大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫成因分析與加固質(zhì)量檢測

陳湘亮， 王燦輝， 熊 浩

1湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院（413000） 2湖南金路方圓工程咨詢檢測有限公司（410013）

目前,加固后的橋梁一般通過荷載試驗驗證其承載能力是否滿足規(guī)范要求。雖然橋梁加固后在短期試驗荷載下能滿足承載能力要求,但對加固部位局部受力狀況以及對加固質(zhì)量的評價卻很少提及,使橋梁的耐久性能難以準(zhǔn)確的評價。一些特殊的加固工程，如由于橋梁縱向開裂，容易導(dǎo)致鋼筋銹蝕以及橋面防水困難，從橋梁耐久性方面考慮，橋梁的加固質(zhì)量對其耐久性尤為重要。本文按照現(xiàn)行規(guī)范對既有預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）連續(xù)箱梁的加固質(zhì)量進行檢測。

1 加固工程概況

某橋主橋為62m+5×105m+62m預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）變截面連續(xù)箱梁，箱梁為單箱單室截面，箱梁高度、底板厚度均按二次拋物線變化,梁高變化為6.0～2.8m,頂板厚0.28m，底板厚0.8～0.28m，底板寬5.5m，頂板寬10m。懸澆連續(xù)梁混凝土采用C50。橋面寬度:凈（9+20.5）m；設(shè)計荷載：公路—II級，人群3 kN/m2。橋型布置圖見圖1,截面布置圖見圖2。

自從在施工過程中發(fā)現(xiàn)該橋箱梁底板病害以來,主橋頂板、底板以及橫隔板多次出現(xiàn)裂縫，個別梁段在預(yù)應(yīng)力施加后甚至出現(xiàn)局部崩裂現(xiàn)象。對主橋裂縫進行全面檢測發(fā)現(xiàn)，主梁混凝土縱向開裂嚴重，7跨共計頂板裂縫404條,其中最大裂縫長度為350 cm，最大裂縫寬度為0.35mm，最大裂縫深度為25mm；橫隔板裂縫共計25條，其中最大裂縫長度為150 cm，最大裂縫寬度為0.23mm，最大裂縫深度為43 mm；底板裂縫共計73條，其中最大裂縫長度為320 cm，最大裂縫寬度為0.52mm，最大裂縫深度為31mm。

2 裂縫成因分析

箱梁多處出現(xiàn)縱向裂縫,主要是由于箱梁橫向強度不足,根據(jù)設(shè)計圖紙，采用大型通用有限元程序SAP2000對7～13號段箱梁進行詳細的局部應(yīng)力分析,采用實體單元建立空間有限元模型，結(jié)構(gòu)單元離散圖如圖3所示。

經(jīng)計算分析，跨中合攏后7～13號段考慮自重及預(yù)應(yīng)力作用下，箱梁底板最大橫向應(yīng)力出現(xiàn)在8號塊，底板最大橫向應(yīng)力為1.05 MPa;箱梁頂板最大橫向應(yīng)力出現(xiàn)在12號塊，頂板最大橫向應(yīng)力為1.01 MPa。以上應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求，結(jié)合施工過程以及現(xiàn)場檢測報告，認為該主橋裂縫成因主要有以下幾點:

1）雖然該橋設(shè)計滿足規(guī)范要求，但由于箱梁橫向未配置橫向預(yù)應(yīng)力束，箱梁橫向可以視作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫向最大拉應(yīng)力達1.05 MPa，為C50設(shè)計抗拉強度的0.57，接近規(guī)范限值，若施工中稍有不慎，很容易導(dǎo)致混凝土開裂。

2）由于底板配置較多的大規(guī)格預(yù)應(yīng)力束，而梁高采用拋物線變化，底板預(yù)應(yīng)力束的張拉勢必產(chǎn)生較大的徑向力，雖然箱梁底板設(shè)計圖上設(shè)置了拉筋（起架立筋及抵抗徑向力作用），橫向布置7道，順橋向60 cm設(shè)置一道，但根據(jù)現(xiàn)場檢測情況發(fā)現(xiàn)很少設(shè)置該鋼筋。

3）從發(fā)生局部崩裂處的混凝土來看，波紋管上下有波動起伏，局部被混凝土擠壓變形破損；同時箱梁頂、底板未按設(shè)計設(shè)置定位鋼筋，說明波紋管的線形與定位存在問題。

4）由于橋?qū)?0 m，底寬5m，預(yù)應(yīng)力波紋管布置間距相對較小，如果施工不認真細致，容易造成底板混凝土澆筑、振搗困難，混凝土骨料難以到達底板底面，對底板底面混凝土的性能造成不利影響。

5）在施工過程中，塑料波紋管材料性能、混凝土配合比、混凝土收縮、澆筑質(zhì)量的好壞，都容易造成混凝土裂縫的產(chǎn)生與開展。

3 加固處治方案

3.1 增設(shè)橫肋

由于跨中附近截面通過的底板束多，鋼束彎曲半徑小，徑向力大，故在主橋每跨9～11號梁段底板上部增設(shè)一道高35 cm，寬50 cm，混凝土標(biāo)號為C30的橫肋，提高其橫向強度和剛度，減少其彎曲變形以及底板最大橫向拉應(yīng)力。

