肋板式橋臺裂縫處理研究

董 婉

(河北銳馳交通工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050019)

0 引言

橋臺是連接兩岸道路的橋路銜接構(gòu)造物，其除了支承上部結(jié)構(gòu)外，還起著擋土護岸的作用。橋臺不僅承受由支座傳來的豎直力和水平力，還承受臺后填土及填土上附加作用引起的側(cè)向土壓力。橋臺如果出現(xiàn)裂縫，將會對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，嚴重的可能會影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。因此，有必要對出現(xiàn)裂縫病害的橋臺進行有效的加固處治，增強結(jié)構(gòu)強度，延長其使用壽命。

1 工程實例分析

1.1 工程概述

該橋位于某高速公路跨越河道處，橋梁全長285 m，其中主橋為3孔預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)(主墩為V型墩)，中孔跨徑為60 m，兩邊孔各為35 m，長度為130 m。下行方向引橋為一孔預(yù)應(yīng)力簡支空心板，上行方向引橋為5孔預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù)空心板。上部結(jié)構(gòu)設(shè)置3條伸縮縫，即兩岸橋臺處以及5孔引橋與主橋連接處，下行方向簡支孔與主橋間不設(shè)伸縮縫，采用橋面連續(xù)方式處理。下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，V型墩及橋臺基礎(chǔ)設(shè)置承臺，其他一般中墩采取樁接墩柱，不設(shè)承臺。橋臺處采用肋板式橋臺，肋板臺厚度為0.8 m，高度為8.5 m。

1.2 病害概況

根據(jù)橋梁檢測情況，該橋橋臺處蓋梁側(cè)面部分混凝土脫落，脫落處長3.2 m、高0.8 m、厚0.2 m，脫落部分沒有鋼筋外露；下部肋板臺出現(xiàn)上寬下窄的斜向結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫貫通至蓋梁，裂縫最寬處可達5 cm，長度沿肋板延伸約1.5 m，遠遠超過了《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求。

1.3 病害原因分析

本橋2008年對上行方向0號橋臺80型異型鋼伸縮縫更換為80型異型鋼伸縮縫，更換原因為鋼梁斷裂；2015年對下行方向0號橋臺160型異型鋼伸縮縫更換為160型異型鋼伸縮縫，更換原因為鋼梁多處焊縫、混凝土帶損壞；2019年對下行方向0號橋臺160型異型鋼伸縮縫更換為160型梳齒板伸縮縫，更換原因為鋼梁斷裂。自2014年以來，下行方向0號橋臺經(jīng)常出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

綜合該橋養(yǎng)護歷史來看，在2008—2019年間多次更換伸縮縫，更換原因為鋼梁多處焊縫、混凝土帶損壞，伸縮縫更換過程中梁端間距存在雜物填充、背墻擠死的情況，致使主梁不能自由伸縮，產(chǎn)生了較大的水平推力。在該力的反復作用下，臺后土壓力也變得不再均勻，二者相互作用。而且，下部結(jié)構(gòu)剛度較大，蓋梁與肋板交界處截面較小(肋板寬1.5 m，厚0.8 m)，在較大水平推力下，該處成為受力薄弱面，加上混凝土收縮徐變以及溫度荷載等長期作用，最終使肋板在彎矩和剪力共同作用下發(fā)生斜截面剪切破壞，出現(xiàn)了上寬下窄的斜裂縫，嚴重的甚至已經(jīng)出現(xiàn)裂縫貫通的現(xiàn)象。裂縫的存在，致使臺后填土不再密實，也會導致橋頭跳車，汽車沖擊力對肋板來說也是不利的因素，長此以往，肋板裂縫也會逐漸增大，最終出現(xiàn)現(xiàn)場病害。

