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桥梁论文

*************学院毕业论文

桥梁下部结构事故分析及防治措施的研究

StudyonAccidentAnalysisandPreventionMeasuresofBridgeSubstructure

2010届土木工程系

专业土木工程

学号********

学生姓名*****

指导教师******

******

完成日期2010年6月1日

摘要

桥梁下部结构病害问题是影响桥梁施工及使用的关键问题，本课题对桥梁基础的常见施工问题及病害进行了分析并对相应处理措施进行了研究。

本文对桥梁基础冲刷问题的成因及如何防御治理进行了分析。

提出了综合治理，永久防护的措施。

对桩基础常见问题、断桩处理、冲击钻孔桩施工步骤及相应问题的处理进行了分析。

桩基工程开工前应做好各项准备工作，认真审查地质勘探资料和设计文件。

施工过程抓好关键工序的质量关，是防止质量事故发生的行之有效的措施。

针对岩溶地段施工问题，本文对其常见的问题给出了相应处理措施。

岩溶地段工程复杂，病害类型也是多种多样，整治方案必须因地制宜，根据工程具体情况决定，才能保证工程的可行性。

桥梁墩台会受到不稳定边坡的影响，重视地质勘察与测绘工作，制定合理的施工程序和方法，减少对坡体的扰动和病害的产生，才能确保边坡的稳定。

本文查阅了桩基础常见病害及施工工艺，岩溶地段基础施工问题，对相应问题进行了分析得出桥梁病害的治理工作复杂多样，必须在掌握相关处理措施的前提下根据工程病害实际情况采取科学措施，统筹兼顾，综合治理才能达到理想效果。

关键词：

桥梁基础墩台病害防治措施

Abstract

Bridgesubstructurediseaseproblemsaffectingbridgeconstructionandusedofkeyissues,theissuescommontotheconstructionofbridgefoundationproblemsanddiseasewereanalyzedandtheappropriatetreatmentmeasureswerestudied.

Inthispaper,thecausesofbridgefoundationscourproblemsandhowtodefendtreatmentwereanalyzed.Proposeacomprehensive,permanentprotectionmeasures.

FrequentlyAskedQuestionsonthepile,brokenpile,boredpileconstructionprocedureandtheimpactoftheissueoftreatmentforacorrespondinganalysis.Foundationstomakepreparationsbeforestartingwork,carefullyreviewtheinformationongeologicalexploration,anddesigndocuments.Graspthekeyconstructionprocessquality,qualityofaccidenttopreventeffectivemeasures.

Karstlotsforconstruction,thispaperquestionsitscorrespondedcommontreatmentmeasures.Karstsiteswascomplicatedtypesofdiseaseswerevaried,remediationprogramsmustbeaccordingtolocalconditions,accordedtoprojectspecificdecisionstoensureprojectfeasibility.

Bridgepierwouldbetheimpactofslopeinstability,attentiontogeologicalexplorationandmappedwork,establishreasonableproceduresandmethodsofconstruction,reducedtheslopeofthedisturbancesanddiseasesoftheproduction,toensureslopestability.

Thisarticlereviewedthebasisofcommondiseasesandpileconstructiontechnology,karstsitefoundationconstructionproblem,thecorrespondingissuesofgovernancecometothebridgecomplexanddiversediseasesmusthaverelevanttreatmentmeasuresofdiseaseunderthepremiseoftheactualsituationundertheprojecttotakescientificmeasures,integrateandcomprehensiveapproachtoachievethedesiredeffect.

Keywords：

bridgebaseddiseasepreventiontreatmentmeasures.

