大桥因早期损坏严重而被拆除原因分析与警示

                               大桥因早期损坏严重而被拆除原因分析与警示

                                                                          谌润水
. y6 {1 i6 \: E. O) }                                                （江西省交通科学研究院 江西南昌 330038）
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【摘要】一座建成通车仅十余年、全长近300米的普通钢筋混凝土简支空心板大桥，因设计不合理、施工质量差和使用不当等诸多原因，致使该桥早期损坏极其严重而过早地成为了一座危桥，最终不得不将其拆除。本文详细论述了该大桥损坏原因分析和结构检测与鉴定结论，以期给桥梁工程技术人员以一定的启示和警示。
& Y# a/ D' Y4 }, Z# E关键词：桥梁工程；大桥；早期损坏；原因分析；拆除；警示
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, `0 r/ F2 s' r3 q5 ^0 K  x; R- w1  大桥概况
      成新大桥位于江西省成新农场（四面环水），跨越赣江西大河下游的三老官河，是该农场与外界联系的唯一陆路通道，所以，成新大桥的作用非常重要。
* ~) y) _- E" x/ y      该桥上部结构为23孔13米标准跨径普通钢筋混凝土空心板，每孔设计采用整体现浇施工、桥面连续；下部构造为：打入式钢筋混凝土柔性排架摩擦桩基础，南昌岸与成新岸桥台（编号为0#与23#）为双排共八根柱式轻型台身，顶上设盖梁；桥墩型式为两种：单排四柱式轻型墩身加盖梁和双排共八根的柱式轻型墩身加盖梁，具体1#～22#桥墩的设置情况是，两个或三个单排柱式墩之后，设一个双排柱式墩。大桥桥面净宽为3.5米车行道+2×0.82米人行道，桥梁全长299.66米。大桥设计荷载标准：汽车-15级；挂车-80。该桥于1988年11月开工建设，1989年12月竣工通车（见图1和图2）。

            见附件

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     图1  成新大桥侧面全景（下游）           图2  跨径小、水流急，过往船只“擦”桥墩而过
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- S4 s8 L5 N% E$ }6 e& H      由于成新大桥跨径小，排架式桥墩先后被过往船只碰撞二十余次，其中三次非常严重，分别中断交通15天，每次耗资数万元用于维修和临时加固。此外，由于该桥为单行道，桥面狭窄，先后发生二十余次车辆碰撞行人、自行车、摩托车等事故，机动车辆还经常撞坏桥栏杆，其中一次拖拉机的轮子都悬出桥外。虽然，成新大桥建成通车才十余年，但大桥已多处被严重损坏，已严重危及大桥的结构和使用安全（见图3、图4和图5）。
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图3  18#墩两次被严重撞坏并加固    图4  11#墩被撞加固全景       图5  11#墩柱身弯曲变形(下水)
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% B% m1 \% M: @# r2  大桥主要病害的产生原因及危害性分析
' ~& F0 g4 I  H0 o! h  x5 `  x2.1  大桥的主要病害
9 K$ L9 ~3 i& N      成新大桥业已查明的主要病害有：
% z- \, m# z0 l: ?% f$ J* ^      ①各孔上部结构空心板跨中部位已产生过大的恒载结构永久变形，并超过规范限值；
$ f" R+ p! z$ ~7 O      ②桥面实测中心线与桥面设计中心线偏差较大，且大小无规律，大大超过规范规定；
2 T4 e% H# U+ ~      ③车行道与人行道宽度尺寸误差远远超过规范允许的偏差；
& r3 i0 M/ ~6 V- I/ b      ④下部构造的各墩、台柱身、盖梁与横系梁破损、倾斜、开裂现象普遍，病害程度超过规范允许范围，且相当严重；
5 S1 @7 v/ A+ l/ l      ⑤各墩、台沉降程度不一，桥面起伏较高，对行车和大桥的安全都极为不利；
      ⑥经“超声——回弹综合法”测试各主要结构部位混凝土强度，均低于设计值；
8 \" _( b% ]5 {+ l" _      ⑦原设计桥面连续，仅在墩顶位置桥面设3厘米深、0.5厘米宽的假缝，另设钢筋网加强，盖梁顶面铺设油毡作简易支座。但实际使用后，  多数假缝被拉裂、破损严重，人行道与栏杆花板、扶手及立柱亦被拉裂；盖梁与空心板之间压死而不能伸缩，致使多数盖梁局部压裂、露筋并锈蚀等等。
      上述病害已严重影响大桥的安全使用，并危及大桥自身安全。对照交通部《公路养护技术规范》（JTJ073-96）第4.2.25条“桥梁技术状况评定标准”来评定成新大桥的技术状况，已属“四类桥梁”的“危险状态”的桥梁。其产生的主要原因及危害性分析如下：

