對(duì)某橋梁工程存在病害及處治措施探討

楊啟眾

摘 要：筆者結(jié)合工程案例，主要分析了橋梁存在的病害及橋梁病害檢測(cè)，并提出了相應(yīng)的維修補(bǔ)強(qiáng)措施，僅給予同類工程參考；

關(guān)鍵詞：大橋病害；橋梁工程；裂縫；防治措施

隨著現(xiàn)代橋梁工程施工技術(shù)的飛速發(fā)展，橋梁工程的內(nèi)在施工質(zhì)量已經(jīng)有了明顯的提高，而外觀質(zhì)量已成為反映施工企業(yè)技術(shù)水平的最重要的因素。

由于車輛，特別是超重車輛行駛，以及外界各種因素作用和影響，常常導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害、出現(xiàn)缺陷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙綐蛄赫Ｊ褂?。然而，加?qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)管理、對(duì)發(fā)現(xiàn)的病害及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的處理可以較好的保證橋梁使用狀況得到恢復(fù)或改善。裂縫的出現(xiàn)不僅僅影響工程質(zhì)量甚至?xí)?dǎo)致橋梁垮塌。如何提高混凝土的外觀質(zhì)量減少裂縫亦成為建設(shè)單位、監(jiān)理部門及施工企業(yè)要解決的重要問(wèn)題。

一、工程概況

該橋梁全長(zhǎng)553m，主橋?yàn)榭鐝?×60m的預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔單面板拉橋，結(jié)構(gòu)新穎、造型獨(dú)特，主橋箱梁截面型式為單箱四室，一般斷面處梁高1.9m，下部結(jié)構(gòu)塔下為矩形空心墩、 端部為排架式薄壁墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。該橋設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100級(jí)，于1992年底建成通車。2000年、2001年浙江省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)站例行檢查發(fā)現(xiàn)，該大橋主要存在以下病害：

（1）支座壓縮變形嚴(yán)重，已呈現(xiàn)老化狀態(tài)；

（2）箱梁斜腹板端部斜裂縫多且寬，間距30～80cm不等，距主墩18m處也發(fā)現(xiàn)斜裂縫；

（3）箱梁內(nèi)部?jī)蛇吺宜袡M隔板均發(fā)現(xiàn)裂縫分布，最寬達(dá)0.20mm；

（4）斜拉板裂縫較多，主要分布在中間部位下方，根據(jù)相關(guān)方面介紹情況，斜拉板裂縫在施工期間已被發(fā)現(xiàn)。

二、橋梁病害檢測(cè)

該大橋已運(yùn)營(yíng)多年，普查結(jié)果也表明橋梁部分構(gòu)件已有局部損傷，為評(píng)定其結(jié)構(gòu)的耐久性、保證結(jié)構(gòu)在目標(biāo)使用年限內(nèi)的安全和合理使用，主體結(jié)構(gòu)耐久性調(diào)查，對(duì)構(gòu)件表觀病害如裂縫及缺陷、混凝土抗壓強(qiáng)度及碳化情況及鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢測(cè)十分必要，其目的是調(diào)查裂縫的現(xiàn)狀與所處狀態(tài)，初步確定構(gòu)件工作狀況和裂縫的病害程度和發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合調(diào)查分析結(jié)果判斷病害的成因。同時(shí)，工程結(jié)構(gòu)裂縫形狀多種多樣，對(duì)于橋梁重要構(gòu)件（如主梁）裂縫發(fā)展的程度（具體位置、數(shù)量及深度）和規(guī)律性必須引起重視，為橋梁的全面評(píng)估以至維修提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

采用NAK2精密水準(zhǔn)儀檢測(cè)橋梁縱橫向標(biāo)高，結(jié)果表明與竣工時(shí)候基本相同。采用瑞士Proceq公司生產(chǎn)N and NR型回彈儀，在箱梁內(nèi)部及墩頂共選取20個(gè)測(cè)區(qū)檢測(cè)混凝土墻頭，各測(cè)點(diǎn)回彈法強(qiáng)度推定值最大為56.1MPa，最小為49.6MPa，大于梁體C45混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。裂縫寬度量測(cè)儀器采用上海浦東物理光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的JC4-10型讀數(shù)顯微鏡，測(cè)微鼓最小讀數(shù)為0.005mm。檢查發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)生的部位如圖2、圖3所示，其中，斜腹板端部斜裂縫多沿支座30～50°向上發(fā)展，最大寬度2.53mm。

圖1 橋梁現(xiàn)狀檢測(cè)