目录

第1章绪论1

1.1课题研究的目的意义1

1.2国内外研究现状1

1.3主要研究内容4

第2章桥梁基础冲刷悬空病害成因分析与防治5

2.1桥梁基础类型简介5

2.1.1大直径钢管桩、柱5

2.1.2大直径钻孔灌注桩5

2.1.3沉井6

2.1.4复合基础6

2.2概述6

2.3桥梁基础病害7

2.4病害成因7

2.5桥梁基础的防治8

2.6小结9

第3章桩基础常见事故的发生及处理10

3.1桩基础常见事故10

3.1.1桩基础常见事故的发生及处理10

3.1.2孔口高程及钻孔深度的误差10

3.1.3孔径误差11

3.1.4钻孔垂直度不符合规范要求11

3.1.5桩端持力层判别错误11

3.1.6孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量过大12

3.1.7水下砼灌注和桩身砼质量问题12

3.1.8砼灌注过程因故中断的处理办法14

3.2桥梁钻孔灌注桩断桩处置及预防措施14

3.2.1断桩概况14

3.2.2断桩处治方案拟定14

3.2.3施工方法15

3.2.4断桩产生的原因及几点措施17

3.3钻孔灌注桩质量缺陷及防治19

3.3.1缺陷桩的形成与处治19

3.4冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及断桩和桩身夹泥的处理措施22

3.4.1工程概况22

3.4.2工程地质情况及机具的选择22

3.4.3冲击钻钻孔灌注桩施工工艺22

3.4.4二次灌注桩病害的处理27

3.5小结28

第4章岩溶地区桩基施工事故与分析29

4.1岩溶地基桥梁桩基施工技术29

4.1.1工程概况29

4.1.2溶洞处理方案29

4.1.3注浆方法30

4.1.4岩溶处成孔30

4.1.5岩面检验要点31

4.2桥梁桩基岩溶地段施工问题分析及防治措施31

4.2.1钻孔施工中易出现的问题、原因分析及防治处理32

4.2.2偏孔33

4.2.3卡钻、掉钻33

4.2.4断桩33

4.2.5预防及处理措施34

4.3岩溶地区桥桩工程的事故分析与防治探讨34

4.3.1岩溶地区桥梁工程常见的施工事故及其原因分析34

4.3.2加强岩溶地区的地质与地貌判断35

4.4小结38

第5章桥梁墩台相关病害及处理39

5.1概述39

5.2桥梁墩台路段边坡工程地质条件调查及评价39

5.3影响桥墩路段边坡稳定性的主要因素40

5.3.1桥墩路段边坡的工程地质特征40

5.3.2边坡的开挖情况41

5.3.3其它41

5.4不稳定边坡工点的主要防治措施41

5.5桥墩病害处治方法探索41

5.5.1纠偏方案43

5.5.2加固方案43

5.6小结44

第六章结论与展望46

6.1结论46

6.2展望46

参考文献47

致谢48

附录49

外文文献49

中文翻译56

第1章绪论

1.1课题研究的目的意义

为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等），必须修建各种类型的桥梁，因此桥梁是交通线路中的重要组成部分。

特别是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。

在经济上，一般说来桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的10～20%，而且随着公路等级的提高，其所占比例还会加大。