2.2  设计与施工原因
2.2.1  大桥设计的缺陷与隐患
      （1）成新大桥跨越的三老官河系通航河道，桥墩设计为断面仅为30×30cm的排架式柔性墩，在通航跨径较小（标准跨径L=13米）的情况，极易被过往船只碰撞，造成严重损伤，甚至断裂；
1 d5 X2 C; }  H4 q9 m$ A3 p: s     （2）据2001年6月的成新大桥上游一侧的地质勘察报告揭示，成新大桥所处的河床地质情况是第四系全新统冲积层，埋深0～18.95米以粘土质、淤泥质和粉砂质土为主，多为河床和河漫滩沉积产物，长期处于富含水状态，沉积时间短，压密程度低、压缩系数大，摩擦系数较小，土层承载力分布不均，所以该土层不宜作为桩基础持力层。
而成新大桥的墩、台基础均采用打入式钢筋混凝土方桩基础，设计桩长仅为12米，有的因无法打入还截短了。所以，该桥的摩擦桩基础无论是竖向承载力，还是纵、横向的嵌固稳定均难以达到大桥安全使用要求。也是该桥桥面起伏过大，横向变形过大的主要原因之一。
' x$ c. ?/ x" ?' F. c$ i+ S' p     （3）本桥设计为节省工程造价，将上部构造简支板体系设计为全桥联孔结构，即在各孔空心板与桥面之间均不留伸缩缝，仅在墩顶位置桥面设3厘米深、0.5厘米宽的假缝，并在盖梁（墩帽）顶面铺设油毡作为简易支座与下部构造柔性排架柱桥墩相联系。实际使用中，梁底与盖梁贴紧卡死，致使盖梁局部压裂、压碎，损坏严重；多数墩顶假缝被拉开、碎裂严重，同时栏杆花板、扶手、立柱均被拉裂损坏；由于空心板梁在盖梁上不能自由伸缩，只能带动盖梁一并伸缩，致使盖梁底面的柱顶压裂、破损严重，并使柱身不规则的倾斜，严重者开裂，两岸桥台背墙亦被顶断。
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8 w5 w& O7 y* K1 _! Q2.2.2  施工原因
2 g1 }9 x) p& b     （1）据调查，本桥是以设计、施工总承包形式建设的，而且是边设计、边施工；因而，在施工中，多次变更设计和施工方法。例如，每孔空心板梁设计要求整孔一次性浇筑完成，但有多孔横向是分成三次浇筑的，而且在纵向接缝处高差很大，影响了工程质量。
$ b5 `  r8 n3 \7 y/ G     （2）施工质量差。各墩、台的柱身与盖梁相接位置参差不齐、错位较大，既对墩、台的承载力不利，又致使柱身倾斜，严重影响了墩、台和整个大桥的使用安全。
- S- }# T. L- L( }; }& A9 T     （3）混凝土质量不好。经测试，大桥各主要构件的混凝土标号均未达到设计要求。多处存在蜂窝麻面病害，个别柱身用手轻轻一掰即掉下一块。

