由表1线性内插可得, 槐河大桥承载能力评定标度值为2.76。

4.2 通行能力评定

石家庄至磁县 (冀豫界) 段是京港澳高速公路河北段的重要组成部分, 是全国最繁忙的交通要道之一。这里我们统计了2010年1~6月的公路车流量。

据前述桥梁通行能力评定方法, 计算高速公路年平均日交通量。取方向分布系数D为0.85, 设计小时交通量系数为0.13, 由此可得石安高速代表路段的设计交通量。

由表9统计出2010年1~6月京港澳高速公路石家庄至磁县 (冀豫界) 段公路车流量, 换算出平均日实测交通量。按照桥梁通行能力评定方法, 对比实测交通量与设计交通量, 得出该观测点附近路段2010年1月~6月的通行能力评定标度值见表10。

由表中数据, 取平均值作为京港澳高速公路石家庄至磁县 (冀豫界) 通行能力标度。可得该路段通行能力标度值为2.72。

4.3 抗洪能力评定

槐河是子牙河流域滏西主要支流之一, 总流域面积978km2。京港澳高速公路在高邑县里村东跨越槐河, 交叉断面以上流域面积751km2。现有石安高速公路槐河大桥, 全长500m, 跨越左右堤处梁底板高程均为48.45m。大桥轴线与槐河水流夹角为105°, 桥墩为圆柱型, 直径1.5m, 桥面宽度26m, 大桥左右桥头分别位于左右堤之外。

防洪安全分析主要包括:桥梁的防洪标准是否满足国家标准, 桥梁梁底设计高程是否满足防洪要求, 桥梁埋置深度是否满足河道冲刷的要求等内容。根据《公路工程水文勘测设计规范》 (JTGC30-2002) 、《铁路工程水文勘测设计规范》 (TB10017-99) 及《水力计算手册》中的相关要求, 得出槐河大桥桥梁抗洪技术指标见表11。

由此可知, 槐河大桥桥梁设计梁底高程低于允许最低梁底板高程, 不满足防洪要求, 这是影响桥梁抗洪能力的最主要因素。

其他影响桥梁抗洪能力的因素中, 该桥梁与槐河交角为105°, 满足河北省防洪评价关于跨河建筑物与一般河道交角要求;槐河大桥桥梁长度500m, 交叉断面河道宽度480m, 桥梁长度大于河宽, 路基不压缩河道断面;河道范围内布置24个桥墩, 直径1.3m, 占据河道行洪断面宽度的6%, 桥墩挤占过水面积, 导致流速略有增大, 对河槽稳定将产生一定影响。

综上所述, 根据桥梁抗洪技术状况, 结合前述桥梁抗洪能力评定方法, 槐河大桥的抗洪能力评定标度值为3。

4.4 桥梁适应性评定

石安高速公路K322+550槐河大桥的桥梁承载能力、通行能力及抗洪能力评定标度值结果, 汇总见表12。

由此, 得桥梁适应性加权求和E=2.76×0.55+2.72×0.20+3×0.25=2.81。则桥梁适应性评定结果S= (5-2.81) ×25%=0.55, 桥梁的“安全使用度“为”一般”。

5 小结

分析可知, 本项工程实例中采取的适应性评定量化方法较为准确的反应了桥梁整体状况。同时, 该方法也给予了桥梁现有承载能力、通行能力以及抗洪能力一个合适的定位。综上所述, 这套桥梁适应性评定的量化方法具有应用价值, 可以进行工程推广。

本文结合多位专家意见及河北交通规划设计院多年来的工程实际经验, 对高速公路中小跨径桥梁的承载能力、通行能力和抗洪能力进行了数值量化, 在此基础上, 进一步提出了桥梁“安全适应度”的概念。该方法旨在提供一种思路, 使桥梁适应性评定结果更加具体直观、简单明了, 为公路桥梁的养护、改建提供可靠资料。

参考文献

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[5]禹智涛, 韩大建.既有桥梁可靠性的综合评估方法[J].中南公路工程, 2003 (3) :8-12.