在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。

因此，桥梁事业的稳定发展关系到国家交通事业的发展，对我国经济、国防都有重大影响。

桥梁病害一直是影响桥梁建设、使用的巨大障碍，处理好桥梁病害问题，探索更加科学合理的预防和治理措施对桥梁发展有重大意义。

1.2国内外研究现状

对桥梁病害的研究是一个不断进步的过程，当前国内外在钻孔灌装施工中常遇到的问题及处理方法如下：

1.导管堵塞

在灌注混凝土开始或过程中都有可能发生堵管现象，主要原因一般有以下几种：

（1）导管变形，影响隔水塞通过。

（2）隔水塞制作不符合要求，直径过大卡住导管或直径过小，灌注混凝土离析，粗骨料进入隔水塞和导管内壁之间卡住。

（3）初灌时因导管下端距底间隙太小，混凝土流动不畅而堵管。

（4）拌和混凝土离析严重，或灌注过程中导管漏水，混凝土受水冲洗后离析，粗骨料集中在一起而堵管。

（5）拌合混凝土坍落度过小，流动性差，或因停电等原因暂停灌注时间过长，使混凝土在管内停留时间过长而失去流动性，从而产生与管壁较大的摩阻力而堵塞导管。

（6）灌注时间过长，表层混凝土已过初凝时间，开始硬化。

为了防止原因

（1）和

（2）的发生，隔水塞应制作规范，组装导管时要认真检查导管内壁有无局部凹凸，导管出口是否向内翻转；检查导管连接处密封用的橡皮垫是否突出内壁。

为了防止原因（4）和（5）的发生，应严格控制粗骨料规格，若暂停灌注，应在保证埋管深度的前提下经常上下小范围提动导管，以免混凝土失去流动性堵塞导管。

一旦出现堵管，要具体分析其发生的原因。

对于混凝土质量、隔水塞等原因的堵管，可用粗长钢筋或竹杆疏通管内混凝土，用铁锤敲振导管处理。

对于导管底部距孔底偏小，混凝土流动不畅发生的堵管，可将导管慢慢提升1m左右进行抖动，待混凝土流动后，再将导管下降0.5～0.7m。

当上述方法均无效时应及时拔出导管，重新按处理断桩的办法处理。

2.钢筋笼上浮

造成钢筋笼上浮的原因如下：

（1）混凝土质量差，易离析的，初凝时间不够的、坍落度损失大的混凝土，都会使混凝土面上升至钢筋笼底端时钢筋笼难以插入混凝土而造成上浮。

有时混凝土面已升至钢筋笼上一定高度时，表层混凝土开始发生初凝结硬，也会携带钢筋笼上浮。

（2）钢筋笼孔口固定不牢，未用电焊进行固定。

（3）提升导管过猛，不慎挂住钢筋笼造成上浮。

（4）混凝土面到达钢筋笼底部时，导管埋深过浅灌注量过大，混凝土对钢筋笼的上冲力过大。

预防钢筋笼上浮，关键是要严格细致地下好钢筋笼，并将其牢固地绑扎或点焊于孔口。

下放导管时，应使导管顺桩孔中心位置而下。

在灌注过程中，当混凝土接近钢筋笼上段时，要徐徐灌注混凝土，一般灌注速度控制在10m3/h左右，以减少混凝土对钢筋笼向上的冲力。

特别注意导管出口与钢筋笼底口不得齐平，一般导管出口要低于钢筋笼不小于1.5m，或高于钢筋笼底不小于1m。

混凝土应严格按配合比配制，灌注要连续进行，并保证在首批初凝时间内完成整根桩的全部灌注工作。

3.桩身缩径

造成桩身缩径的原因如下：

（1）孔壁黏土的侵入，或地层承压水对桩周混凝土的侵蚀。

（2）灌注过程中孔壁坍塌。

（3）混凝土严重稀释。

此类问题一般在灌注作业时不易被发现，因此要认真注意预防，下放钢筋笼时须孔口扶正，慢慢放入，避免挂拖孔壁引起塌孔。

钢筋笼下放完毕检查孔底沉渣情况，发现沉渣突然增多，则表明孔壁有失稳垮坍现象，应换用比重为1.5～1.7的稠泥浆护壁，防止进一步垮孔。

灌注中，如发现孔口返水颜色突然改变，并夹有大量的泥土粗砂返出，说明孔内出现了塌孔现象，应停止灌注作业，同时探测孔内混凝土面位置，分析塌孔原因，并提出导管，换用干净泥浆清孔，排出塌落物，护住孔壁，重新成孔进行成桩。