4 o/ h( i  T; d7 a7 l0 P% k  h) V2.3  使用上的原因
     （1）由于桥面过窄，但桥长又近300米，因而难以避免桥上车辆碰撞自行车、摩托车，以及车辆为避让而冲撞桥梁的事故。
7 o1 O, o) C: I6 H5 l     （2）由于跨径较小，桥下水流又急，尤其是在雾天与夜晚视线较差时，难以避免船只碰撞柔弱的桥墩。所幸的是，虽已发生多次船只撞断桥墩柱身事故，尚未将整个桥墩的四个柱身一齐撞断而垮桥。
     （3）交通量的增长和载重量增大亦是造成和加剧大桥有关病害的主要原因之一。据调查，过往成新大桥的日车流量最高峰达500余辆，日平均车流量亦有400辆，其中重车重量达300KN/辆以上，平均重量亦在150KN。
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2.4  现有桥墩临时加固措施的隐患
( _: d( V# X3 g     （1）18#桥墩先后两次被船只严重碰撞，第一次撞断上水柱身，采用外包混凝土加固处理；第二次撞断下水柱身，采取在两柱之间加钢管撑柱加固，而未对断裂柱身进行任何修补，更未对受损的横系梁采取加固处理。
* D' K$ a/ N2 D! ?/ t1 L     （2）11#桥墩被船只严重撞损，采取的亦是在两柱之间加钢管撑柱的加固形式，但未对横系梁与柱身的连接进行加固修补。
+ v8 H. `: _. m; z. E- H     （3）上述两墩被撞的加固处理因未处理好横系梁与柱身的有效连接，故均未起到整体加固补强作用。而且，严重碰撞亦将影响到盖梁和桩基础。所以，上述两墩的加固仅为临时应急处理，要确保安全、消除隐患，尚应彻底查清所有病害后，采取有效的加固补强措施进行处理。
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3  大桥现状与使用安全性的整体分析
3.1  设计与施工存在的缺陷与病害将继续危及大桥的使用安全
6 y' W1 P5 ~" n; }) M     （1）跨径偏小，桥面过窄，将会继续造成船只撞击桥墩、车辆冲撞桥梁，从而对桥梁的安全造成威胁。
     （2）墩、台桩基础的截面过小，桩长太短，对大桥的承载力和墩、台的稳定性构成隐患，而且难以着手加固处理，且加固费用昂贵。
/ F: o6 Z& S) \( Y& d' d0 n! _     （3）上、下部构造之间因无有效的支座而卡死，不能自由伸缩，使墩、台身受力极为不利，并危及其稳定性。
. r" K/ H( G4 U# K  H     （4）施工质量差，各构件的混凝土强度低，亦对大桥的使用安全不利。墩、台柱身与盖梁相接位置参差不齐，使之均达不到设计要求，而成为不可挽救的工程缺陷和隐患。