中小跨径混凝土桥梁篇6

关键词：中小跨径,病害,加固,梁桥,双曲拱桥

辽宁省公路网密度大, 桥梁数量众多。辽宁省县以上普通公路共有桥梁11 659座, 32.1万延长米。其中三至五类桥梁共有769座, 约4万延长米。其中钢筋混凝土简支板、梁桥病危桥梁498座, 2万延长米, 占公路病害桥梁的50%;拱桥 (双曲拱、石拱桥) 病危桥梁168座, 0.9万延长米, 占公路病害桥梁的22.5%。辽宁省受地处沿海与寒冷气候的双重不利环境的影响, 加之近年来交通量的不断增加, 车辆超载严重, 桥梁改造任务十分繁重。因此非常有必要对中小跨径实心板梁桥、空心板梁桥、T形梁桥、石拱桥、双曲拱桥等五种典型桥梁的病害情况、成因分析、维修加固技术进行分析研究, 本文在此介绍部分研究成果, 希望起到抛砖引玉的作用。

1 实心板梁桥的病害及加固分析

1.1 实心板梁桥的病害特点

调查和检测发现辽宁省公路中小跨径实心钢筋混凝土板梁桥上部桥跨结构的主要病害有:

1) 板底出现纵向裂缝。实心板梁桥板底面出现纵向裂缝带有一定的普遍性。辽宁省干线公路大量采用跨径为6 m和8 m的整体浇筑钢筋混凝土实心板, 调查发现早期修建的实心板有纵向裂缝, 2003年刚竣工的实心板桥也有纵向裂缝。纵向裂缝的数量一般为2条~3条, 第1条纵缝一般距板边缘2.5 m~3.1 m左右, 第2条纵缝一般位于横桥向中央, 纵向裂缝长度为L/4~3L/4 (L为桥梁跨径) , 裂缝宽度为0.5 mm~1.5 mm。

2) 混凝土保护层厚度过小。由于现场施工质量控制不严, 混凝土保护层厚度普遍偏小, 个别位置钢筋外露。

3) 混凝土密实性差, 发现多处板底有渗水痕迹, 混凝土碳化严重。多处实测碳化深度已超过或接近混凝土保护层厚度, 部分桥梁已发现钢筋锈蚀痕迹。

1.2 实心板梁桥维修加固分析

从理论上分析, 实心板梁桥板底出现的纵向裂缝, 削弱了板的整体工作性能, 使板的纵向弯矩增加, 纵向弯矩增加的幅度与纵向裂缝的数量有关。空间有限元分析表明, 对于最常出现1条~2条纵向裂缝的情况, 纵向弯矩增加的幅度为10%左右。但是, 在实际工程中很少发现小跨径实心板梁桥因纵向抗弯承载力不足而出现横向弯曲裂缝的情况, 即使是出现2条~3条严重纵向裂缝的情况, 也没有发现横向弯曲裂缝, 这说明小跨径实心板梁桥具有较大的纵向抗弯承载潜力。分析认为这主要是桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作的结果。众所周知, 以往的大多数设计均不考虑桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作。但是在实际工程中桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作是客观存在的事实。考虑桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作, 梁的有效高度增加, 使纵向抗弯承载力提高。小跨径实心板梁桥板厚较小, 考虑桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作后, 梁的有效高度增加的相对值较大, 纵向抗弯承载力提高的幅度大。综合考虑纵向裂缝使纵向弯矩增加和考虑桥面铺装层混凝土参与板梁共同工作使纵向抗弯承载力提高的双重影响, 分析认为在加固设计时可不考虑板底纵向裂缝对桥梁纵向抗弯承载力的影响。板底出现的纵向裂缝对结构的主要危害是会加速混凝土碳化和有害介质的侵入, 促进钢筋的腐蚀, 影响结构耐久性。辽宁省公路现有中小跨径钢筋混凝土板梁桥上部桥跨结构的加固性质属于耐久性加固。加固设计的基本思路是:修补裂缝, 防止裂缝进一步扩展;增加混凝土保护层厚度 (或其他表面保护材料) , 提高结构抗混凝土碳化和有害介质侵蚀的能力, 增强结构的耐久性。

