粘貼鋼板法在普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁加固中的應(yīng)用

鄧妃琴

(京珠高速公路廣珠段有限公司，廣州 528445)

0 引言

普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁是高等級(jí)公路橋梁典型的型式之一。然而，在鋼筋混凝土連續(xù)箱梁營(yíng)運(yùn)多年后，結(jié)構(gòu)物不同位置出現(xiàn)的裂縫在降低其安全性和耐久性的同時(shí)，也較大地影響橋梁的服役壽命。因此，對(duì)帶縫工作的鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行加固處理，可延長(zhǎng)其使用壽命、提高安全性和耐久性。

曹娟麗[1]通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)評(píng)估結(jié)果，提出了一些較為有效的加固措施；楊斌[2]采取體外預(yù)應(yīng)力加固的手段對(duì)梅觀高速公路一座鋼筋混凝土箱梁進(jìn)行了加固處理；曹丕[3]結(jié)合主梁開裂的原因，以承載力和撓度為目標(biāo)，研究了不同加固措施的有效性；王飛躍[4]從設(shè)計(jì)的角度分析了箱梁出現(xiàn)裂縫的原因，并給出了相應(yīng)的加固維修措施。

本文依托廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁專項(xiàng)加固處治工程，通過病害分析、加固前后正截面抗彎承載能力的對(duì)比分析，分析粘貼鋼板法的處治效果，為同類工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

廣澳高速公路廣珠段全長(zhǎng)62.4km，于1995年10月開工，1999年12月建成通車運(yùn)營(yíng)。全線鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋共17座。

鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋在重載、超載交通影響下，營(yíng)運(yùn)多年后，箱梁主控截面存在較多裂縫，主要為：(1)梁體跨中部位腹板出現(xiàn)豎向裂縫；(2)底板出現(xiàn)通長(zhǎng)斷續(xù)橫向裂縫；(3)墩頂部位翼緣板出現(xiàn)橫向裂縫。尤以坦尾互通A匝道橋、坦尾互通B匝道1號(hào)橋、跨番中公路特大橋三座大橋尤為突出，本文主要對(duì)此三座大橋的病害進(jìn)行分析。

1.1 坦尾互通A 匝道橋

坦尾互通A 匝道橋2#跨～7#跨梁底存在多條橫裂縫、腹板存在多條豎裂縫，部分底板裂縫與腹板的相連成L型裂縫，同時(shí)部分底板開裂處伴有露筋現(xiàn)象。裂縫主要分布在1/5跨至4/5跨之間，寬度在0.08～0.26mm之間。以上裂縫大部分已修補(bǔ)，個(gè)別未修補(bǔ)，部分開裂處伴隨滲水現(xiàn)象，同時(shí)部分裂縫修補(bǔ)層存在偏薄現(xiàn)象，導(dǎo)致在修補(bǔ)裂縫走向位置呈現(xiàn)裂痕現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析，其原因主要是橋梁上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土連續(xù)梁，箱梁在荷載作用下承受較大的彎矩，采用環(huán)氧水泥修補(bǔ)裂縫并未能從根本上改善結(jié)構(gòu)的受力狀況。

1.2 坦尾互通B匝道1號(hào)橋

坦尾互通B匝道1號(hào)橋各跨梁體腹板跨中附近均有豎向裂縫，裂縫寬度均在0.1mm左右，且底板跨中附近有間距20cm左右的斷續(xù)橫向裂縫，裂縫最大寬度0.15mm。上述裂縫大部分已進(jìn)行封閉處理，修補(bǔ)后未見重新開裂，R24#跨梁底1/4～3/4 跨徑范圍新增密集細(xì)小橫裂縫，腹板存在多條豎裂縫。

1.3 跨番中公路特大橋

跨番中公路特大橋部分橋跨底板跨中附近或1/4～3/4跨新增較密集細(xì)小橫裂，裂縫呈斷續(xù)通長(zhǎng)分布，δ=0.06～0.12mm，@=15～25cm。個(gè)別裂縫與腹板豎裂縫、翼板橫裂縫相連接，形成“L”型或“U”裂縫，且個(gè)別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損現(xiàn)象；個(gè)別橋跨腹板新增多條豎裂縫，δ=0.08～0.28mm，個(gè)別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損等現(xiàn)象。

