空心板橋維修加固處治應(yīng)用研究

付雷 周旭 肖凱東

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000)

某橋于2005年12月竣工，原橋設(shè)計(jì)荷載:汽車—超20級(jí)，掛—120;地震烈度:6度;計(jì)算行車速度:60km/h。左幅橋上部構(gòu)造為10 m×16 m整體式鋼筋混凝土空心板，右幅橋上部構(gòu)造為13 m×16 m整體式鋼筋混凝土空心板，上部構(gòu)造采用簡(jiǎn)支體系，橋面連續(xù);下部構(gòu)造為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，樁基礎(chǔ)，片石混凝土重力式U形橋臺(tái)。

1 病害概況及成因分析

1)全橋整體現(xiàn)澆空心板板底出現(xiàn)縱向裂縫，縱向裂縫最大寬度0.32mm，裂縫處均有滲水、泛堿。成因分析:早期整體現(xiàn)澆空心板受經(jīng)濟(jì)因素制約，空心板底板較薄，本橋底板設(shè)計(jì)厚度7.5cm，順橋向間距15cm布設(shè)Φ14鋼筋。經(jīng)調(diào)查該橋施工時(shí)，空心板內(nèi)空腔模板采用竹籠制作，施工時(shí)內(nèi)模板竹籠如定位不準(zhǔn)下沉也將會(huì)導(dǎo)致底板厚度變薄。薄壁結(jié)構(gòu)在縱向受力時(shí)其截面將發(fā)生畸變變形，同時(shí)在底板上下緣產(chǎn)生畸變彎曲應(yīng)力，當(dāng)畸變拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，勢(shì)必導(dǎo)致底板產(chǎn)生縱向開裂。需要對(duì)裂縫進(jìn)行封閉或灌漿處理，以保證空心板的整體性及剛度。

2)全橋整體現(xiàn)澆空心板板底均出現(xiàn)多條橫向裂縫，橫向裂縫最大寬度0.22mm，部分裂縫滲水，出現(xiàn)泛白、結(jié)晶等現(xiàn)象。成因分析:整體現(xiàn)澆板底面出現(xiàn)多條橫向裂縫，大部分橫向裂縫出現(xiàn)在跨中附近位置，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表明空心板跨中抗彎承載能力不足，導(dǎo)致板底出現(xiàn)橫向裂縫(見圖1)。需要對(duì)裂縫進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)空心板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

圖1 整體現(xiàn)澆板底板裂縫

3)空心板裂縫存在滲水、泛堿、結(jié)晶鐘乳石現(xiàn)象，部分空心板空腔內(nèi)積水。成因分析:板底裂縫滲水、結(jié)晶形成鐘乳石現(xiàn)象，分析為雨水經(jīng)橋面鋪裝裂紋下滲至空心板內(nèi)腔圓孔內(nèi)(本橋未設(shè)置防水層)，再由板底裂縫下滲所致。雨水對(duì)空心板鋼筋具有腐蝕作用，造成空心板耐久性減弱。需要對(duì)空心板橋橋面鋪裝進(jìn)行改造，增設(shè)防水層，以防止橋面污水繼續(xù)下滲。另需要在空心板板底較低側(cè)打孔排水，防止空心板空腔內(nèi)積水侵蝕空心板內(nèi)鋼筋(如圖2所示)。

圖2 空心板板腔積水

4)橋面系存在12處病害，病害類型為橋面鋪裝層7處橫向開裂，2處坑槽、橫向開裂，3處破損、露筋。成因分析:橋面鋪裝病害位于墩頂橋面連續(xù)位置。因簡(jiǎn)支橋橋面連續(xù)位于主梁變形最大的部位，要承受梁體的轉(zhuǎn)動(dòng)和梁體的伸縮引起的變形，加上由于相鄰橋孔出現(xiàn)的橡膠支座彈性壓縮不同步而引起的錯(cuò)動(dòng)變形，致使橋面連續(xù)處的受力復(fù)雜容易引起開裂、破損等病害。

2 橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

基于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的承載能力折減系數(shù)計(jì)算，該橋建成年代較久遠(yuǎn)，橋梁出現(xiàn)了不同程度的耐久性病害，削弱了結(jié)構(gòu)承載力。因此橋梁目前的實(shí)際承載能力應(yīng)根據(jù)檢測(cè)結(jié)論進(jìn)行合理的折減，以評(píng)估其目前實(shí)際承載能力。結(jié)合橋梁檢測(cè)評(píng)估結(jié)論，引入承載能力折減系數(shù)(含承載能力驗(yàn)算系數(shù)Z1和承載能力惡化系數(shù))，用以評(píng)估結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力相對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力的削弱。

參考檢測(cè)報(bào)告結(jié)論，選取以下系數(shù):

1)基于檢測(cè)的承載能力檢算系數(shù)Z1:根據(jù)檢測(cè)結(jié)論檢算系數(shù)Z1=1.0。

2)承載能力惡化系數(shù)。

根據(jù)耐久性惡化各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，考慮混凝土表觀缺損、鋼筋自然電位、混凝土碳化深度、混凝土保護(hù)層厚度等確定惡化狀況評(píng)定值。橋址的環(huán)境特取“干、濕交替、凍、無侵蝕性介質(zhì)”環(huán)境，經(jīng)計(jì)算，得到該橋惡化系數(shù)為0.075 4(如表1所示)。