2 空心板梁桥的病害及维修加固技术

2.1 空心板病害特点

1) 空心板裂缝。空心板底板有纵向及横向裂缝, 裂缝宽度一般在0.1 mm~0.25 mm, 部分空心板腹板出现斜向裂缝, 较大地削弱了空心板的斜截面抗剪承载力。

2) 空心板单板受力。空心板铰缝砂浆脱落, 沿桥面出现对应铰缝的纵向裂缝, 导致空心板单板受力过大。

3) 空心板局部破损露筋。部分空心板翼缘或腹板出现混凝土酥松脱落, 钢筋外露现象;边板容易出现该类病害, 其原因主要是由于边板受到雨水的长时间侵蚀, 造成钢筋锈蚀胀裂, 混凝土脱落。

2.2 空心板梁桥维修加固技术

1) 板底纵向及横向裂缝, 如果属于钢筋锈胀裂缝, 可进行局部加固, 若是受力裂缝应在封闭裂缝的同时加强板的纵横向刚度, 提高受拉区承载能力, 如粘贴FRP或钢板。腹板出现斜向裂缝, 可采用加大腹板厚度以提高斜截面抗剪承载力。

2) 空心板出现单板受力过大现象, 采用将原空心板之间的铰缝由铰接改为刚性连接, 以加强空心板之间力的横向分配能力。

3) 空心板受压区混凝土截面不足:主要由于原施工过程内模上浮所造成的截面不足。一般采取凿去顶板混凝土, 增加原顶板混凝土截面高度, 将顶层现浇混凝土与相邻板联结成整体, 改善板铰缝工作, 同时增加压区混凝土的承载能力。

4) 加强桥面防水及边板耐久性混凝土的防腐处理。桥面水渗入空心板内, 经冻胀极易形成混凝土破坏, 应在桥梁养护时放出空心板内积水, 在有条件时对泄水构造进行改造。对于桥面经常性渗水造成边板混凝土腐蚀、剥皮、露筋现象, 可对边板进行喷涂耐久性防腐涂料。

3 T形梁桥病害分析及加固技术

3.1 T形梁桥病害特点

1) T形梁之间铰缝渗水:其特征在T形梁翼缘联结部位混凝土渗水, 对于无中横隔梁的梁桥, 在铰缝两侧对称出现两条纵缝, 沿纵缝渗水, 呈现白色浆痕。

2) T形梁出现裂缝:在跨中附近沿腹板出现大量竖向裂缝, 在支点附近出现斜向裂缝, 部分裂缝超限。

3) 横隔板破损、露筋等:T形梁横隔梁横向联结部分采用焊接钢板联结, 由于施工时预制T梁与安装上的偏差, 钢板的几何位置并不在同一平面内, 部分偏差较大, 这样在荷载的作用下, 容易导致横隔板出现破损等病害。

3.2 T形梁桥加固技术

1) T形梁承载能力加固, 可根据实际受力采用粘贴纤维布、钢板等加固;也可考虑采用简支结构变为连续结构等加固方法。

2) 横隔梁维修加固, 将原横隔梁焊接钢板拆除, 改为湿接缝联结;横隔梁凿去的混凝土宽度应与翼缘凿去的混凝土宽度相同, 顺桥向的偏差在湿接缝范围内进行调整, 如原来未设置横隔梁的, 应在跨中和四分点分别增加横隔梁, 以提高结构的横向刚度, 改善结构的整体工作性能。

3) 铰缝维修加固时, 应将T梁间的联结由铰接改为刚性连接, 中间处一定范围内的翼缘混凝土凿除, 凿去宽度宜控制在弯矩零点以外, 并适当增加富余量;重新浇筑混凝土, 刚接混凝土用钢筋与翼缘上下主筋焊接, 并附加适当环状箍筋, 提高刚接缝的抗剪能力。

4 石拱桥病害及加固技术

4.1 石拱桥常见病害

主拱圈纵向开裂, 伴之侧墙与人行道外倾, 最终拱圈横向失稳。主拱圈拱顶附近横向开裂;当横缝仅为一条时, 主拱圈尚处在三铰拱状态;当贯通横缝超过一条时, 拱圈将处在不稳定状态, 应引起注意。拱圈砌石局部塌落, 局部拱圈砌块松动, 拱圈截面削弱。拱圈严重渗水, 砌缝中水结成冰柱。