圖2 大橋斜拉板及箱梁斜腹板裂縫分布

三、結(jié)構(gòu)仿真分析及裂縫成因分析

1.結(jié)構(gòu)仿真分析

工程結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題也是十分復(fù)雜的，許多情況下，無(wú)法用單一或十分明確的原因加以解釋，為詳細(xì)分析和檢驗(yàn)橋梁原有結(jié)構(gòu)（出現(xiàn)局部損傷前）和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)（出現(xiàn)局部損傷后）的性能，采用詳細(xì)的組合有限單元方法進(jìn)行計(jì)算分析。建模、計(jì)算和后處理采用ALGOR（14.06版）大型軟件完成，單元總數(shù)量為181，932個(gè)，全橋模型如圖4所示。

（1） 橋梁原有結(jié)構(gòu)按照施工過(guò)程各節(jié)段順序迭加計(jì)算，成橋后期考慮混凝土收縮、徐變和溫度變化；分別計(jì)算混凝土收縮、徐變作用，將計(jì)算結(jié)果與成橋狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果迭加，

（2） 成橋后期與汽車荷載作用的計(jì)算，根據(jù)目前通行車輛的實(shí)際情況和合同要求，汽車荷載采用城-A級(jí)荷載；

（3） 考慮了成橋后期與體系升溫和降溫作用的計(jì)算，計(jì)算橋梁梁體正溫差和負(fù)溫差（采用BS 5400混凝土箱梁正、負(fù)溫差模式）作用；

（4） 對(duì)于橋梁現(xiàn)有結(jié)構(gòu)則分析考慮出現(xiàn)的損傷（主要是大于0.3mm）的裂縫；分別進(jìn)行了開裂作用的計(jì)算、開裂作用與汽車荷載作用的計(jì)算。

圖3 全橋計(jì)算模型

根據(jù)分析計(jì)算數(shù)據(jù)，得出結(jié)論如下：

（1） 成橋狀態(tài)、成橋后期狀態(tài)恒載作用下，梁體和拉板的應(yīng)力水平總體上不高。橋梁的變形整體上較小，結(jié)構(gòu)整體性較好、剛度較大。

（2） 成橋后期和體系降溫、汽車荷載（檢算采用城-A荷載，總體上比設(shè)計(jì)荷載大，比較接近實(shí)際通行的重車情況）作用下，橋梁梁體部分部位最大正應(yīng)力和最大主應(yīng)力超過(guò)2.7MPa、剪應(yīng)力超過(guò)2.5MPa，拉板部分部位最大主應(yīng)力超過(guò)2.7MPa：應(yīng)力水平偏高。

（3） 圖中的A、B和C區(qū)域的主拉應(yīng)力普遍偏大，這與已經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)的混凝土局部開裂應(yīng)有直接聯(lián)系。D和F區(qū)域的主拉應(yīng)力和E區(qū)域下緣的拉應(yīng)力也偏大。

（4） 已經(jīng)出現(xiàn)主要裂縫對(duì)橋梁變形增加較小，對(duì)腹板剪應(yīng)力和最大主應(yīng)力有一定增加。

圖4 成橋后和體系降溫、汽車荷載（城-A）作用下主拉應(yīng)力普遍偏大區(qū)域分布

2、病害原因分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及仿真分析，結(jié)合該大橋的實(shí)際車輛通行情況，結(jié)論如下：該大橋出現(xiàn)的裂縫主要分為兩類：

（1）施工期間產(chǎn)生的裂縫，如斜拉板中部近垂直于下緣的裂縫，其特征為裂縫多橫向貫通，發(fā)現(xiàn)時(shí)間早，施工拆模后即有發(fā)現(xiàn)。

（2）后期在高應(yīng)力區(qū)因收縮徐變、溫度及汽車活載作用下產(chǎn)生的裂縫，如斜拉板下部產(chǎn)生的斷續(xù)、細(xì)長(zhǎng)的裂縫，局部十字形裂縫，與墩柱結(jié)合附近的十字形裂縫，其特征為裂縫寬度小、但逐漸緩慢發(fā)展。箱梁斜腹板斜裂縫：該大橋處于交通要道，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近年來(lái)交通量急劇加大，實(shí)際上通行重車甚至超重車輛數(shù)量也很頻繁，由于箱梁斜腹板厚度較小，富裕量有限，長(zhǎng)期在過(guò)大的活載作用下出現(xiàn)裂縫。橫隔板裂縫：在箱梁的設(shè)計(jì)中，與頂、底板或腹板比較，橫隔板的含筋率較低，構(gòu)件本身又為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（不含預(yù)應(yīng)力筋），在使用一定年限后，比較容易產(chǎn)生裂縫，這在連續(xù)箱梁橋中也比較常見。