表1 構(gòu)件惡化系數(shù)評(píng)定指標(biāo)

3)材料惡化系數(shù):根據(jù)檢測(cè)結(jié)論混凝土截面折減系數(shù)為0.987，鋼筋折減系數(shù)為 0.975(見表2)。

表2 截面折減系數(shù)評(píng)定指標(biāo)

經(jīng)過計(jì)算，橋梁承載能力綜合折減。

2.1 加固前結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

本次加固設(shè)計(jì)采用橋梁專用分析軟件MIDAS CIVIL對(duì)大橋進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)模型見圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)模型圖

加固前計(jì)算結(jié)果。依據(jù)JTJ 023—85公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)加固前鋼筋混凝土空心板進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表3所示。

表3 加固前結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

依據(jù)85規(guī)范，從橋梁現(xiàn)狀計(jì)算結(jié)果可以看出，主梁抗剪承載力滿足規(guī)范要求，但抗彎承載力和裂縫寬度不滿足規(guī)范要求。

2.2 加固后結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用在板底順橋向粘貼11條20cm寬碳纖維板的方法來進(jìn)行維修加固，見圖4。依據(jù)JTJ 023—85公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范及JTG/T J22—2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)加固后鋼筋混凝土空心板進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果見表4。

表4 加固后結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果一覽表

依據(jù)85規(guī)范，在承載能力極限狀態(tài)下，縱橋向跨中抗彎承載能力安全系數(shù)為1.157，加固后板跨中截面的抗彎承載能力滿足要求。在正常使用極限狀態(tài)下，整體式現(xiàn)澆空心板跨中裂縫驗(yàn)算滿足規(guī)范要求?；炷帘韺尤毕菪扪a(bǔ)示意圖見圖5。

圖4 底板粘貼碳纖維板加固

圖5 混凝土表層缺陷修補(bǔ)示意圖

3 主要加固方法與內(nèi)容

3.1 主要加固材料

1)粘貼鋼板用膠粘劑;2)混凝土裂縫修補(bǔ)用膠(注射劑);3)裂縫修補(bǔ)用聚合物水泥注漿料;4)混凝土表層缺陷修復(fù)用材料;5)阻銹劑;6)碳纖維板;7)聚丙烯腈纖維。所有加固專用材料安全、性能指標(biāo)均應(yīng)符合中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG/T J22—2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)規(guī)范的要求。

3.2 主要維修加固的方法及步驟

1)裂縫封閉灌漿。施工流程:裂縫的檢查及標(biāo)注→清縫及裂縫表面處理→粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉→壓氣實(shí)驗(yàn)→灌注混凝土裂縫修補(bǔ)注漿料→灌注完畢待漿液聚合固化后拆除灌漿嘴→涂混凝土裂縫修補(bǔ)膠封閉。a.對(duì)于裂縫寬度小于0.15mm。采用聚合物水泥表面封閉法，聚合物水泥是在加固專用的改性環(huán)氧漿液配出后加入50 g 525號(hào)水泥攪拌均勻而成，封閉后要考慮結(jié)構(gòu)表面的美觀。b.對(duì)于裂縫寬度不小于0.15mm。采用灌注混凝土裂縫修補(bǔ)膠液封閉裂縫法，將裂縫修補(bǔ)膠漿液壓注入結(jié)構(gòu)物內(nèi)部裂縫中去，以達(dá)到封閉裂縫，恢復(fù)并提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性的目的，使混凝土構(gòu)件恢復(fù)整體性。

2)粘貼碳纖維板。按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維板，施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→底層樹脂配制并涂刷→找平材料配制并對(duì)不平整處修復(fù)處理→浸漬樹脂或粘貼樹脂的配制并涂刷→粘貼碳纖維板→表面防護(hù)。

3)種植鋼筋。定位→鉆孔→清孔→注膠→植筋→靜置固化。

4)橋面鋪裝及橋面連續(xù)改造。對(duì)原橋面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量→按設(shè)計(jì)圖紙拆除原橋面鋪裝→對(duì)橋面及空心板板端縫隙進(jìn)行徹底清理，并按設(shè)計(jì)要求布置種植鋼筋→按要求布置橋面鋼筋網(wǎng)及橋面連續(xù)鋼筋網(wǎng)→澆筑新的橋面整體化層和橋面鋪裝瀝青層。

5)空心板打孔排水。a.打孔位置?？孜灰?低縱坡一側(cè)距離板端頭1.0 m～1.5 m處;孔位二:板跨中或有明顯滲水區(qū)域，如圖6所示。b.打孔方式。首先應(yīng)探測(cè)鋼筋位置，避開不利位置，電錘打孔，孔徑12mm。c.排水處理。打孔處自然排水，待積水排凈后，在排水孔處安裝PVC套管，PVC套管應(yīng)至少伸出孔口3cm。

圖6 排水孔位

4 結(jié)語(yǔ)

通過本次加固維修明顯的改善了本橋的力學(xué)性能，保障了橋梁的正常營(yíng)運(yùn)和足夠的耐久性。對(duì)于此類板橋維修加固重點(diǎn)在于對(duì)施工材料和過程的控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行施工是獲得理想處治結(jié)果的重要前提條件。

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