此外，部分裂縫靠近腹板側(cè)局部有露筋現(xiàn)象，測(cè)量底板鋼筋保護(hù)層，測(cè)量值普遍在21～28mm之間，個(gè)別保護(hù)層最薄處僅9mm(底板靠近腹板側(cè))，且較多重車行駛的車道對(duì)應(yīng)處的裂縫寬度比較大。梁體開裂主要由于鋼筋保護(hù)層偏薄或重載沖擊作用下，跨中梁底及附近承受較大正彎矩所致。

左幅部分鋼筋混凝土連續(xù)箱梁病害情況見表1。

表1 左幅部分鋼筋混凝土連續(xù)箱梁病害

2 正截面抗彎承載力計(jì)算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)[5]和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 023-85)[6]給出了鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力的驗(yàn)算方法，本文主要采用上述兩個(gè)規(guī)范分別對(duì)鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。下文對(duì)以上兩規(guī)范分別簡(jiǎn)稱為04規(guī)范和85規(guī)范。

2.1 坦尾互通A匝道橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對(duì)坦尾互通A 匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，具體的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 坦尾互通A匝道橋結(jié)構(gòu)抗彎承載力

04規(guī)范正截面抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置，數(shù)值為14 395.7 kN·m；負(fù)彎矩最大位置為第六個(gè)支點(diǎn)位置，數(shù)值為-15 653.2 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為12 436.6 kN·m。

85規(guī)范正截面抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置，數(shù)值為11 957.6kN·m；負(fù)彎矩最大位置為第六個(gè)支點(diǎn)位置，數(shù)值為-14 656.8 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為8 579 kN·m。

依據(jù)04規(guī)范的計(jì)算結(jié)果表明，邊跨跨中和中跨跨中位置結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不足。

2.2 坦尾互通B匝道1號(hào)橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對(duì)坦尾B 匝道1號(hào)橋第三聯(lián)11×26m普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，具體的計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 坦尾互通B匝道1號(hào)橋結(jié)構(gòu)抗彎承載力

04規(guī)范正截面抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為23 625.5 kN·m；負(fù)彎矩最大位置為第二個(gè)支點(diǎn)位置，數(shù)值為-26 283.9 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力數(shù)值為22 136.3kN·m。

85規(guī)范正截面抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為19 779.7 kN·m；負(fù)彎矩最大位置為第二個(gè)支點(diǎn)位置，數(shù)值為-26 693 kN·m。中跨跨中位置數(shù)值為13 976.3kN·m。

由04規(guī)范計(jì)算結(jié)果可知，三個(gè)位置的結(jié)構(gòu)抗彎承載力富余度均小于0，表明抗彎承載能力不足。

2.3 跨番中公路跨線橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對(duì)跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，具體的計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 跨番中公路跨線橋R18-25跨結(jié)構(gòu)抗彎承載力

依據(jù)04規(guī)范的正截面抗彎承載能力計(jì)算表明：全聯(lián)20m 跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為20 544.1 kN·m，20m 中跨跨中位置內(nèi)力為19 035.3 kN·m，27m 跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置，數(shù)值為26 151 kN·m，20m 跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點(diǎn)，數(shù)值為-24 427.7 kN·m，27m 跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點(diǎn)，數(shù)值為-31 513.2kN·m。

依據(jù)85規(guī)范的正截面抗彎承載能力計(jì)算表明：全聯(lián)20m 跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為17 451.6kN·m，20m 中跨跨中位置內(nèi)力為12 748.3kN·m，27m 跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置，數(shù)值為為19 529 kN·m，20m 跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點(diǎn)，數(shù)值為-24 594.7 kN·m，27m 跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點(diǎn)，數(shù)值為-30 202kN·m。

依據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計(jì)算得到內(nèi)力最大的位置均相同，但04規(guī)范計(jì)算結(jié)果表明，跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁20m邊跨跨中、20m中跨跨中、27m中跨跨中、20m中跨中支點(diǎn)及27m中跨中支點(diǎn)的富余度均小于0，其抗彎承載能力均不足。

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對(duì)跨番中公路跨線橋L20-26跨20+5×25+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 跨番中公路跨線橋L20-26跨結(jié)構(gòu)抗彎承載力

同前述分析方法一樣，由表5可知，跨番中公路跨線橋L20-26 跨20m+5×25m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板典型位置的富余度小于0的情況較為突出，表明抗彎承載力也存在不足的情況。

3 粘貼鋼板法加固措施

基于廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫密集、正截面抗彎承載能力不足的現(xiàn)狀，采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固。