混凝土灌注完成后，在验桩中发现桩身缩径，如位置较浅，则直接开挖对缩径部位施工补救；如位置较深，且缩径严重，则应考虑补桩。

4.断桩或夹层

断桩是指桩身混凝土在某一部位出现不连续或某一部位的混凝土严重变质，致使整根桩承载力大幅度下降，甚至不能使用，是严重的质量事故。

产生断桩的原因如下：

（1）灌注时测深不准或计算错误将导管提升过高，以致导管底部脱离混凝土层。

（2）灌注作业因故中断过久，表层混凝土失去流动性，而继续灌注的混凝土顶破表层而上升，将有浮浆泥渣的表层覆盖包裹，形成断桩。

（3）灌注过程中，混凝土堵管或导管严重漏水，不得不将导管拔出。

（4）突然停电，机械故障或突降暴雨等无法预测情况发生，使中途停顿时间太长，不得不将导管提离混凝土而形成断桩。

对断桩事故关键在于预防，灌注前要对各个作业环节和岗位进行认真检查，制订有效的预防措施灌注中严格遵守操作规程，保证灌注作业连续紧凑有条不紊；反复细心探测混凝土面，并用理论方法计算出混凝土面高度，比较后取混凝土面低的作为拆卸导管的标准；导管提升应匀速、平稳、慢慢起升；控制灌注时间在适当的范围内，要保证设备的正常工作，并有备用设备，灌注前通知配电部门，保证灌注时供电正常，要注意天气预报，合理安排灌注时间。

当灌注过程中导管因上述原因而形成断桩，如混杂泥浆的混浆土层不厚，能将导管插入并穿透此层到达完好的混凝土内时，则重新插入导管。

但灌注前均应将进入导管内的水和沉渣土用吸泥和抽水的方法吸出。

由于不可能将导管内的水完全抽干，所以续灌的混凝土配合比应增加水泥量提高稠度，以后的混凝土可恢复正常的配合比，若混凝土面在水面以下不很深，且尚未初凝时，可在导管底部设置隔水塞，将导管重新插入混凝土内，导管上面再加重量以克服水的浮力，导管内装满混凝土后，稍提导管利用混凝土自身重力将底塞压出，然后继续灌注。

岩溶地段的桩基施工时，要对溶洞进行分析处理，我国对溶洞处理有一定研究：

1.溶洞桩基地质灾害分析

（1）岩溶区桩基施工的主要病因：

一是覆盖层主要为易垮塌的流塑状淤泥和流砂；二是灰岩本身存在未充填的裂隙、溶洞。

当桩基施工至溶洞、裂隙处时，孔内泥浆迅速渗漏，如补浆不及时，上部覆盖层由于护壁失稳而极易垮孔，严重者造成大规模地面沉陷。

（2）由于溶洞及溶蚀发育，导致岩面起伏不平，有时甚至在桩径范围内亦出现有半边岩，冲桩过程中经常出现斜孔、卡锤、掉锤或冲锤开裂破坏等现象。

（3）桩基一旦停止施工或者在清孔停止时，溶洞内已形成的稳定护壁往往由于负压释放，护壁失稳，导致灌注过程中出现沉渣过厚或者出现团块状夹泥、夹石现象。

4.施工技术措施

（1）一般溶洞的处理

一般溶洞厚度不大，如内有第四系覆盖层充填，可拟采用优质泥浆护壁，泥浆比重应大于1.4g/cm并反复回填片石、粘土或水泥进行挤密施工，然后采用一层钢护筒跟进施工至岩面的施工方案，从而可以顺利通过溶洞和避免垮塌事故。

（2）特大型溶洞的处理

对于特大型溶洞（溶洞厚度一般大于8m）或者多层溶洞,当覆盖层为厚层易垮的流砂或淤泥层时,并且在超前钻孔时出现严重漏浆时,采用单层、两层或三层钢护筒跟进至孔底的施工方案成孔。

