目的与功能的主辅原则监测系统的设计应该以建立该系统的目的和功能为主导性原则，建立健康监测系统的目的确定后，则系统的监测项目和仪器系统就可基本确定。一般而言，建立桥梁健康监测系统的主要目的是掌握结构的运营安全状况，因此健康监测系统的设计应首先考虑以结构安全性为主的监测原则，是关乎结构安全与否的重点监测内容，而其他目的则为辅助性的。......
2023-08-23
冻土区桥梁桩基病害原因分析研究
【摘要】：图2-4桥墩混凝土脱落钢筋暴露图2-5支座破坏目前，青藏铁路采用的桥梁基础主要是钻孔灌注桩，在非冻土地区，这一基础形式在铁路桥梁中也得到广泛应用，并未出现上述工程病害。但是在冻土地区，由于冻土地区季节性的温度变化及较大的昼夜温差使得冻土力学性质改变，导致冻土桩基病害产生。图2-6冻土桩基常见病害类型针对每种病害，原因具体如下：桩基冻胀融沉。
冻土是一种对温度较为敏感的土体，其力学性能受温度影响较为显著。近年来，由于人为活动、工程建设及大气温度升高等影响，使得多年冻土表面出现退化。在温度从高到低的周期性变化过程中，由于土体自由水的结冰及水分迁移作用，导致土体反复冻融。使得埋置于土体中的桩基稳定性与承载力产生变化，具体表现为桩基的抬升、下沉及桩基倾斜，同时还会导致桩身混凝土由于温度应力作用而产生混凝土脱落。如图2-4与图2-5所示。
图2-4 桥墩混凝土脱落钢筋暴露
图2-5 支座破坏
目前，青藏铁路采用的桥梁基础主要是钻孔灌注桩，在非冻土地区，这一基础形式在铁路桥梁中也得到广泛应用，并未出现上述工程病害。但是在冻土地区，由于冻土地区季节性的温度变化及较大的昼夜温差使得冻土力学性质改变，导致冻土桩基病害产生。常见的冻土桩基主要病害类型如图2-6所示。
图2-6 冻土桩基常见病害类型
针对每种病害，原因具体如下：
桩基冻胀融沉。当气温较低时，土体冻结，土中水在冻结过程中由于水分迁移及体积冻胀会对桩体产生冻胀力，在冻胀力的作用下，桩体向上抬升；当气温较低时，土体中部分冰融化成水，导致土体由于强度降低而产生固结沉降，由于土体与桩之间存在摩阻力，土体沉降时产生的负摩阻力会使得桩基下沉。由于冻胀融沉的存在，使得桩顶的标高与设计标高存在差异，从而在墩台处产生二次应力。桩基位移较大时，产生的较大二次应力可对墩台产生破坏。
桩基倾斜。由于温度场的差异及桩周土体水分分布的差异，在冻胀或者融沉过程中，桩基同一截面不同位置的竖向位移量不同，使桩基产生倾斜。桩基倾斜造成桩段桥墩支座处原本仅设计为受压的构件处于弯曲和剪切受力，从而导致墩台发生破坏。
桩基表面混凝土脱落。由于青藏铁路采用的桩基均为钻孔灌注桩，因此桩基截面的尺寸较大。由于青藏高原地区温度温差较大，导致桩基内部和表面的混凝土因存在温度梯度而产生温度应力。在长期温度应力作用下，桩体表面混凝土脱落，钢筋外漏而产生锈蚀，这对桥梁的安全使用极为不利。
由于冻土地区桩基上述病害的产生，导致多年冻土区桥梁出现各种病害。关于冻土区桥梁病害出现的原因，主要可以归纳为以下五个方面：
多年冻土地区桥梁工程的施工和运营，改变了建桥地段地表的热平衡条件，使地基多年冻土产生衰退和融化，从而引起桥梁基础下沉。常见的有以下两种情况：
一种表现为桥梁完工后，桥墩、台短期内就产生沉降，引起全桥结构变形。其原因是施工过程中热量渗入量大，引起地基冻土融化，产生压密下沉。特别是明挖基础暖季施工，基坑暴露时间较长时，更易引起这种病害。另一种情况表现为建筑物长期下沉。其原因是地基多年冻土含冰量大，且多年冻土温度较高，在恒载作用下，地基多年冻土产生蠕变变形而导致沉降。
（2）桥梁地基活动层的冻、融循环引起基础变形
部分工程（特别是基础较浅的工程）防冻胀措施不力，台背回填料碾压不密实，在冻、融交替作用下，导致桥墩、台身和铺砌工程严重变形或开裂。冻胀隆起和融化下沉的病害，多发生于明挖基础，且埋深较浅的桥梁以及铺砌等桥梁附属工程。对深基础，地基土回填后，外界热交换条件的变化对地基影响较小，一般不会发生这种情况。
（3）冻融循环和冰蚀对混凝土的影响
据调查，在青藏高原多年冻土地区，一年中出现正、负温交替的次数可达18～25次。严寒的气候条件和混凝土本身的配合比不尽合理，导致混凝土剥蚀、脱落等损坏。
（4）荷载问题
青藏公路未整治路段的大部分桥涵设计荷载是汽-15、挂-80。承载能力普遍偏低。近年来，随着西藏经济建设的加快，大吨位车辆和超载现象加速了钢筋混凝土板梁的破坏。特别是部分大型工程建设，如羊湖壅水电站的设备、青藏铁路的建设等，要求达到汽超-20的标准运设备时，每次都要对桥涵结构进行临时加固。据调查，在青藏公路上行驶的除军车外运载车辆，几乎都超载，且重车车辆已达到70%以上。载重的日益增大，使桥梁挠度增大，裂缝加剧，导致桥梁破坏（如楚玛尔大桥、通天河大桥、桑雄河大桥）。因为设计上的某些失误，设计荷载偏低，没有充分考虑到永久性构造物的长期使用要求，使桥梁主要承重构件（板、梁、墩、台）难以承受日益增长的车辆荷载。多年冻土地区修建桥涵时结构类型、基础埋深、导流设施及洞口建筑的选择等，都未达到尽善的程度，使部分设计与实际不相符合，导致桥涵工程破坏。
（5）施工质量问题
钻孔灌注桩施工对由于带入孔内热量，致使孔壁热融，一些孔冻胀颈缩，孔底土质松软，降低了桩基的承载能力。
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2023-08-23
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2023-08-23
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2023-08-23
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