4.2 石拱桥加固技术

1) 石拱桥施工过程中由于拱圈砌石不错缝, 砂浆不饱满, 砌体强度较低, 很容易导致主拱圈拱腹出现纵、横向裂缝;加固方法采用在主拱圈拱腹由下至上钻孔植入锚杆并加挂钢筋网并喷射纤维混凝土。

2) 桥面排水不畅, 拱圈内泄水孔失效, 桥面出现凹陷等病害, 应采用更换拱上填料进行处理。

3) 侧墙外倾或侧墙与拱圈脱离形成侧面纵向贯通裂缝, 应采取拆除侧墙并重新进行砌筑。

4) 腹拱墩砌体劈裂时, 应采用拆除劈裂部分砌体或在腹拱墩进行外包混凝土加固。

5 双曲拱桥病害及加固技术

5.1 双曲拱桥常见病害

拱波跨中纵向贯通性裂缝, 常伴有渗水;拱肋底部混凝土空鼓剥落, 主筋外露;边拱肋侧面顺筋裂缝;腹拱L/4, L/2位置横向贯通竖向裂缝;腹拱拱顶碎裂;拱上横墙断裂;拱肋间横向拉杆丢失。

5.2 双曲拱桥病害特点

双曲拱桥防水构造一般容易失效, 同时双曲拱有多个单元组装, 因此连结部位容易渗水, 钢筋锈蚀严重, 常造成结构组合效应降低, 混凝土剥落, 钢筋锈蚀。

1) 双曲拱拱肋裂缝:拱顶一般为正弯矩受拉裂缝, 裂缝上窄下宽, 肋底竖向裂缝开展严重可达拱肋全高。拱脚为负弯矩受拉裂缝, 裂缝上宽下窄。装配式拱助, 钢接头处常常开焊造成拱圈下沉。

2) 拱波纵向裂缝:常伴有渗水网状龟裂。拱波与拱肋连结破坏, 拱肋与拱波连结错台, 在拱肋刚度较差时拱肋变形, 上述拱波拱的作用消失, 纵缝病害尤为明显。

3) 腹拱圈:腹拱圈在L/2, L/4~3L/4之间常见横向贯通裂缝, 形成多铰腹拱的不稳定状态。腹拱变形, 与主拱圈、立墙的变形有关。当立墙刚度较差时, 形成腹拱墩位移, 腹拱出现横向贯通裂缝。

4) 桥面:拱上填料不密实, 特别在拱上填料渗水, 冬天冻胀及拱圈受温度影响变形时, 在双曲拱上桥面常出现铺装下沉与凸起, 立墙侧向位移等破坏。

5.3 双曲拱桥病害维修加固技术

1) 主拱肋:当拱顶强度不足时, 宜增加护拱的厚度, 或改轻拱顶填料, 当拱脚强度不足时, 宜增加拱上填料;以及考虑拱上建筑与主拱的联合受力特点等等。当这些有利潜力都考虑后, 尚感不足时考虑加大拱肋混凝土截面或粘贴FRP布。

2) 腹拱圈:出现三铰拱时其受力尚属正常, 当存在多条横向竖直裂缝时应判别腹拱拱圈承载能力是否有问题, 一般情况常伴有腹拱墩倾斜位移或劈裂。一般宜在腹拱墩之间设预应力拉杆, 或加固立墙、对破损严重的腹拱应予更换。

3) 拱波:一般是常见拱波顶纵向开裂。当拱波与拱肋基本连接成整体时, 拱波由于纵横向还是拱的受力状态, 拱波虽然纵向开裂但基本尚能维持, 但拱波渗水, 混凝土局部网裂, 应及时进行加固, 如采用喷射混凝土。

