彭戈
(貴州省公路建設養(yǎng)護集團有限公司,貴州 貴陽 550001)
橋梁經(jīng)過長時間的使用,其在服役期內(nèi)不可避免地會出現(xiàn)各種病害,如不能及時維修養(yǎng)護,則會對橋梁的正常使用造成一定影響。本文以某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋為例,分析了橋體裂縫病害產(chǎn)生原因,并提出具有針對性的處理措施,以期全面提高橋梁結構的力學性能,確保交通通行安全。
某橋梁工程,主橋為現(xiàn)澆連續(xù)梁結構,箱梁為單箱單室斷面結構,箱梁高1.5m,頂板寬16.15m,底板寬7.65m,跨中位置處,頂板厚25cm,底板厚20cm,其橫斷面結構如圖1所示。
圖1 箱梁標準橫斷面示意圖(單位:cm)
通過檢測發(fā)現(xiàn),該橋梁左幅測得的基頻實際值略低于理論值,有些裂縫寬度較大,有些裂縫經(jīng)補強處理后仍舊不穩(wěn)定,個別部位的裂縫經(jīng)修復后出現(xiàn)了二次開裂現(xiàn)象,分布情況具體見表1。采用鉆芯取樣和內(nèi)窺鏡技術對橋梁第11 跨左幅橋右側腹板和梗斜結合部位的縱向裂縫進行檢測,發(fā)現(xiàn)該部位縱向裂縫長度為8.9m,寬度為0.7mm,縫長幾乎為跨長的1/3,屬貫穿性裂縫。盡管在較短時間內(nèi)不會對橋梁結構造成嚴重影響,但隨著時間的推移及車輛荷載的反復作用,會在極大程度上造成裂縫擴大,大幅降低橋梁結構的承載能力,給交通安全帶來極為不利的影響。若不及時對裂縫實施加固處理,勢必會使裂縫逐漸增大,進一步對其內(nèi)部結構造成破壞,導致混凝土剝落,鋼筋銹蝕等嚴重問題,最終會對腹板箍筋產(chǎn)生疲勞破壞。造成橋面垮塌。通過檢測分析橋梁主梁最終評定技術狀況為四類,主梁整體結構強度存在明顯降低的趨勢,承載能力達不到正常使用需求,應及時實施加固處理。
表1 裂縫病害檢測分布情況
2.1.1 橋梁裂縫分布
裂縫出現(xiàn)在承托和腹板外部結合部位,順著該部位縱向發(fā)展,總體位于1/4~3/4 跨(如圖2 所示)。此種裂縫一共有10 條,第10 跨右幅及11 跨位置有7 條,其余3 條分布于第3、8 跨。而11 跨左幅位置處為貫穿性裂縫,其長度為8.9m,縫寬為0.7mm。結合檢測數(shù)據(jù)能夠看出,此種裂縫還處于不斷發(fā)展狀態(tài)。
圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫
2019 年10 月,第11 跨箱梁實施開孔處理,并經(jīng)專業(yè)檢測人員進入箱內(nèi)檢測,結果發(fā)現(xiàn)箱梁內(nèi)部特定部位存在裂縫,且較為嚴重(見圖3)。
圖3 箱梁腹板與倒角交界面箱內(nèi)裂縫
2.1.2 成因分析
該橋第10 跨和第11 跨在進行箱梁混凝土澆筑時,豎向分2 次進行澆筑,先澆筑底板和腹板,再澆筑頂板,且前、后兩次澆筑的連接部位為倒角和腹板連接位置,第11 跨右幅位置首次澆筑完成6d 后進行第2 次澆筑。因接茬部位施工不規(guī)范造成前后兩次澆筑的混凝土黏結力不足,再加之混凝土自身收縮徐變的作用,使結構開裂嚴重。
查閱設計資料,發(fā)現(xiàn)該橋梁底板設計寬度較小,遠小于翼緣板寬度,腹板結構強度、剛度不足,受力結構不合理,在使用階段,箱梁自身產(chǎn)生的撓度及車輛荷載的持續(xù)作用會在極大程度上加速裂縫發(fā)展和蔓延。
綜上所述,結構設計不合理,施工不規(guī)范是造成梁體開裂的主要原因,后期混凝土自身的收縮、使用階段的箱梁撓度及車輛荷載作用進一步加速裂縫發(fā)展。
2.2.1 裂縫分布
由表1 可知,箱梁底板位置開裂165 處,各個跨徑均有分布,大部分位于1/4~3/4跨。新產(chǎn)生的裂縫有50條(主要分布于5、6、7、8、10、11 跨),初次加固后的有86 條,而加固后再次裂開的有2 條,加固后仍不斷發(fā)展的裂縫有27條。
2.2.2 成因分析
該橋梁結構設計存在缺陷,箱梁梁高偏低、底板厚度偏小,結構強度、剛度嚴重不足,加之該橋梁處于繁忙路段,日通車總量高達2.5 萬輛,超重、重載通行量約3 000 多輛,大橋已陷入嚴重超負荷使用狀態(tài)。箱梁底板在重載持續(xù)影響下形成了較大彎拉變形,混凝土縱向拉應力遠高于其所能承受的極限抗拉強度,從而導致梁底出現(xiàn)橫向裂縫。此類裂縫是最為常見的受力裂縫。此外,還可能存在其他方面的因素,如設計缺陷、施工質量、原材料質量不達標等,均會造成箱梁底板裂縫。