在穿越溶洞时,对洞顶和洞底岩层倾斜、岩层厚度不均溶洞进行钻孔施工的关键是防止偏孔和纠正偏孔,采取回填片石的措施可有效解决偏孔问题。

溶洞较大且填充物为流塑状时,采取先不清孔，回填水下砼形成整体后再钻进，可以解决施工过程中出现的填充物回涌问题，保证桩基顺利成孔和防止出现断桩。

1.3主要研究内容

桥梁的病害防治问题非常广泛，本文对桥梁基础及墩台在施工和使用中的一些病害问题进行了分析，对桥梁基础的冲刷病害的成因及防治措施进行了分析。

重点对钻孔桩基础在施工中的常见的问题，如断桩、质量缺陷、冲击钻孔桩病害等进行了分析，并对相应问题提出了预防和治理的方法。

本文对岩溶地段的施工遇到的溶洞处理、岩面检验、钻孔施工及一些常见施工问题进行了分析。

最后对不稳定边坡对桥梁墩台的影响并提出了纠偏和加固的方法。

第2章桥梁基础冲刷悬空病害成因分析与防治

2.1桥梁基础类型简介

基础尤其是大跨径桥梁的深水基础，往往需要解决施工技术上的许多难点，也往往是控制整个桥梁工程进度的关键工程，其费用也占桥梁造价相当大的比重。

近年来，国外都修建了不少跨越大江大河、甚至跨越海湾的深水基础，取得了很大的成绩与不少新经验：

大直径钢管桩、大直径混凝土灌注桩和空心桩、复合基础均得到较广泛的采用，地下连续墙已开始在桥梁基础中采用，超大的沉井也已经出现并顺利设置或下沉。

这一切都标志着，桥梁基础工程技术已取得了很大的发展。

下面按基础的主要类型进行介绍。

2.1.1大直径钢管桩、柱

具有施工工艺简便、速度快，可沉入很深土层等优点，近年来发展很快，日本大量采用。

大直径钢管桩用作摩擦桩，经历两个阶段：

初期一般在管内浇筑混凝土，以防止钢管的锈蚀。

这样做也会带来一些不利影响：

需在管内取土，而对提高桩的承载能力作用不大；增大了桩的刚度，在地震时使桩顶受力增大；增加了施工难度与造价。

以后逐渐倾向于管内不填混凝土，由于管内土存在闭塞效应，因此钢管桩的承载能力比钢管外壁土壤摩阻力要增大不少。

而闭塞效应的机理目前还不很清楚，因此往往通过静载试验来确定其承载力。

具体实例如，日本跨径240m的滨名大桥每主墩采用49根直径1.6m钢管桩，组成水上承台。

在冲刷深、复盖层较薄时，往往将钢管桩沉至岩面钻孔嵌岩，成为管柱基础。

这时往往用混凝土填实。

如日本主跨为220m及185m的内海大桥，水中四个深水墩均采用直径2m的钢管柱基础。

2.1.2大直径钻孔灌注桩

大直径灌注桩具有承载力大、刚度大、施工快、造价省的优点。

国外很多采用直径2～4m的大直径钻孔桩；而且往往采用扩孔方法，直径可达3～4m，而在日本横滨港横断大桥跨径460m的钢斜拉桥的基础中，将多柱基础嵌岩扩孔至直径10m，是目前世界最大的嵌岩直径。

在连续结构，尤其是连拱或连续斜拉桥设计中，刚度起关键作用，以减少下部构造的水平位移，减少由此引起的附加内力。

这时桩基水平向承载力不控制设计，而是刚度控制设计，大直径灌注桩具有非常明显的优势。

2.1.3沉井

井基础承载能力大，刚度大，可以适用于深水，但体积庞大，随着桩基的广泛采用，沉井的应用范围有所减少。

不过在特大跨径的桥梁中，沉井仍为主要基础型式之一。

在大跨径桥梁的深水基础中，底节多采用浮式钢壳沉井，用双壁空心结构，浮运至墩位，灌水落床，再浇筑混凝土，接高下沉，直至设计标高。

日本明石海峡大桥，最大施工水深60m，两主塔分别采用直径80m和78m、高70m和67m的浮式钢壳沉井，壁厚12m，分为16个舱，是目前规模最大的桥梁沉井基础。

其特点是设置沉井，用大型抓斗挖泥船开挖至海底支承地基，整平岩基，再用切削机磨平，然后设置沉井，在其周围抛石进行冲刷防护，最后沉井内进行水下混凝土施工。

日本濑户大桥也用同样方法施工。

2.1.4复合基础

将桩或管柱与沉井组合的一种深水基础。

沉井下到一定深度，封底，然后钻孔，将沉井内的桩嵌岩，沉井封底与桩或柱共同受力。

其优点是：

（1）可以降低承台的高度。

（2）可提供桩的施工场地。

（3）适应性强，尤其适应在岩面标高差异很大以及落差较大的河流。

（4）沉井可作防撞设施，保护桩及墩身[2]。

2.2概述

清新县地处广东省粤北山区，大部分建于六、七十年代的公路桥梁出现了不同程度的病害，特别是桥梁的基础受冲刷、淘空日益严重，由于当时受经济条件、设计和施工技术的限制多采用扩大、明挖基础形式。