2 加固措施

2.1 蓋梁維修處治

根據(jù)現(xiàn)場病害情況，蓋梁側(cè)面混凝土脫落20 cm寬度范圍內(nèi)仍沒有鋼筋外露，說明極大可能是建設(shè)期施工原因?qū)е拢虼藳Q定對蓋梁側(cè)面脫落處進行維修處治。具體為鑿除蓋梁脫落處混凝土，直至露出滿足原設(shè)計強度的混凝土，對外露的鋼筋進行除銹，除銹完成采用等直徑鋼筋進行焊接補強。搭設(shè)模板布置鋼筋，并通過植筋技術(shù)將新修補混凝土與原結(jié)構(gòu)連接，植入鋼筋采用梅花形布置。施工前應(yīng)先探明原結(jié)構(gòu)鋼筋位置，不得損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋。由于蓋梁底部混凝土難以振搗密實，擬采用自密實混凝土進行澆筑，相關(guān)質(zhì)量要求參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 283-2012)。

2.2 臺后土體加固處治

肋板加固處理前，首先應(yīng)該對肋板臺開挖后臺后土體進行加固處治。挖除肋板橫橋向及順橋向填土后，對肋板后側(cè)填料采用打錨桿、支撐鋼板法進行加固。具體內(nèi)容如下：

(1)垂直于臺后墻身鉆孔，錨孔橫向間距為100 cm，縱向間距為100 cm，孔深10 m，鉆孔孔徑>90 mm，成孔后用高壓風機清除孔內(nèi)碎屑等雜物，插入錨桿，并將M30水泥砂漿注入錨孔。為保證孔內(nèi)漿液飽滿，應(yīng)二次注漿。

(2)錨桿施工完成后，在臺后墻身橫向和豎向均采用20 mm厚分塊鋼板支撐，將鋼板與填土盡可能粘結(jié)密實。

(3)臺后土體加固完成后，對肋板臺后粘貼鋼板與土體空隙部分采用水泥漿澆筑，使鋼板與填土粘貼密實。

2.3 肋板加固處治

增大截面法加固肋板臺的原理是通過鉆孔植筋，在肋板臺產(chǎn)生裂縫的截面增大側(cè)面外包混凝土面積，澆筑新混凝土與原結(jié)構(gòu)形成整體，從而增大肋板臺的有效厚度和受力鋼筋面積，提高肋板臺的承載力。對肋板臺進行加固處治時，首先封閉肋板裂縫，并對肋板順橋向施加預(yù)應(yīng)力鋼筋進行加固，橫橋向側(cè)面采用增大截面法進行加固。具體內(nèi)容如下：

(1)裂縫處理前先沿其垂直位置粘貼10 cm寬鋼板條，并灌注環(huán)氧樹脂膠[1][5]。

(2)對3塊肋板順橋向設(shè)置預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋進行加固。每個肋板各設(shè)置三處預(yù)應(yīng)力，每處預(yù)應(yīng)力在肋板橫向兩側(cè)各設(shè)置兩根精軋螺紋鋼筋，在肋板順橋向兩側(cè)各設(shè)置一處鋼結(jié)構(gòu)錨固端。在現(xiàn)有肋板臺前端通過植筋并澆筑C60高強無收縮灌漿料延伸出20 cm長的范圍，方便鋼結(jié)構(gòu)錨固端錨固。

(3)肋板橫橋向兩側(cè)采用增大截面法進行加固處治[2-4]，即在原肋板兩側(cè)各加寬30 cm，并在肋板臺前端相同位置延伸出20 cm長的范圍，澆筑C50自密實混凝土。

(4)在蓋梁底鉆孔植栓，豎向支撐為φ200 mm無縫鋼管，并用φ57 mm無縫鋼管連接形成桁架式，豎向鋼管之間用法蘭盤連接固定。

(5)在無縫鋼管底通過干砂灰找平層找平后，支墊16 mm厚整體鋼板。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 植筋工藝要求