3.2 裂縫處治方法

1）處治思路

針對該主橋的病害現(xiàn)狀，箱梁頂、底板裂縫均為縱向裂縫，與預(yù)應(yīng)力方向一致，對這些裂縫的處治思路是以封閉裂縫為主，注膠填充為輔；對于裂縫相對集中的節(jié)段，封閉或注膠后再粘貼雙層寬度為12.5 cm寬的碳纖維布補強；對于跨中橫隔板裂縫，與箱梁頂、底板裂縫處治方法相同，同時為了增加其剛度，對其進行粘貼鋼板條處理。

2）處治原則

寬度小于等于0.1 mm的裂縫，采用表面涂層封閉法處理；寬度大于0.1 mm的裂縫，均采用壁可法處理，全橋共計碳纖維布面積388.98m2。

3.3 崩裂處治方法

預(yù)應(yīng)力張拉后底板6-5-10#塊、10-10-10#塊和11-11-10#塊附近發(fā)生崩裂現(xiàn)象,針對底板發(fā)生崩裂破損的部分，鑿除病害混凝土至完整的混凝土面，在相應(yīng)區(qū)域底板上鑿出混凝土澆筑孔，底板立模，與橫肋混凝土一并澆筑進行修復(fù)，對于未發(fā)生破裂的底板面，在對應(yīng)橫肋的位置鑿出底板底面鋼筋以便設(shè)置箍筋,澆筑完橫肋后再用環(huán)氧砂漿填補鑿除的混凝土保護層。

4 加固質(zhì)量檢測

為了全面了解采用各種方法加固箱梁的質(zhì)量，真實評價施工質(zhì)量，參照文獻[1-6]提供的方法對各處治方法進行了專項檢測。

4.1 裂縫壁可法處治質(zhì)量檢測

采用壁可法處治后的箱梁頂、底板縱向裂縫，按文獻[2]需采用鉆芯法鉆取芯樣，并進行劈裂試驗，檢驗注漿效果。但由于在對箱梁頂板下緣和底板鉆芯時,芯樣由下向上鉆取，鉆機無法固定，鉆取困難。全橋共鉆取了9個芯樣，且芯樣不完整，無法按照規(guī)范對其進行劈裂實驗。從部分強行從頂板鉆取的芯樣來看,芯樣裂縫處注漿較飽滿，無明顯空隙。

4.2 粘貼碳纖維布處治質(zhì)量檢測

粘貼碳纖維布處治后的箱梁頂、底板采用以下方法進行檢測:

1）采用文獻[4]規(guī)定方法檢驗碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量。碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)黏結(jié)強度共檢測7組，施工質(zhì)量判定合格6組。限于篇幅，列出兩組測試結(jié)果，見表1。

表1 碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)黏結(jié)強度現(xiàn)場檢測情況

2）采用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面檢驗是否有空鼓等不密實現(xiàn)象，按文獻[4]碳纖維粘貼空鼓面積應(yīng)小于5%。在檢測中發(fā)現(xiàn)碳纖維布粘貼總體較密實，只有局部空鼓現(xiàn)象，空鼓面積小于5%，滿足規(guī)范要求。

4.3 粘貼鋼板處治質(zhì)量檢測

粘貼鋼板處治后的跨中橫隔板裂縫,首先目測鋼板邊緣的溢膠，看其色澤是否均勻，膠體有無固化；然后采用敲擊的方法檢測鋼板的有效黏結(jié)面積。鋼板的有效面積應(yīng)不小于95%。根據(jù)檢測情況，第7、8、9跨橫隔板鋼板有效黏結(jié)面積率分別為86.7%、83.0%、94.7%，不滿足規(guī)范要求；第10、11跨橫隔板鋼板有效黏結(jié)面積率大于95%，滿足規(guī)范要求。

4.4 表面涂層法處治質(zhì)量檢測

采用封閉處治后的箱梁頂、底板縱向裂縫，主要用目測法。抽取20%的裂縫封閉處治區(qū)域進行檢測，觀察表面封縫材料是否均勻、平整，有無出現(xiàn)裂縫，有無脫落。封閉處治的裂縫，其封縫材料均勻、平整，沒有出現(xiàn)裂縫、無脫落現(xiàn)象。但有部分裂縫未進行注膠、封閉處治。

4.5 橫肋質(zhì)量檢測情況

通過橫肋加固的各跨主梁底板，主要檢測其回彈強度。檢測結(jié)果見表2。

表2 加勁肋回彈強度檢測情況

5 結(jié)語

1）本橋的加固方案改善了原有箱梁橫向強度薄弱的缺點，增加了結(jié)構(gòu)的橫向剛度和整體性，使箱梁頂、底板應(yīng)力趨于均勻和降低。

2）通過裂縫成因分析，在施工中應(yīng)準(zhǔn)確定位波紋管，對設(shè)計文件的細節(jié)（如底板拉筋）應(yīng)引起重視。

3）采用壁可法處治的橋梁檢測，按規(guī)范所提供的鉆芯法難以實現(xiàn)。

4）現(xiàn)運營的PC連續(xù)箱梁橋中，有許多是由于橫向剛度和強度不足，使箱梁出現(xiàn)縱向裂縫，本橋的加固及檢測方法具有一定的借鑒作用。

[1] 交通部基本建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督總站編.橋涵工程試驗檢測技術(shù)[M],人民交通出版社,2004

[2] JTG/T J22-2008,路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S]

[3] JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S]

[4] 碳纖維布加固修補結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范,同濟大學(xué)

[5] 吳劍,李運江,彭惠明.碳纖維加固中小型舊橋的加固效果檢測[J].三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,27(3):230-233

[6] 陶舍輝,項貽強,吳明.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋橫向受力分析方法的研究比較[J].公路交通科技.2005