距支座6m 位置處,箱梁梁身環(huán)型開裂分布集中,局部裂縫表現(xiàn)為貫通裂縫,連接底板、腹板和翼緣板結構。該橋梁共計分為11個區(qū)段進行現(xiàn)澆混凝土施工,接縫部位是箱梁預應力鋼絞線張拉、錨固、接長位置,若出現(xiàn)裂縫會大幅降低箱梁承載能力和使用壽命。同時,一些裂縫已貫通至翼緣板,必須對箱梁實施開孔處理,然后對其內(nèi)部進行全面檢測,尤其要重視對其頂板部位的檢測,看是否存在裂縫發(fā)展狀況。
在車輛正常通行狀況下測得的動撓度和沖擊系數(shù)最大值全部位于第11 跨左幅,具體數(shù)值分別為5.723mm 和1.321,實際沖擊系數(shù)明顯高于理論值1.189;而在該部位測得的基頻值為2.95Hz,明顯低于理論值3.11Hz。充分證明橋梁結構剛度逐步降低。
剛度是箱梁關鍵的力學性能指標,直接決定著箱梁的承載力及穩(wěn)定性。第11 跨開裂極為嚴重,且仍處于發(fā)展趨勢,是造成箱梁剛度降低的直接原因。
加固處理前必須對整個橋梁實施全面細致的檢查和檢測,進一步核實裂縫存在的部位、長度、寬度以及深度等情況,并繪制直觀的裂縫分布圖,便于分析和處理。針對縫寬超過0.15mm 的部位采用壓力注漿法加固,對縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固;梁底粘貼碳纖維布補強部位,對縫寬小于0.15mm的裂縫,無須另作處理;
混凝土面層輕微剝落、麻面等病害,可通過砂漿修補;對面層剝落嚴重,已出現(xiàn)漏筋、預埋件外露缺陷部位,必須先對裸露鋼筋、預埋件進行除銹處理并涂抹阻銹劑,在利用聚合物砂漿進行修補。
該橋梁在第11 跨位置產(chǎn)生了長度為8.9m 的縱向裂縫。通過加載試驗數(shù)據(jù)顯示第11 跨位置箱梁腹板剛度明顯降低,而且箱內(nèi)裂縫比箱外更加嚴重。綜合第11跨實際概況,重點對第9?!?1#墩間跨的箱梁腹板位置產(chǎn)生的縱向裂縫實施加固補強處理,實施方案為:對腹板縱向裂縫位置采取壓力注漿加固,并在腹板內(nèi)外兩側對稱粘貼加勁鋼板(見圖4)。
圖4 腹板內(nèi)外側粘貼加勁鋼板橫斷面(單位:cm)
加勁鋼板、螺桿材質規(guī)格均為Q345B 級,加勁鋼板寬200mm,厚8mm,長度根據(jù)具體狀況確定;桿徑12mm,預埋深度120mm。為有效貼合倒角,通過熔透法施工實現(xiàn)加勁板與粘貼鋼板的有機融合,然后在對其實施加固處理。粘貼加固通過壓力灌漿法完成。箱梁打孔前必須對內(nèi)部鋼筋及預埋件具體位置進行精準定位,結合具體狀況對螺桿位置實施調(diào)節(jié),確保與預應力筋及主筋位置互不干擾,有效提升鉆孔準確度。箱梁混凝土鉆孔完成并經(jīng)驗收合格后,結合混凝土孔位對粘貼鋼板孔位進行精準定位,保證二者對應的準確性。粘貼牢固后,立即組織工人進行腹板縱向裂縫壓力注漿施工,同時對加固部位實施防腐處理,具體防腐處理情況可參考表2 執(zhí)行。
表2 鋼結構工程涂裝防護體系材料性能指標
為準確調(diào)查箱梁內(nèi)部開裂分布情況,先后在第10跨、11 跨箱梁底部切割檢測通道,方便檢測人員進入箱梁內(nèi)部實施精確檢測,共計4 個。通道口設置于距墩臺中軸線6.2m(與施工區(qū)段接茬位置對稱)位置,孔徑為80cm。切割前,必須對開口部位實施預加固處理。
在對橋梁梁底橫縫進行加固時,應先對其表面輕微的質量缺陷進行修復,然后再進行梁底橫縫加固處理。待施工完畢并驗收通過后,在作業(yè)表面施作碳纖維布防護體系,防護體系施工控制參數(shù)見表3。
表3 碳纖維布表面防護體系
在距橋墩中軸線6m 位置布設施工區(qū)段連接縫。施工縫均存在不同程度的開裂現(xiàn)象,且有些裂縫呈貫穿性,極為嚴重。此區(qū)段拼縫結合位置恰好位于預應力筋張拉和連接區(qū)域,嚴重影響結構穩(wěn)定性和安全性。在接茬部位沿縫切割寬度為20mm,深度20mm 的U形槽,并在槽內(nèi)嵌入防水砂漿,施工完成后及時采取養(yǎng)護措施,并嚴格控制養(yǎng)護期限,不得低于3d。節(jié)段拼縫加固效果圖如圖5所示。
圖5 施工節(jié)段拼縫加固效果圖(單位:mm)
通過調(diào)查得知,該橋梁坐落區(qū)域空氣腐蝕質量狀況為中度腐蝕(Ⅱ),混凝土防腐設計等級為長期防腐,有效期限不得低于20年。
綜上所述,針對現(xiàn)澆箱梁梁體裂縫、節(jié)段拼縫處裂縫等質量病害,結合其形成的具體原因制定出了切實可行的加固方案:
(1)對于梁體混凝土表面裂縫、鋼筋預埋件裸露的病害,可通過聚合物水泥砂漿修復。
(2)對于腹板縱向開裂病害,縫寬超過0.15mm 的部位采用壓力注漿實施加固,對縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固,箱體內(nèi)外對稱粘貼加強鋼板補強。
(3)對于箱梁底部橫向開裂,采取粘貼碳纖維布方案治理。
(4)對于梁體節(jié)段接茬位置裂縫,通過開U形槽、填充水泥基滲透結晶型防水材料的方式加固。