(1)鉆孔前應(yīng)對鋼筋進行探測，鉆孔應(yīng)避開梁體鋼筋，避免造成損傷。

(2)鉆孔：孔深與鋼筋埋設(shè)深度相同，孔徑比鋼筋大2～4 mm，孔位應(yīng)避讓原構(gòu)造鋼筋，孔道應(yīng)順直。

(3)清理鉆孔：孔道先用硬鬢毛刷清理，再以高壓干燥空氣吹去孔底灰塵、碎片和水分，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥。

(4)灌膠：將植筋膠由孔底灌注至孔深2/3處，待插入鋼筋后，植筋膠即充滿整個孔洞。

(5)插入鋼筋：鋼筋插入前應(yīng)清除插入部分的表面污物，污物應(yīng)先以鋼刷清除，再用丙酮擦凈，并予拭干。錨栓須插入孔底，孔口多余的植筋膠應(yīng)清除。

(6)在膠液干固之前，避免擾動鋼筋和在孔位附近的明水。

(7)為確保加固施工質(zhì)量，減小焊接對植鋼筋的影響，植鋼筋施工應(yīng)嚴格按《混凝土加固設(shè)計規(guī)范》(GB 50367-2013)和設(shè)計要求進行。鋼筋鉆完孔后，應(yīng)立即清理干凈，并予以植埋，避免成片植鋼筋孔長時間空待。對施工的盲孔應(yīng)立即清孔干凈后用植筋膠回填。

3.2 臺后土體加固

(1)采用合適的鉆機鉆孔，鉆孔要垂直臺面。錨桿采用φ22 mm鋼筋，縱、橫向間距均為100 cm。

(2)插入錨桿，采用壓力泵將1∶1的水泥砂漿注入錨孔。要保持0.1 MPa的工作壓力。注漿時注漿管應(yīng)插至孔底5～10 cm處，隨砂漿的注入緩慢勻速拔出。注漿要保證砂漿飽滿，不得出現(xiàn)里空外滿的現(xiàn)象。

(3)注漿完成后，若孔口無砂漿溢出，應(yīng)及時補注砂漿。

(4)采用厚20 mm鋼板支撐墻身，鋼板表面須進行除銹和粗糙處理。如鋼板未生銹或輕微生銹，可用噴砂、紗布或平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤；如鋼板銹蝕嚴重，須先用適度鹽酸浸泡20 min，使銹層脫落，再用石灰水沖洗，中和酸離子，最后用平砂輪打磨出紋道。

(5)臺后土體加固完成后，對肋板臺后粘貼鋼板與土體空隙部分采用水泥漿澆筑，使鋼板與填土粘貼密實。

3.3 預(yù)應(yīng)力工藝要求

(1)將全部預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋穿好，并用錨具臨時錨固后方可張拉；(2)僅在肋板臺前單端張拉預(yù)應(yīng)力筋，張拉時注意兩側(cè)預(yù)應(yīng)力筋對稱張拉；(3)設(shè)計張拉力：600 kN；(4)張拉程序：0→初應(yīng)力→1.05張拉控制應(yīng)力(持荷5 min)→0.9張拉控制應(yīng)力→控制應(yīng)力(錨固)；(5)在兩側(cè)鋼板錨固端灌注C40微膨脹水泥砂漿；(6)在肋板臺前端通過植筋并澆筑混凝土延伸出20 cm長的范圍，保證鋼結(jié)構(gòu)錨固端與肋板緊密貼合。

4 結(jié)語

本文分析了某高速公路橋梁橋臺處蓋梁及肋板臺出現(xiàn)裂縫病害的原因，提出蓋梁維修處治措施，以及采用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋結(jié)合增大截面法加固肋板臺的措施，提高了結(jié)構(gòu)整體強度及承載能力，延長了結(jié)構(gòu)使用壽命。同時介紹了植筋工藝要求、臺后土體加固、預(yù)應(yīng)力工藝要求等內(nèi)容，指導了施工?？晒┩惞こ探梃b與參考。