3.1 加固材料

(1)加固用的鋼板為Q345C鍍鋅鋼板，鋼板、連接螺栓及焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用。為保證防銹要求，鋼板必須采用工廠所生產(chǎn)的熱鍍鋅鋼板，鍍鋅層厚度100μmm。

(2)運(yùn)輸及施工過程中要求盡量避免刮花鋼板。對(duì)小型傷口及焊縫，要求先將焊接處以及焊接處兩邊5cm的區(qū)域用鋼絲輪打磨干凈，涂上一層高強(qiáng)樹脂漆，待樹脂漆徹底干燥后涂上一層富鋅漆即可。有條件時(shí)，也可使用鍍鋅鋼桶專用焊縫補(bǔ)鋅機(jī)進(jìn)行熔鋅補(bǔ)鋅。

(3)加固所用的粘鋼膠必須滿足強(qiáng)度要求，此外，作為粘結(jié)鋼板加固結(jié)合面的被加固構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

(4)為了防止鋼板銹蝕，延緩粘結(jié)劑的老化，鋼板表面應(yīng)做密封防水處理。

3.2 施工工藝

粘貼鋼板施工工藝：根據(jù)施工圖放樣→混凝土表面缺陷修補(bǔ)→粘結(jié)鋼板的混凝土接合面處理→配膠→植入固定鋼板的螺栓→安裝并固定鋼板→用膠泥封邊→壓入粘膠→固化→鋼板外露面防腐處理。

3.3 加固效果

3.3.1 理論計(jì)算

通過上節(jié)04規(guī)范和85規(guī)范的分析結(jié)果可知，04規(guī)范考慮了重要性系數(shù)，因而計(jì)算結(jié)果更偏于安全，因此，對(duì)加固效果的理論計(jì)算參照04規(guī)范計(jì)算方法。

加固后按照04 規(guī)范進(jìn)行了驗(yàn)算，對(duì)坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固，邊跨跨中抗彎承載力達(dá)到16 012kN·m，富余度11%；對(duì)坦尾B 匝道1號(hào)橋跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固，中跨跨中抗彎承載力達(dá)到29 095kN·m，富余度23%；對(duì)跨番中公路跨線橋跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固，27m中跨跨中抗彎承載力達(dá)到35 268 kN·m，富余度35%。

3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證粘貼鋼板法加固后的效果，根據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計(jì)算結(jié)果，選取了三座鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的部分點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)，坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中、坦尾B 匝道1號(hào)橋跨中、跨番中公路跨線橋27m中跨跨中加固后的抗彎承載力為15 983kN·m、28 864kN·m、33 289kN·m，富余度分別為11%、22%、27%。可見，實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算值，但理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果均表明，粘貼鋼板法在舊橋加固中，可以有效地提高正截面的抗彎承載能力。

4 跟蹤觀測(cè)

廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋于2015年完成粘貼鋼板法加固處治。加固處治前，表1中的22號(hào)跨21～22墩臺(tái)1/4～3/4 跨徑范圍存在16 條細(xì)小橫裂縫，裂縫長(zhǎng)度為160～880cm，裂縫寬度為0.08～0.10mm；經(jīng)跟蹤檢測(cè)，2019年，1/4～3/4 跨徑范圍的裂縫條數(shù)仍為16條，裂縫長(zhǎng)度為163～885cm，裂縫寬度為0.08～0.12mm?？梢?，采用粘貼鋼板法加固后，原密集裂縫處的細(xì)小橫裂縫沒有進(jìn)一步發(fā)展，條數(shù)沒有增加，裂縫寬度和長(zhǎng)度都在可接受的范圍內(nèi)，表明粘貼鋼板法對(duì)鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的加固效果良好。

5 結(jié)語

針對(duì)廣澳高速公路廣珠段三座大橋鋼筋混凝土連續(xù)箱梁裂縫密集的特點(diǎn)，采用04規(guī)范和85規(guī)范對(duì)正截面抗彎承載能力進(jìn)行計(jì)算，正截面抗彎承載能力不足是廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁普遍存在的問題。

通過粘貼鋼板法進(jìn)行加固處理，并對(duì)加固后正截面抗彎承載能力進(jìn)行理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和跟蹤觀測(cè)，表明粘貼鋼板法可有效地提高正截面抗彎承載能力，增加安全性和耐久性。