在受河水冲刷及河道上下游挖沙采石的影响，河床标高大幅下降，致使一些桥台、桥墩基础被冲刷悬空，严重影响行车安全。

下面就桥梁基础病害产生的原因与防治加固措施作以浅析。

2.3桥梁基础病害

在水中的桥墩，因为直接阻水，除了一般的冲刷以外，还有局部冲刷，在桥墩处形成局部漏斗形河床。

当河床为厚砂砾卵石层时，因水流带动砂砾石运动，会对钻孔灌注桩造成严重的磨损，甚至使桩中钢筋外露。

特别是在地面或低水位以下、冻结线以上或冲刷线附近，基础或墩身常有环带状腐蚀，基础周围表面松散，严重者使混凝土形成空洞。

对于混凝土或浆砌片石扩大基础，主要缺陷是基础松散破裂和基础下冲空。

建立在天然地基上的浅基础常见的病害有：

埋置深度浅、易受冲刷而掏空；埋置深度不足，受冻害影响；地基不稳定，易产生滑移或倾斜。

建立在岩石上的基础常见的病害有：

基础置于风化石层上，风化部分未处理好，经水流冲刷而掏空或悬空：

受地震时的剪切作用，易产生裂缝。

人工地基基础：

因处于软弱地基上，在竖向荷载作用下压实沉陷，使基础下沉。

木桩基础：

地下水位下降时，桩身常腐蚀。

钢筋混凝土打入桩基础：

打桩时，桩身受损坏；受水冲刷、浸蚀，产生空洞、剥落等；受船只或其它漂浮物的撞击而损坏。

钻挖孔桩基础：

施工时淤泥未完全清除，就灌注混凝土，而使形成后的基础下沉；施工不当，或受水冲刷、浸蚀而产生空洞、剥落、钢筋锈蚀等；灌注混凝土过程中发生塌孔而未作处理，桩身部分脱空；受外力撞击而产生破坏。

管桩基础：

承载力不足而使基础产生下沉。

沉井基础：

地基下沉时，基础也产生一些下沉；基础下沉不均时，桥台台背高填土受地基土侧向流动的影响时，基础产生滑移、倾斜；中间层为弱粘土层时，由于附近施工挖基坑和填土等而变位，常使基础变位；由于冲刷，沙层被冲走或由地震而使地基液化，使基础变位[3]。

2.4病害成因

对于宽浅变迁河段，由于河床坡度比上游平缓，满水时从上游陡峻河床上推移来的大量泥沙多为卵砾石，远远超过了平缓河床上的挟运能力，因此河床上就发生多余泥沙的沉积，使河床逐渐升高，引导水流冲刷河床两岸，使河槽迁徙不定。

在这些河段早期修建的桥涵，由于受经济条件的制约和对水流变迁特性认识不足，往往是岸滩上的基础埋深较浅，基底标高与主河槽基底不一致。

由于河槽摆动不定，原有岸滩若干年后可能变为主河槽，致使原有基础外露淘刷悬空。

有些大中桥基础原本是明挖式基础及沉井基础。

明挖式基础由于具有就地取材、节约造价、方便施工的特点。

但在一些变迁性河段上，由于水流搬运的作用，一些浅滩可能是过去的旧河道，多由一些卵石、漂石、砂砾沉积所成，其深度少则几米，多则数十米，孔隙较大，且不稳定。

因而在这样的地段基坑不可能开挖到稳定的老土持力层上，当河槽变迁时