公路桥梁常见病害分析及处治对策

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全省高速公路桥隧养护工程师培训班

我省公路桥梁常见病害分析及处治对策 （设计、施工与管理）

讲解人：徐立成 桥梁副总工程师 （湖南省公路设计有限公司） 2015年07月

提纲

一、我省公路桥梁的主要病害及成因 二、桥梁设计知识简介 三、桥梁典型病害处治方案 四、桥梁施工常见问题 五、桥梁管理建议

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一、我省公路桥梁的主要病害及成因

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1、按桥梁结构部位归类：

1.1基础 病害：基础河床冲刷超出设计深度；桩基础漏筋与缩颈，导致较大的安全隐患； 成因：桩基础有效设计深度偏小；桩基础水下砼灌注施工中泥浆在与钢护筒形成的 变截面交界处容易导致淤积形成不密实的薄弱部位；

4#-3 张家界 12:00

高220cm、深度30cm范 围的钢筋笼内部掏空

下游9:00

设计250cm，实际280cm 钢筋笼全部外露，有白 色夹泥，破损缩颈处 最小桩径为222cm 钢筋笼外 露位置

上游3:00

河床 立面图

6:00 常德 平面图

桩基病害示意图（单位：cm）

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检测现场

破损缩颈

钢筋笼内掏空夹泥

露筋夹泥

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1.2 下部构造 病害：墩柱混凝土竖向或横向水平裂缝；墩台帽梁墩顶附近出现竖向裂缝；U 形桥台前墙与侧墙交接处开裂；预制安装空心板梁的支座脱空，空心板由四点支撑 变为三点支撑甚至二点加铰缝支撑，空心板承受活载冲击作用后极易损坏；少部分 桥梁支座破损很严重。 成因：墩柱水平箍筋或局部受拉钢筋含筋率不足或施工过程中水化热控制不严 或墩柱水平力作用较大；墩台帽梁含筋率偏少或超载车辆行驶；支座施工安装精度 存在严重的质量问题或施工图设计中支座垫石高程与板端底部的关系表达不清楚导 致板端预制施工无调平垫块；支座质量不满足要求。

盖梁竖向裂缝

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墩柱竖向裂缝

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U形桥台前墙与侧墙交接处开裂

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支座完全脱空失效、可以轻松拿出

支座破损严重

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1.3 上部构造 ① 整体现浇或预制安装空心板： 病害：空心板底部或铰缝处出现纵向、横向裂缝，空心板间铰缝渗水钙化，板底混凝 土局部破损剥落、露筋； 成因：整体现浇空心板因横向钢筋设置不足导致底板容易产生纵向裂缝；预制安装空 心板铰缝开裂主要因为铰缝构造较浅、支座安装受力不均、铰缝钢筋与混凝土施工质量差 及铰缝设计构造固有缺陷；另外超载车辆也是影响因素。

空心板间铰缝开裂、板内积水

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② 预应力混凝土现浇连续箱梁： 病害：预应力混凝土现浇连续箱梁在1/4跨径及3/4跨径位置附近腹板普遍出现较多 的斜裂缝；另外在跨中预应力束锚固齿块处底板下缘部分桥梁出现网状裂缝群；箱梁内 部墩顶横梁过人洞处部分桥梁出现裂缝； 成因：腹板出现较多的斜裂缝，主要由腹板主拉应力超限造成，与箱梁预应力钢束 布置形式有较大的原因，导致箱梁腹板结构被动传递附加剪力；另外底板下缘在预应力 锚固齿块处出现网状裂缝群与底板横向贯通齿块锚固较多纵向正弯矩预应力钢束使齿块 受力过大，局部拉应力超限有关；

板底斜裂缝

板底网状裂缝

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腹板斜裂缝

过人洞裂缝

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连续箱梁腹板病害

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1.4 附属构造 病害：伸缩缝、桥面铺装层等破损； 成因：伸缩缝止水带不定期清扫、伸缩缝安装时钢筋锚固不牢；桥面对应空心 板纵向铰缝及墩顶桥面连续构造位置极易形成反射裂缝；

桥面铺装破损

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1.5 通病 病害：钢筋混凝土及预应力混凝土构件最外层钢筋净保护层偏薄； 成因：施工过程或设计预留钢筋净保护层偏薄。