3.2  大桥现已存在的缺陷与病害使大桥本身已成为一座危桥
$ i$ d4 M! k* c7 |  m8 p  P      （1）成新大桥业已查明的主要病害与缺陷，对照交通部《公路养护技术规范》的要求，已处于“四类桥梁”的“危险状态”，已是一座危桥。
      （2）大桥本身业已存在的跨径小、桥面窄、桩基太短、截面过小，以及墩、台柱身截面太小的缺陷，均危及大桥的使用安全。而且，难以采取有效加固与补强措施加以改选。
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; M) r; r; ^$ t# N' q8 C3.3  大桥已难以适应日益发展的经济建设与交通运输的需要
% s6 K( q4 D/ q2 T; p/ |( G! c      成新大桥是江西省成新农场、朱港农场和滨湖农科所与外界联系的唯一陆路通道，是“两场一所”生产、生活和正常工作等的交通运输保障。随着“两场一所”的经济建设的发展，过往成新大桥的交通量和载重量均已大幅度提高，而且将继续发展与提高。所以，大桥的现状已难以适应上述发展的需要，以及难以保证大桥的安全使用。
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# |2 `+ ?. ]2 V, w  w5 H% U4  结构检查结论与鉴定意见
* ?/ Q" r5 R0 U" ^  J' C4.1  通过对成新大桥的全面结构检查，以及对查明的主要病害及缺陷的产生原因分析，对照交通部《公路养护技术规范》的“桥梁技术状况评定标准”，来评定成新大桥的技术状况，已属“四类桥梁”的“危险状态”的危桥。
# U! I6 {' W4 Q% |# I& [4 D2 L1 c4.2  由于成新大桥的设计与施工业已存在难以加固补强和改造的缺陷与病害，大桥使用过程中造成的损伤和病害亦非常严重。要确保大桥继续安全使用，势必要花巨资彻底根治上、下部构造所存在的病害，并应采取有效措施和交通管制，来防范船只碰撞桥墩与车辆冲撞桥梁的事故发生。
4.3  鉴于大桥业已存在难以处治的缺陷和病害，以及“两场一所”生产、生活和正常工作、以及经济建设和交通运输的发展需要，应将现有成新大桥（危桥）拆除，重建一座能够满足使用和安全要求的新桥。
  h7 h/ j  j+ }9 ^4.4  成新大桥在被拆除之前，应高度重视大桥的使用安全，切实加强大桥的交通管制和限载工作，并应加强对大桥现有病害的观察，尤其是11#墩和18#墩的观察。如发现大桥出现异常，应立即中断交通，并针对性地进行维修，以保障现有大桥在新桥建成之前仍维持通车。
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# X* x& n' m$ B0 p5 k5  结语与警示
      成新大桥于2001年7月经检测并鉴定为“四类桥梁”的“危险状态”后，有关部门在加强大桥管理与维护的同时，积极筹措资金建新桥。在2004年上半年，崭新的成朱大桥建成通车后，成新大桥于当年的6月被拆除，从而结束了她短暂而极具遗憾的“使命”。该桥被拆除的背后却让人们深刻反思，同时亦给予桥梁工程技术人员许多的警示：
3 |. I2 L& o- M' D2 V& _3 s5 ^5.1  警示一：修建桥梁应讲科学性，并做到科学决策
      ①成新大桥跨越的是通航河道，因此桥跨选择时不仅要满足泄洪要求，还应充分考虑并满足通航要求，在船只过桥时应避免对桥墩的撞击。不能一味追求工程造价低而降低要求，最终导致大桥经常被撞后严重损坏。
2 s  p3 B% ^2 z! n" C4 [# B      ②桥址处地质勘探资料是大桥设计必不可少的重要基础资料，决不能在无地质资料的情况下凭经验来设计桥梁下部结构。
5.2  警示二：桥梁设计时，要兼顾经济性，但前提应是结构安全、可靠、耐久
     ①成新大桥跨径小，上、下部结构尺寸偏小，致使上部构造梁板跨中下挠明显、墩柱弯曲过大，结构刚度明显不足，安全性和可靠性极差。
  p8 O" p# t" i, i% u     ②该桥上、下部结构的保护层明显不足，钢筋外露锈蚀，桥梁的耐久性很不好。新修订的桥梁设计规范，已明确了桥梁的结构构造要求和工艺要求，对杜绝此类缺陷将会取到积极效果。
5.3  警示三：确保施工质量，是实现“百年大计”的先决条件
     ①新修订的桥梁设计规范，在我国首次明确了公路桥梁的设计基准期100年；土木工程界亦倡导“百年大计，质量第一”。因此，应千方百计确保桥梁的施工质量，才能实现“百年”的目标。
% I9 k$ U0 d% S$ Z: b1 a     ②成新大桥的施工质量极差，经检测，各主要构件的混凝土标号偏低；在设计桩长不足的情况下，部分桩长还被减短；设计考虑的整体现浇上部混凝土梁板，为方便施工被改为三块板浇筑，且未采取任何措施，致使桥梁上部构造的整体性严重削弱。

不错的资料，有启示作用