花莊河大橋主橋鋼箱梁頂推滑移施工技術(shù)研究

楊杰

摘要：云南某山區(qū)高速公路在通車后發(fā)現(xiàn)某預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋在腹板位置出現(xiàn)了多條結(jié)構(gòu)裂縫。文章結(jié)合該橋的檢測、評估工作，從檢測流程、檢測方法、病害評估及建議等方面詳細介紹預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋病害的評估過程，以為同類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋病害評估提供參考。

Abstract： After the opening of a highway in a mountainous area in Yunnan， a prestressed concrete T-girder bridge was found to have multiple structural cracks at the web. This paper combines the detection and evaluation of the bridge， and introduces the evaluation process of the prestressed concrete T-beam bridge disease from the aspects of detection process， detection method， disease assessment and suggestions， in order to provide reference for the disease assessment of similar prestressed concrete T-beam bridge.

關(guān)鍵詞：橋梁;T梁;腹板;結(jié)構(gòu)裂縫

Key words： bridge;T beam;web;structural crack

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0159-03

0? 引言

某高速在通車運行兩年內(nèi)，發(fā)現(xiàn)多座預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋出現(xiàn)了開裂等病害，其中里程號K103+069預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋腹板產(chǎn)生了多條連續(xù)性結(jié)構(gòu)裂縫。這些為結(jié)構(gòu)裂縫導(dǎo)致橋梁存在結(jié)構(gòu)安全隱患，對結(jié)構(gòu)承載力及耐久性有影響的病害，因此有必要進行進一步的檢測、評估與加固。

本文結(jié)合該橋的處理過程，從檢測方法、病害評估、加固方案制訂等方面詳細介紹預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋病害的處治過程，以為同類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋加固處理提供參考。

1? 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋病害簡介

該橋的橋型為：7×30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，病害描述：1-1#T梁：距A端16.6m處，腹板（腹板高170cm）左、右側(cè)各有1條斜向裂縫，L=156～160cm，δmax=0.14mm。2-3#T梁：距A端7.9～21.9m處，腹板（腹板高170cm）左、右側(cè)各有17條結(jié)構(gòu)性裂縫，L=75～154cm，δmax=0.16mm;距A端6.3m、19.0m腹板右側(cè)各有1條結(jié)構(gòu)性裂縫，L=47～110cm，δmax=0.06mm;距A端23.5m處腹板右側(cè)有1條斜向裂縫，L=120cm，δmax=0.08mm，向梁底延伸6cm。2-5#T梁：距A端17.9m處，腹板（腹板高170cm）左、右側(cè)各有1條結(jié)構(gòu)性裂縫，L=145～152cm，δmax=0.20mm。5-1#T梁：距B端11.37m處，腹板（腹板高170cm）左、右側(cè)各有1條結(jié)構(gòu)性裂縫，L=157～160cm，δmax=0.14mm。5-2#T梁：距B端16.6m處，腹板（腹板高170cm）左右側(cè)各有1條結(jié)構(gòu)性裂縫，L=105～109.5cm，δmax=0.16mm。（圖1）

2? 病害評估的思路與流程

2.1 評估目的

評估的目的是通過檢測、分析，對T梁裂縫的成因有一個明確的判斷，對結(jié)構(gòu)的承載能力有一個準確的結(jié)論，為下一步裂縫的處治方案提供基礎(chǔ)支撐。為了實現(xiàn)以上目的，需對T梁做相應(yīng)系統(tǒng)的分析評估。

2.2 評估程序

資料收集：對本項目相關(guān)的原設(shè)計資料、歷次檢測資料、必要的施工記錄等資料進行收集整理，為安全評估做相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集。

裂縫發(fā)展趨勢分析：分析在兩年的試運營過程中，裂縫的發(fā)展趨勢及規(guī)律，為裂縫的成因分析提供參考。

荷載試驗：通過靜載試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)的靜力效應(yīng)（靜應(yīng)變、靜撓度等），了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實際工作狀態(tài)，直接了解橋梁結(jié)構(gòu)承載力情況以判斷橋梁實際承載能力;通過動載試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)的動力性能;進一步對橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力進行綜合評定。通過荷載試驗，判斷橋梁（T梁或現(xiàn)澆箱梁）的承載能力是否滿足設(shè)計要求。

有效預(yù)應(yīng)力檢測：通過有效預(yù)應(yīng)力測試，并結(jié)合結(jié)構(gòu)線形分析結(jié)果，判斷橋梁的正常使用階段應(yīng)力是否滿足設(shè)計要求。