底板漏筋涨锈破损

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2、按病害成因分两类：

2.1小概率突发事件：水毁、火灾、爆炸、撞击、地震等天灾人祸；

火灾损坏部分 预应力砼箱梁

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爆炸损坏盖板涵

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2.2日常养护巡查、定期检查及特殊检测中发现的病害： ① 施工缺陷: 桩基础漏筋与缩颈、U形桥台前墙与侧墙交接处开裂、预制安装 空心板梁的支座脱空、空心板底部或铰缝处出现纵向裂缝、伸缩缝安装时钢筋锚固 不牢、钢筋净保护层偏薄； ② 设计缺陷：桩基础漏筋与缩颈、基础河床冲刷超出设计深度、U形桥台前墙 与侧墙交接处开裂、墩台帽梁墩顶附近出现竖向裂缝、预应力混凝土连续箱梁腹板 的斜裂缝、空心板底部或铰缝处出现纵向裂缝、伸缩缝安装时钢筋锚固不牢； ③ 超载问题：墩台帽梁墩顶附近出现竖向裂缝； ④ 养护管理问题：伸缩缝止水带不定期清扫、钢结构部位没有定期防腐导致 生锈。

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3、对病害的影响程度评估分类：

（需充分了解掌握桥梁病害分布情况的前提下，根据设计与竣工图纸等技术 资料、综合分析确定病害的影响程度） 3.1 对结构安全产生影响的： ① 基础与下部结构病害: 上述除了支座脱空与损坏数量较少以外的其它病害，不同程度的对桥梁形 成安全隐患，一般均应进行处治； ② 上部结构病害: 钢筋混凝土梁桥和拱桥：在无活载作用条件下，主要承重构件正截面裂缝宽度 ≥0.15mm时，可以认为存在结构安全隐患，必须进行结构安全分析评估； 预应力混凝土梁桥：在无活载作用条件下，一般情况下主要承重构件不允许有 正截面裂缝产生；如发现裂缝，必须进行结构安全分析评估；如开裂原因属于预应 力钢束张拉吨位不足引起，理论上考虑开裂截面影响后的混凝土压应力及预应力钢 束的拉应力不大于材料允许限值，即承载能力极限强度满足要求时，是不会造成安 全隐患的，但必须按其结构耐久性能的要求进行处治，可以考虑按B类预应力混凝 土构件进行处治。

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③ 附属构造病害： 参与主梁共同作用的（钢筋）混凝土桥面铺装层出现破损，将对桥梁形成安全 隐患，应进行处治； 3.2 对结构耐久性能、使用年限降低的： 对于受力裂缝宽度超出钢筋混凝土及预应力混凝土构件相应规定宽度、钢 筋净保护层偏薄，根据病害程度不同，可以分期处治实施； 3.3 对使用性能引起下降的（影响桥梁外观、行车安全和舒适性能）： 伸缩缝、不参与主梁共同作用的桥面铺装层等其它附属构造破损，根据病害程 度不同，可以分期处治实施； 可见，上述桥梁病害的形成主要是与工程的设计、施工与管理密切相关。

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二、桥梁设计知识简介

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设计是桥梁工程质量的灵魂，作为一名参与桥梁建设工作的管理者，也应该了 解桥梁设计工作的基本内容和设计流程，掌握必要的桥梁力学模型，以便工作中能 够抓住主要矛盾，更好地服务于桥梁建设工作。

1、一般大型桥梁设计阶段及设计内容

工可阶段：

主要确定桥位、桥梁建造规模及经济分析；

初步设计阶段：

主要确定桥型方案、相应的构造尺寸的拟定（包括进行必要的结构分析）及工 程概算；要有2～3个方案进行比较。 外业工作：桥位地形图及河床纵断面图的初步测量；地质初勘；水文调查与计 算，确定设计洪水位、通航水位，根据通航净空及泄洪断面（桥墩与接线工程压缩 河床断面不要大于5％立面积）确定桥梁设计高程； 内业工作：设想和初步计算 上部结构：小跨径尽量套用标准图（空心板、T梁、连续板、连续箱梁 等），采用标准跨径（8、10、13、16、20、25、30、35、40、45、50、60、 70）；大跨径可选择变高度连续箱梁、拱式结构桥｛钢筋混凝土拱（肋拱、板拱）、 钢管拱、系杆拱、拱梁组合体系｝、斜拉桥、悬索桥