4) 拱上填料:由于桥面渗水、拱上填料在冬季冻胀造成填料松散、为防止回填料压实困难, 拱上填料采用贫混凝土, 桥面采用刚性桥面加铺沥青面层。

5) 横系梁:横系梁改横隔板, 在拱顶与拱脚, 以及立墙部位增设横隔板, 并在拱脚部位加大横隔梁宽度。

6) 完善桥面排水, 加强沥青面层与桥面之间防水。

6 结语

本文对中小跨径实心板梁桥、空心板梁桥、T形梁桥、石拱桥、双曲拱桥等五种典型桥梁的病害情况及特点进行了详细的介绍, 并提出了相应的维修加固技术, 可为广大桥梁检测与加固工程技术人员提供丰富的参考资料, 希望起到抛砖引玉的作用。

桥梁检测与维修加固是一项非常复杂的工作, 对不同的工程有着不尽相同的处理方法;应针对具体桥梁病害, 进行具体分析, 因地适宜处理, 才能达到应有的效果。

参考文献

[1]翁昌年, 张冠华.桥梁加固新技术、新工艺研究[Z].沈阳:辽宁大通公路工程有限公司, 2004.

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[3]刘国金.T梁桥病害及维修加固技术[J].山西建筑, 2008, 34 (26) :306-307.

[4]刘国金.双曲拱桥主要病害类型及维修加固技术[J].北方交通, 2009 (sup) :27-28.

[5]蒙云.桥梁加固与改造[M].重庆:重庆大学出版社, 1999.

中小跨径混凝土桥梁篇7

众所周知, 桥梁基础的设计取决于桥梁墩台传递的荷载、地质状况、水文及施工条件等因素, 设计者应合理选择基础型式, 恰当确定各部尺寸, 在满足使用功能的前提下, 应尽可能降低工程造价。

桩式基础因其具有适用地质条件广、强度高、沉降量小等优点, 得到了设计者广泛采用。随着科学研究及工程实践的逐步深入, 桩的类型日益丰富, 有关桩的理论亦日趋完善, 这为桩基础的安全性及经济性提供了有力保障。

秦皇岛市位于燕山东麓、渤海之滨, 地貌单位为冲积平原, 上覆地层多为第四系松散堆积物, 下覆地层为风化岩层, 深度一般在10-25m不等, 上覆地层多由杂填土、亚粘土、粘性土、粉细砂、中粗砂、砂砾等几层构成, 多数桥址缺少浅基础的理想持力层, 故桩式基础得到了广泛应用。以往设计我们以钻孔灌注桩为主, 近年从各方反馈的信息看, 钻孔灌注桩虽具有高强度、低沉降等优点, 但其施工周期长, 且不易控制成孔, 一旦发生坍孔事故, 不仅增加混凝土用量, 而且也难以达到设计强度要求。近年来, 该市在工业与民用建筑结构中大量采用了打入桩式基础, 该种基础具有强度高、施工周期短、施工方便等优点。本着节省工期、降低造价的原则, 我们在设计中将钻孔灌注桩基础与打入桩基础做出技术经济比较, 选择较经济的型式为设计采用。

1 钻孔灌注桩与打入桩的比较分析

依据《公路桥涵地基与基础设计规范》, 两种桩基础按摩擦桩计算的容许承载力都由桩侧土极限摩阻力和桩尖土极限承载力两部分组成, 只是在桩侧土极限摩阻力的计算上前者采用了各土层的平均摩阻力, 而后者采用了各具体土层的摩阻力之和。它们的单桩轴向受压容许承载力[P]分别为:

①钻孔灌注桩:[P]=1/2 (ulτp+AσR)

式中:u———桩的周长;

l———桩在局部冲刷线以下的有效长度;

A———桩底横截面面积;

τp———桩壁土的平均极限摩阻力;

σR———桩尖处土的极限承载力。

②打入桩:[P]=1/2 (uΣαiliτi+αAσR)

式中:u———桩的周长;

li———承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度;

τi———与l对应的各土层与桩壁的极限摩阻力;

αi、α———分别为震动沉桩对各土层桩周摩擦力和桩底承压力的影响系数, 对于锤击沉桩其值均取为1.0;