裂縫成因分析：綜合以上檢測、分析評定結(jié)果，并結(jié)合結(jié)構(gòu)驗算分析，對裂縫的成因做出較為明確和清晰的判斷。

3? 病害評估結(jié)果

3.1 裂縫發(fā)展趨勢評估

本次評估對2012年至2014年以來全線橋梁的結(jié)構(gòu)性裂縫進行統(tǒng)計，分析在兩年的試運營過程中，裂縫的發(fā)展趨勢及規(guī)律，為裂縫的成因及性質(zhì)分析提供參考。對比2012年和2014年的檢測結(jié)果并結(jié)合檢測分析可知，現(xiàn)有裂縫多在兩年試運營過程中產(chǎn)生。

3.2 T梁幾何形態(tài)參數(shù)測定結(jié)果

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在預(yù)應(yīng)力作用下、在考慮混凝土收縮徐變、二期恒載等因素作用下，T梁仍具有一定的反拱值。實踐測量經(jīng)驗證明，實測反拱值均小于理論反拱值，但實測線性處于上拱/下?lián)蠣顩r能基本反映梁體無結(jié)構(gòu)性裂縫或結(jié)構(gòu)性裂縫不嚴重/結(jié)構(gòu)性裂縫較為嚴重。故對T梁進行幾何形態(tài)參數(shù)測定以對T梁做定性分析。

T梁梁底線形采用全站儀進行測試，通過在T梁腹板底部粘貼反光片作為測試目標，通過全站儀逐點進行測量由此測得梁底線形。理論線形計算時僅考慮了自重、預(yù)應(yīng)力、二期（橋面鋪裝和防撞墻）以及運營兩年的混凝土收縮徐變四項荷載，未考慮溫度荷載、沉降以及汽車等荷載，并且未考慮預(yù)制T梁時設(shè)置的梁底反拱。

由實測的橋梁相對線形結(jié)果分析可知：實測線性相對于梁首尾連線的關(guān)系（上拱或下?lián)希┡cT梁結(jié)構(gòu)性裂縫的程度、特征具有一致性，實測3片T梁（均不同程度豎向開裂）均下?lián)?，與設(shè)計的理論值不一致。（圖2）

3.3 鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果

在橋上選擇一個測點進行鋼絞線預(yù)應(yīng)力檢測，現(xiàn)場鉆孔檢測情況見圖3所示，該橋2-3#梁腹板兩側(cè)各有17條豎向裂縫、2條豎向裂縫、1條斜向裂縫;通過打開梁體波紋管后鋼涑注漿不飽滿并存在大量出水現(xiàn)象。

預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力檢測結(jié)果見表1所示。理論計算初始張拉應(yīng)力根據(jù)設(shè)計取為1395MPa，且考慮成橋的徐變效應(yīng)對預(yù)應(yīng)力損失進行折減后取值為1158.5MPa。表中鋼絞線預(yù)應(yīng)力實測值與計算值均為恒載作用下結(jié)果。

通過計算不同設(shè)計狀態(tài)下的理論值，形成實測值與理論值的相對關(guān)系見圖3所示。

圖中原設(shè)計值表示按原設(shè)計計算，成橋后2年后再徐變等效應(yīng)下尚存的有效預(yù)應(yīng)力。A類臨界值表示按A類構(gòu)件設(shè)計，有效預(yù)應(yīng)力需保證的下限值。低于此值，則不滿足A類構(gòu)件設(shè)計要求，且梁底拉應(yīng)力可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。B類臨界值表示按B類構(gòu)件設(shè)計，成橋后2年后再徐變等效應(yīng)下尚存的有效預(yù)應(yīng)力，若低于此值，梁底拉應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫將超過0.1mm。由此可知：本次所測鋼絞線恒載有效預(yù)應(yīng)力實測值均比理論計算值較低。2-3#、不能滿足A類構(gòu)件設(shè)計，梁體出現(xiàn)了裂縫。

3.4 橋梁荷載試驗結(jié)果

3.4.1 靜載試驗結(jié)果

①結(jié)構(gòu)剛度。

試驗荷載作用下，各控制截面的實測撓度小于計算值，撓度校驗系數(shù)介于0.16～1.09之間，低于或處于規(guī)范規(guī)定的常值范圍（0.60～1.10）。靜載試驗結(jié)果表明，試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求。

②結(jié)構(gòu)強度。

試驗荷載作用下，實測應(yīng)力總體正常，應(yīng)力校驗系數(shù)處于0.42～1.07之間，和規(guī)范規(guī)定的常值范圍（0.60～1.10）接近。靜載試驗結(jié)果表明，試驗橋跨測試截面的結(jié)構(gòu)受力正常，結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。

3.4.2 動載試驗結(jié)果

動荷載試驗進行了振型計算、自振頻率測試、行車動力響應(yīng)計算。得到自振頻率結(jié)果如表2所示，動力增大系數(shù)如表3所示。

檢測結(jié)果分析：橋梁前三階豎向彎曲自振頻率實測值分別為4.69Hz、5.47Hz、7.23Hz，與計算自振頻率的比值介于1.03～1.22之間，實測自振頻率大于計算頻率，表明結(jié)構(gòu)實際剛度大于計算剛度，與靜力試驗的檢測結(jié)果相符。單車30km/h、40km/h、50km/h行車試驗，中跨跨中截面（J3）的實測應(yīng)變增大系數(shù)為1.14，較設(shè)計規(guī)范取值（1+μ=1.26）偏小。行車動荷載作用下，測試截面的動力響應(yīng)正常。動載試驗結(jié)果表明，試驗橋梁橋跨結(jié)構(gòu)的實測自振特性以及測試截面的行車動力響應(yīng)正常。