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下部结构：根据不同地质，选择基础形式：扩大基础、桩基础（独桩、群 桩、单排桩）；U型桥台、埋置式轻型桥台、薄壁式轻型台、肋板式轻型台等。

施工图设计阶段：

主要进行结构计算分析及绘制构件钢筋等施工详图； 外业工作：桥位地形图及河床纵断面图的详细测量；地质详勘；确定桥梁设计 轴线、桥梁起终点位置（桥台位置及型式）； 内业工作：局部调整桥型整体布置图，详细计算、局部优化结构尺寸 上部结构：细部尺寸优化； 下部结构：细部尺寸优化； 附属结构：支座、伸缩缝、桥面铺装、栏杆等及其相应的注意要点；

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2、结构计算与分析（静力分析）

整体结构计算：上、下部及基础-岩（土）联合计算、上、下部分开计算； 局部构件计算：内容要求与整体计算相同，只是部位不同。 2.1 计算模型：平面杆系（包含横向分布）、空间梁格（宽跨比较大、平面为曲线的 桥）等；工况类型、组合截面问题（eg.长沙干杉1号桥计算） 2.2 设计参数：作用（外力：永久、可变、偶然作用三类（包含冲击系数的确定）； 主要材料物理力学参数、构件截面的刚度修正或根据实际检测数据拟合等采用； 2.3 荷载取值：二期恒载、活载(横向分布)、温度力、强迫位移等；考虑实际重车超 载的问题； 2.4 内力计算：采用专用桥梁结构计算软件得出M N Q R 等结果； 2.5 内力组合：按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 承载能力极限状态组合 基本组合：按规范第4.1.6条规定；按此组合验算结构承载能力极限状态强度； 偶然组合：地震、船舶撞击等组合；

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正常使用极限状态内力组合 长期效应组合：按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定； 短期效应组合：按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定；按此组合验算钢筋混凝土 结构的裂缝宽度； 标准值组合：当构件需要进行弹性阶段截面应力验算时采用。参与组合的荷载类 型为规范第4.1.7条中短期效应组合中规定的所有荷载类型，荷载分项系数都为1.0； 2.6验算内容： ① 钢筋混凝土构件设计： 承载能力极限状态强度验算：荷载基本组合时正截面的抗弯、斜截面抗剪等强 度验算； 正常使用极限状态裂缝宽度验算：荷载短期效应组合并考虑长期效应影响来裂 缝验算；

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② 预应力混凝土构件设计： 承载能力极限状态强度验算：荷载基本组合时正截面的抗弯、斜截面抗剪等强度验算； 正常使用极限状态应力验算： 法向拉应力（正截面抗裂验算）： 全预应力构件：荷载短期效应组合时应力验算；（最大拉应力验算） 部分预应力A类构件： 长期效应组合：荷载长期效应组合时的应力验算；（最大拉应力验算） 短期效应组合：荷载短期效应组合时的应力验算；（最大拉应力验算） 主拉应力（斜截面抗裂验算）：荷载短期效应组合时应力验算（最大主拉应力验算） 法向(主)压应力（弹性验算）：荷载标准值组合时应力验算（最大压应力验算） (按不同桥型：索结构的要拉索的应力、疲劳等问题) ③圬工构件设计： 承载能力极限状态强度验算：荷载基本组合时正截面抗弯或抗压、抗剪等强度验算 荷载基本组合时正截面受压偏心距验算 正常使用极限状态应力验算：荷载标准值组合时基础基底应力验算

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3、设计中常见、应特别重视的问题：

3.1 墩、台基础埋置的深度： a) 扩大基础一般竖向轴力容易满足，主要还要考虑设置在水流的局部冲刷线以下并 留足安全富裕深度；

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b) 桩基础位于陡峭边坡处的有效嵌岩深度如图示：

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3.2 U台前墙与侧墙交接处开裂问题

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3.3混凝土构件中各类钢筋必须留有合理的净保护层，我省建议采用Ⅱ类、Ⅲ类环境 条件的取值。

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3.4 独柱桥墩的设计特点

独柱桥墩对于活载偏心作用效应的灵敏度较大，横向属于静定结构，其承载能力富余 潜力较小；但在地形地质等条件受到限制时适用性很好，在设计者充分考虑超限车辆偏心 并留有足够富余储备的前提下，使用独柱式桥墩是合理经济的。

