箱涵病害原因分析及加固方案

彭 敏

1 工程項目概況

某矩形箱涵為水庫泄洪需要而修建，箱涵由兩孔凈寬750 cm寬×350 cm高組成，箱涵頂?shù)装搴?5 mm，邊側(cè)墻和中側(cè)墻厚55 cm，頂板與側(cè)墻相交處設(shè)100×50的加腋，底板與側(cè)墻相交處設(shè)50 cm×50 cm加腋。箱涵頂覆土6 m。箱涵基礎(chǔ)下鋪設(shè)了50 cm厚石粉渣，下面土層分層夯實，其密實度不小于94%，承載力達(dá)到250 kPa。沉降縫間距為10 m設(shè)置。箱涵橫斷面圖見圖1。

圖1 箱涵橫斷面圖（單位：cm）

箱涵主體工程施工完成一段時間后，此時箱涵兩側(cè)還未進(jìn)行填土?xí)r，所有箱涵頂板跨中位置附近均出現(xiàn)縱向貫通平行裂縫，裂縫寬度目測估計0.2 mm～1 mm?？v向裂縫細(xì)部圖見圖2。

圖2 頂板縱向裂縫細(xì)部圖

2 病害原因分析

為了確保結(jié)構(gòu)物的安全，需查明裂縫產(chǎn)生的原因，確定箱涵的現(xiàn)有工作狀態(tài)，為箱涵的承載能力進(jìn)行評價及為加固提供依據(jù)。對該箱涵的設(shè)計圖紙進(jìn)行了計算復(fù)核和現(xiàn)場進(jìn)行了調(diào)查，裂縫產(chǎn)生的原因大致有如下幾條:

1)設(shè)計中箱涵頂板和底板跨中區(qū)段的鋼筋配筋不足。頂板底和底板頂?shù)目缰袇^(qū)段配筋量僅為φ22@250 mm的鋼筋。僅自重作用下會產(chǎn)生的裂縫寬度如表1所示。

表1 正常使用狀態(tài)下裂縫計算(軸力受壓為負(fù)，受拉為正)(自重作用下)

按設(shè)計圖紙的配筋，箱涵在使用過程中可能會出現(xiàn)的裂縫寬度和承載能力計算如表2～表4所示(只列出嚴(yán)重位置的結(jié)果)。

表2 正常使用狀態(tài)下裂縫計算(短期荷載作用下)

表3 承載能力極限狀態(tài)下強度計算(抗彎承載力)

表4 承載能力極限狀態(tài)下強度計算(抗剪承載力)

2)對箱涵分別進(jìn)行了混凝土抗壓強度試驗及水泥混凝土芯樣抗壓強度試驗。抽芯檢測發(fā)現(xiàn)部分節(jié)段混凝土強度不滿足設(shè)計要求。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在較多孔洞和蜂窩。

3)鋼筋保護(hù)層厚度不滿足設(shè)計要求，偏差比較大。

4)實際施工中，鋼筋的綁扎接頭位于跨中區(qū)段附近。

3 加固設(shè)計方案

鑒于箱涵僅自重作用下就出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度已經(jīng)不滿足耐久性的要求。若不進(jìn)行加固處理，直接覆土，其后果不堪設(shè)想。為此針對現(xiàn)有箱涵的結(jié)構(gòu)尺寸和配筋，以及加固時箱涵側(cè)面和頂板覆土還未進(jìn)行回填，采取如下加固方案:

1)由于過水箱涵的過水面積遠(yuǎn)大于實際流量，故采用兩孔改四孔的加固方案，箱涵各箱室中部附近新增一道30 cm厚的中墻，中墻與頂、底板相連處做50 cm×50 cm的倒角。新增中墻頂板負(fù)彎矩區(qū)采用粘貼鋼板的方式加固。2)裂縫寬度不小于0.15 mm的結(jié)構(gòu)受力裂縫采用壓漿法進(jìn)行修補。1/2D段箱涵構(gòu)造斷面和加固斷面見圖3。

圖3 1/2D段箱涵斷面圖

4 加固設(shè)計要點

4.1 加固的流程

首先所有裂縫用“自動低壓滲注法”進(jìn)行灌注封閉修補。之后新增中墻頂板負(fù)彎矩區(qū)采用粘貼鋼板的方式加固。最后植筋，綁扎中隔墻鋼筋，澆筑混凝土中隔墻。

4.2 粘貼鋼板

將原結(jié)構(gòu)表面的松散混凝土及浮渣、污物等予以清除;用修復(fù)材料將混凝土表面修復(fù)平整;被粘貼鋼板的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)斷面;將混凝土表面清理干凈并保持干燥。鉆制螺栓預(yù)留孔。鋼板粘貼完成之后，噴5 cm厚的環(huán)氧砂漿進(jìn)行防護(hù)。

4.3 植筋

在新增中隔墻位置進(jìn)行植筋，通過植筋保證新舊混凝土之間的結(jié)合和傳力。植筋要滿足埋置深度及保證植筋粘結(jié)劑有效性，以免發(fā)生鋼筋屈曲破壞/植筋粘結(jié)劑與鋼筋或混凝土的界面破壞。

5 加固效果

加固完成后對加固的箱涵進(jìn)行驗算和后期的觀測。

加固計算模擬了整個施工過程，先是現(xiàn)有箱涵施工完成，箱涵結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，增加新的中隔墻，新的中隔墻與箱涵共同承受填土荷載，以及行車荷載。

加固計算表明，兩孔改四孔箱涵頂?shù)装宓膬?nèi)力發(fā)生了較大的變化，在現(xiàn)有配筋狀態(tài)下，箱涵的承載力和裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。原裂縫產(chǎn)生位置由受拉區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌簠^(qū)。加固后，覆土完成未觀測到新的裂縫產(chǎn)生。

6 結(jié)語

箱涵的加固后運營，運營過程中進(jìn)行定期檢查，表明該箱涵工作狀態(tài)良好。該箱涵的加固成功為后續(xù)在建工程提供寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

[1]GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

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

[3]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTJ 025-86，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[6]TB 10002.2.2-2005，鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].