3.4.3 荷載試驗結(jié)論

橋梁橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求;橋跨結(jié)構(gòu)受力正常，結(jié)構(gòu)強度基本能滿足設(shè)計荷載要求。在試驗荷載下，試驗后對裂縫進行了復(fù)查，縫長、縫寬均無發(fā)展，表明試驗荷載下裂縫狀態(tài)較穩(wěn)定。動載試驗結(jié)果表明，橋跨結(jié)構(gòu)的實測自振特性以及測試截面的行車動力響應(yīng)正常。綜上所述，靜、動力荷載試驗的結(jié)論意見為：在試驗加載過程中結(jié)構(gòu)基本呈彈性工作狀態(tài)，滿足規(guī)范要求，試驗橋跨結(jié)構(gòu)承載力滿足設(shè)計荷載（公路-I級）的要求。

4? 結(jié)論與建議

4.1 預(yù)應(yīng)力T梁裂縫成因分析

結(jié)合T梁裂縫形態(tài)、分布和鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力測試結(jié)果，分析梁體裂縫主要成因如下：

①施工期間混凝土澆筑完成后，施工養(yǎng)護可能不當。而腹板面積較大、較薄，失水較快，且腹板鋼筋配筋較馬蹄和翼板少，對混凝土的約束較弱，導(dǎo)致腹板混凝土收縮受到了馬蹄和翼板的約束而受拉，產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度開裂。此外混凝土配合比及添加劑的不合理，也可能導(dǎo)致梁體表面出現(xiàn)收縮裂縫。

②抽檢T梁鋼絞線恒載有效預(yù)應(yīng)力實測值均小于A類構(gòu)件限值，梁底拉應(yīng)力超限，在運營荷載作用下梁體開裂。大部分T梁腹板豎向裂縫始于翼板倒角與腹板結(jié)合處，部分裂縫下端止于馬蹄與腹板結(jié)合處，部分止于馬蹄斜面，部分止于馬蹄下部側(cè)面。分析其原因為荷載作用下，跨中區(qū)域下部受拉，原腹板表面收縮裂縫下端受拉而發(fā)展;部分T梁有效預(yù)應(yīng)力較低也促使了裂縫的向下發(fā)展。但由于馬蹄區(qū)域配筋率高，鋼束、鋼筋、箍筋的套箍作用抑制了裂縫的發(fā)展，所以多數(shù)裂縫至于馬蹄區(qū)域，幾乎未貫通梁底。

綜上所述，在預(yù)應(yīng)力有效值降低和超載共同作用下，導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生，且由于腹板是構(gòu)造上的薄弱位置，在多種因素影響下，裂縫主要存在于腹板區(qū)域。

4.2 加固建議

①建議對梁體裂縫根據(jù)裂縫寬度進行處理：裂縫寬度<0.15mm，采用環(huán)氧樹脂膠泥進行封閉;裂縫寬度≥0.15mm，采用低壓注射環(huán)氧樹脂膠進行修補，并對處治后的裂縫加強觀測，對裂縫處治后再在腹板縱橋向粘貼碳纖維布。

②對裂縫病害嚴重的梁體采取體外預(yù)應(yīng)力進行加固補強，抑制裂縫的進一步發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的承載力及抗裂能力，使梁體保持在A類構(gòu)件的設(shè)計水平。

③建議每隔一定時間對橋梁結(jié)構(gòu)裂縫進行定期檢測，根據(jù)裂縫、線形的發(fā)展狀況及時采取相應(yīng)處治措施，保證橋梁結(jié)構(gòu)處于一個良好的工作狀態(tài)。加強通行荷載的監(jiān)測與統(tǒng)計，應(yīng)對超載車輛采取限制措施，避免超載作用下結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展，并保證結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻：

[1]杜世生，等.體外預(yù)應(yīng)力筋加閩梁橋后抗彎極限強度的計算[J].華東公路，1991（4）：25-29.

[2]單成林.無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝連續(xù)梁橋的配筋勾極限強度驗算習(xí)[J].東北公路，1995（1）：32-34.

[3]賈宏強.體外預(yù)應(yīng)力加固梁的試驗研究[J].公路交通技術(shù)，2002（3）：46-48.

[4]雷俊卿.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2007.3.

[5]中華人民共和國交通運輸部.JTG/T，J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[6]張樹仁，王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計[M].人民交通出版社，2008.