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3.5 伸缩缝槽口的锚固设计

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3.6 安全防撞护栏在桥台挡墙侧（或陡峭岩体边坡侧）顶面的 锚固设计

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3.7 空心板梁设计

空心板梁的使用缺陷是最多（支座脱空、铰缝开裂漏水、整体现浇空心板梁底板纵、 横向裂缝：），四点支撑的固有设计是主要原因，有条件地使用；

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3.8 连续箱梁桥的腹板设计

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广西布柳河大桥235m主跨腹板厚度40~50cm

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3.9 桥型总体布置中的几个错误观点

a) 桩基础比扩大基础造价要高

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b) 箱涵或单孔桥比多跨桥造价要节省

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三、桥梁典型病害处治方案

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4.1 基础冲刷、桩基础漏筋、缩颈

有条件地使用

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4.2 盖梁开裂病害：正、负弯矩区

有条件地使用

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4.3 箱梁承载能力降低、腹板斜裂缝：

尽可能使用轻质、高强度材料来加固（钢板、碳纤维布均可），关键是施工工艺和粘 结材料能否达到设计要求；体外索的转向器设计要详细；

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4.4 空心板梁：铰缝开裂漏水、整体现浇空心板梁底板纵、横 向裂缝

有条件地使用

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4.5 伸缩缝锚固钢筋问题

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4.6 基础混凝土净保护层太薄--涨锈、开裂问题

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4.7 U台前墙与侧墙交接处开裂问题

有条件地使用

4.8 桥面施工质量保障工艺措施：

① 植筋：深度、胶的性能要保证； ② 防新、老混凝土收缩：分条、分块循序渐进的施工措施；采用无收缩（微膨胀）、 快凝混凝土； ③ 防行车干扰混凝土初凝阶段破坏（尽量采用钢结构、分幅施工）

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四、桥梁施工常见问题

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1、施工注意事项：

1.1 施工前，应注意复核标高、基础坐标和设计图各部分尺寸，以免发生错误。 1.2 桩基础钻孔施工时必须认真核对地质资料。如实际地质情况与设计不符时，应通 知工程主管部门对地质情况进行核查，以便设计部门作相应的修正。 1.3 灰岩地区桩基成孔后需对桩基进行桩底探溶，探溶深度不小于4倍桩径。 1.4 施工时搭建的支架应有足够的强度、刚度和稳定性，必须进行预压，以减少支架 变形，预压荷载在混凝土浇注过程中逐渐撤除。支架立模高程应计入预拱度和落地支架弹 性、非弹性变形等影响。 1.5 所有构件中各类钢筋必须采取有效措施，保证其净保护层要求； 1.6 所有受力构件混凝土浇注后的加载龄期应不小于7天； 1.7 高强度混凝土材料 a）水泥：按新水泥强度等级标准，采用强度等级不低于42.5（C50及以上砼采用52.5） 的普通硅酸盐水泥拌制，墩台及基础等大体积混凝土采用水化热较低的水泥，同时，为防 止碱集料反应，应使用含碱量小于0.6%水泥。 b）混凝土骨料：主要受力构件混凝土骨料应避免使用有碱活性反应的活性骨料。骨 料碱活性试验方法及判断依据建议参照DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》 执行。

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c）所有用于桥梁工程的水泥混凝土水灰比不得大于0.5（C50及以上混凝土不大于 0.38）、最小水泥用量为325kg/m3 (预应力混凝土构件中最小水泥用量为350kg/m3) 、最 大水泥用量为500kg/m3(大体积砼为最大水泥用量为375kg/m3)，混凝土保护层厚度施工正 负允差不得大于5mm。 d）主要受力构件混凝土骨料应避免使用有碱活性反应的活性骨料，骨料碱活性试验 方法及判断依据建议参照DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》执行。

2、施工常见问题：

2.1桩基础的施工轴线偏位处理： 很多单位隐瞒实情，自己将在桩顶处直接或增加桩帽梁后间接调整，多达20~30cm也 如此处理，造成较大的结构安全隐患；

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任何大于质量评定标准的基础偏位均应复核结构安全，根据桩、柱间的相对位置，可 通过下部或上部结构的局部调整来纠偏处理。