σR———桩尖处土的极限承载力。

从《公路桥涵地基与基础设计规范》中建议的取值及工程勘察部门所提供的地勘资料来看, 两种基础类型的极限侧摩阻力τp、τi相近, 而桩尖极限承载力却有明显差别, 后者明显高于前者。如果从组合体积角度分析预制桩, 因其桩身断面小, 不仅具有增大表面积的优势, 而且相同的断面积又提供了大于前者的承载力, 也就是说数量相同的材料采用预制桩基础承载力明显高于钻孔桩基础, 但仅从这个角度分析是不全面的, 还必须看到由于打入桩采用的桩数较多, 增加了承台面积, 从而提高基础造价, 同时场外预制、运输、打桩等工序也提高了打入桩基础造价。综上分析, 两种基础的合理选择需通过技术上、经济上的全面比较, 方能取得适用结论, 以下是我们依据具体工程所做的详细比较。

秦皇岛市民族路护城河桥桥址地貌单元属冲积平原与剥蚀平原的交接部位, 该地层主要由杂填土、粉土、粉质粘土、中粗砂、花岗片麻岩强风化层组成, 第三层及以下各层地质条件良好, 第五层为钻孔灌注桩的桩端持力层, 深度大约在20m。

全桥长26m, 宽36+2×3.2m, 上部采用2×13m连续板结构, 承台底面以上的荷载全部由基桩承受, 根据承载力计算, 两种桩基础所用工程量比较如表1所示。

从表1可以看出, 采用打入桩基础从经济角度优于钻孔灌注桩, 可节约工程造价22.05%, 实际节约工期约30天。此工程我们按打入桩设计, 从施工单位反馈回的信息看, 效果良好。

下面就基岩埋置较浅的该市港城大街新开河桥梁工程再做一下分析比较。此桥桥址地貌单元属山前冲积平原, 该地层主要由杂填土与第四系全新统山前冲积层及古老的强风化花岗片麻岩组成, 基岩埋深约12m。全桥长117m, 净宽14+2×1.5m, 上部采用9×13m简支板连续桥面结构, 按承载力计算, 采用两种桩基础形式经济比较如表2所示。

从表2可以看出, 采用钻孔灌注桩合理, 可节约工程造价26.42%, 故设计选用钻孔灌注桩基础。

通过以上桥梁桩基础型式比较, 我们认为在中小跨径桥梁设计中, 基岩埋置深度是影响基础选型的重要因素。基岩埋置较浅的情况下, 由于桩穿越土层厚度小, 土层所提供的侧摩阻力低而难以达到设计承载力, 为满足设计要求, 桩尖可能需要穿越强风化岩抵达中等风化岩石 (或弱风化岩层) , 此时由于桩尖岩石强度高, 沉降量微小, 各土层摩阻力作用减小, 而桩的性质也将由摩擦桩向柱桩转化, 桩尖承载力也将有较大提高, 此种情况下, 采用钻孔桩基础较为合理;若基岩埋置较深 (>25m) , 则采用打入桩基础更为经济。

以上分析针对的是地勘资料, 桥梁桩基础设计仍需根据上部结构型式、荷载性质、桩的使用功能、地下水位、施工设备、环境及施工经验条件等进行综合考虑。在进行桩基础设计时, 应力要做到合理、安全、和经济。从安全角度出发, 桩基础应有足够的强度、刚度和耐久性。与此同时, 采用的施工方法也应满足施工现场的环境要求。

桥梁桩基础的一般设计内容和步骤如下:

(1) 进行调查研究, 场地勘察, 收集有关设计资料;

(2) 综合地质勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定持力层;

③确定桩的类型、外型尺寸和构造;

④确定单桩承载力特征值;

⑤根据上部结构荷载情况, 初拟桩的数量和平面布置;

⑥根据桩平面布置, 初拟承台尺寸及承台底标高;

⑦单桩承载力验算;

⑧验算桩基的沉将量;

(9) 绘制桩和承台的结构及施工详图。

2 结束语

综上所述, 选用合理的桩基础形式, 对于保证安全、方便施工、降低成本都起着十分重要的作用。专业设计人员应认真分析勘察报告, 综合考虑选择最合理的桥梁桩基础方案。