四、維修補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

以保證構(gòu)件的耐久性為指導(dǎo)思想，通過(guò)抑制裂縫的繼續(xù)發(fā)展、防鋼筋（預(yù)應(yīng)力鋼絞線）腐蝕，借助壓注粘合劑修補(bǔ)封閉裂縫、粘貼補(bǔ)強(qiáng)材料恢復(fù)箱梁已開裂截面剛度，確保構(gòu)件整體性；支座附近及拉板下方內(nèi)側(cè)的箱梁斜腹板粘貼豎向鋼板及腹板加厚來(lái)共同承受活載、溫度等產(chǎn)生的主拉應(yīng)力，并提高維修范圍內(nèi)斷面抗剪極限承載能力。

1.斜拉板裂縫修補(bǔ)

⑴ 裂縫封閉或壓注修補(bǔ)：裂縫周圍打磨清理后，采用環(huán)氧樹脂類材料修補(bǔ)及封閉，要求采用的修復(fù)材料的強(qiáng)度高于C40混凝土，和易性好，與鋼材、混凝土的附著性強(qiáng)（抗拉剪強(qiáng)度≥10MPa），對(duì)于寬度<0.15mm的裂縫，可選用SB-101等高分子材料封閉，寬度≥0.15mm的裂縫，要求壓注低粘度、高強(qiáng)度的環(huán)氧類粘結(jié)膠，修復(fù)后的有效填充率應(yīng)在90%以上，可選擇的材料有BL-GROUT，E-206等裂縫修復(fù)專用材料。

⑵ 蜂窩麻面的處理：表面清理后采用與封閉裂縫相同的材料填平修復(fù)，如有外露鋼筋則應(yīng)除銹后涂刷一層KONY BOND RS滲補(bǔ)劑后再填平修復(fù)。

⑶ 補(bǔ)強(qiáng)：為增強(qiáng)構(gòu)件的抗裂能力，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，對(duì)出現(xiàn)裂縫的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，即在斜拉板的下緣、兩側(cè)（局部）及與墩柱結(jié)合處附近采用碳纖維布粘貼。

2.塔柱后澆封錨混凝土處裂縫修補(bǔ)

塔柱后澆封錨混凝土與塔柱混凝土間的裂縫發(fā)展對(duì)埋置的鋼構(gòu)件銹蝕的保護(hù)影響較大。為此，應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，采取裂縫壓注低粘度、高強(qiáng)度的環(huán)氧類粘結(jié)膠，塔柱頂部清理鑿毛后、植筋澆筑20～35cm鋼筋混凝土盡快排出積水，側(cè)面上部4m范圍橫向粘貼一層碳纖維布封閉。

3.橫隔板裂縫修補(bǔ)

橫隔板的斜向裂縫在箱梁結(jié)構(gòu)中比較常見，也容易被養(yǎng)護(hù)單位忽視，然而，如果裂縫延伸至頂板范圍內(nèi)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致降水透過(guò)路面微裂縫下滲，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生不利影響。對(duì)于橫隔板裂縫修補(bǔ)采用與“斜拉板裂縫修補(bǔ)”方法相同。

4.斜腹板維修補(bǔ)強(qiáng)

根據(jù)已發(fā)現(xiàn)裂縫的情況，箱梁斜腹板需要維修補(bǔ)強(qiáng)的部位為主梁端部斜腹板（共4處，每處長(zhǎng)5.0m）、拉板內(nèi)緣下斜腹板（共4處，每處長(zhǎng)5.0m），采用裂縫壓注灌漿+補(bǔ)強(qiáng)的措施，同時(shí)，采用腹板外側(cè)粘貼鋼板、內(nèi)側(cè)澆筑鋼筋混凝土方式補(bǔ)強(qiáng)。

在斜腹板外側(cè)需要維修補(bǔ)強(qiáng)的部位，植入錨固螺栓，外側(cè)安裝鋼板（8mm厚16Mn鋼），采用壓注法粘貼，有效粘貼面積應(yīng)在98%以上，鋼板粘貼后涂裝5道氟碳漆防銹。內(nèi)側(cè)采用植筋掛φ16@20×20、φ12@20×20雙層鋼筋網(wǎng)澆筑25cm厚混凝土補(bǔ)強(qiáng)。

結(jié)語(yǔ)

該大橋維修加固已完工，經(jīng)過(guò)近兩年的跟蹤檢測(cè)，斜拉板及原有裂縫密閉、沒(méi)有出現(xiàn)新的裂縫，表明該橋病害原因分析正確，加固措施得當(dāng)，施工質(zhì)量良好，達(dá)到了預(yù)期目的。