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2.2 墩、台处应先回填反压后再施工桩基础：

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2.3 伸缩缝处梁端施工预留缝宽度、滑动支座预偏心设置问题

2.4 上部结构预留拱度设置问题 上部主梁结构预拱度值（或反拱度）设置主要考虑桥面成桥后的永久线形，对结构受 力影响很小（大跨度拱桥的主拱圈影响稍大）

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2.5 现浇支架：

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2.6 支架现浇连续箱梁因施工程序不正确导致的开裂：

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2.7 梁体架设过程中从盖梁上滑动、失稳翻滚等安全事故：没有临时固定措施、设置 水平垫块等

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2.8 波纹管的材料采购、安装精度问题： a）金属波纹管与塑料波纹管的比较； b）金属波纹管材料达标，壁厚不小于3.5mm； c）安装精度：尤其是腹板内的竖向坐标控制问题；

2.9 钢筋的制作精度、及安装顺序问题：

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五、桥梁管理建议

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1、管理常见问题

1.1 建设管理制度方面的漏洞： 施工图纸经过层层把关后，施工进入到一定阶段时，在偶然情况下发现设计中存在重 大错误，导致桥梁安全存在隐患或着过度加固等浪费现象。 如下三座桥梁分述： A）益阳某城市桥梁：桩基础施工完成后发现因设计参数错误导致承载能力不够。 B）娄底某资江大桥：加固施工过程中，意外发现加固设计单位因计算模型错误，导 致原本不需加固的连续箱梁采用了所有的加固设计措施，经受着“过度医疗”的待遇。 C）新化大洋江大桥：施工过程中现浇支架被洪水冲毁，导致未张拉预应力钢索的连 续箱梁下挠并严重开裂，经及时采取补救措施，最后完全利用，避免了重大损失。

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A）益阳某城市桥梁： 上部结构采用4孔40m预应力砼(后 张)简支T梁，桥面连续； 经计算复核发现:a)桥墩桩基础设 计轴力值大于桩基承载能力容许抗力 值，即设计桩基础长度偏小(按常规设 计其差值比例大于15%)，不能满足规 范要求（详见下页表）

横断面

桥型立面

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单桩承载能力容许抗力值复算：

摩擦桩计算单桩轴向受压承载力容许值［Ra］

［Ra］=1/2*u*Σqik*li+Ap*qr；其中qr=m0*λ*［［fa0］+k2*γ2*(h-3)］；其中本表中所有单位均采用规范中对应的国际单位。

编号 桩顶P D 土层编号 侧摩阻 土层厚 qik*li qik li 0 12 78 40 130 180 0 78 40 130 180 0 78 40 130 180 2.1 2 7.2 6.7 6.6 9.1 1.5 11.5 12 5.4 2.8 3.4 4.6 6 6.1 20.3 0 24 562 268 858 1638 0 897 480 702 504 0 359 240 793 3654 19815 0.8 0.7 500 6 10 38 37 6982 26797 31421 不满 足 7303 0.8 0.7 500 6 10 32 31.7 3166 10470 10735 不满 足 u/2*Σ 清底系 修正系 桩尖土 桩尖修 平均重 假定桩 有效桩 Ap*qr qik*li 数m0 数λ fa0 正k2 度γ2 长L 长h 容许抗 设计轴 是否 力值 力值 满足 ［Ra］ Pj

冲刷线以 上部分 1 2 0号台 9345 1.8 3 4 5 冲刷线以 上部分 1 4号台 9345 1.8 2 3 4 冲刷线以 上部分 1 2号墩 28081 2.5 2 3 4

9471

0.8

0.7

500

6

10

32

31.6

3158

12629

10771

满足

1.173

0.975

0.853

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B）娄底某资江大桥：

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C）新化大洋江大桥：

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1.2 超载车辆管理：

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2、管理建议

2.1 制定实用的建设技术审查程序 2.2 选择好的建设参与团队，每个阶段的负责人应选择有实际经验的专业技术人员 2.3 技术资料的归档问题，原设计和竣工图纸等技术资料（含所有施工过程中的变更 文件）一定要与实际施工相符，给以后的运营养护管理提供可靠依据；举两例说明重要性 （eg.G320空心板梁桥裂缝评定四类危桥；德国重视程度是我们学习的榜样）：

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结

T H E E

束

N D

谢 谢 ！

二 〇 一 五 年 七 月