高架連續(xù)梁橋病害與設(shè)計加固方案研究

沈俊

摘 要：文章寫于2016年3月，筆者在此文工程案例中擔(dān)任橋梁專業(yè)負(fù)責(zé)人，全文對高架連續(xù)梁橋的常見病害進行分析，對病害產(chǎn)生原因進行簡要論述，最后側(cè)重結(jié)合某高架連續(xù)梁橋工程實例，對工程橋梁病害的主要表現(xiàn)以及維修加固設(shè)計方案進行探討分析，望能夠為同類型高架連續(xù)梁橋病害的針對性處理提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋；高架橋；病害；維修加固；設(shè)計

中圖分類號：U445.71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0020-02

1 概 述

近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度不斷擴大，建設(shè)規(guī)模取得了質(zhì)的飛躍。高架連續(xù)梁橋作為新興城市基礎(chǔ)交通體系中的重要構(gòu)成部分之一，具有使用性能多元、施工方便迅速、工程造價低廉、以及后續(xù)養(yǎng)護簡單等多個方面的優(yōu)點，進而得到了廣泛應(yīng)用。

但同時，隨著高架連續(xù)梁橋使用經(jīng)驗的不斷發(fā)展與完善，跨中下擾過大、跨中底板橫向開裂、以及頂板底板縱向裂縫等病害缺陷也開始不斷凸顯，成為影響高架連續(xù)梁橋安全運行的最主要問題。

本文即就高架連續(xù)梁橋的主要病害以及在維修加固設(shè)計方面的關(guān)鍵問題展開探討，望引起重視。

2 高架連續(xù)梁橋主要病害

在高架連續(xù)梁橋的實際運行期間，主要可能存在以下缺陷及病害：

第一是跨中下?lián)??？缰邢聯(lián)鲜歉呒苓B續(xù)梁橋最為常見與典型的結(jié)構(gòu)病害，下?lián)现档脑黾涌赡軐?dǎo)致梁體跨中段出現(xiàn)垂直型裂縫，或?qū)е赂拱辶芽p病害的大量產(chǎn)生，進而影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與耐久性；

第二是裂縫。高架連續(xù)梁橋中裂縫病害的表現(xiàn)形式較多，其中，1/4跨徑部位、腹板增厚部位、以及邊跨現(xiàn)澆段均為斜向裂縫的高發(fā)區(qū)域；邊跨與主跨合攏段部位相應(yīng)底板則容易出現(xiàn)腹板豎向裂縫缺陷或橫向裂縫缺陷。

除此以外，還有部分高架連續(xù)梁橋在外部荷載作用力影響下可能導(dǎo)致橋墩墩頂以及頂板地面出現(xiàn)縱向、橫向裂縫，影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用。

3 高架連續(xù)梁橋病害原因

導(dǎo)致高架連續(xù)梁橋出現(xiàn)各類病害的主要原因包括以下幾個方面：

第一是施工控制力度不嚴(yán)，整體施工質(zhì)量偏低。包括梁體混凝土澆筑不密實，產(chǎn)生孔洞，或因摸板尺寸控制不嚴(yán)導(dǎo)致超方或少方問題的產(chǎn)生；

第二是梁體開裂進而導(dǎo)致下?lián)现翟黾?。由于混凝土施工質(zhì)量或養(yǎng)護不到位，加之受到構(gòu)造尺寸的影響，導(dǎo)致箱梁梁體出現(xiàn)開裂病害，影響高架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)剛度水平，撓度值也顯著增加；

第三是溫度因素。即部分高架連續(xù)梁橋原有規(guī)范中缺乏對溫度因素的考量，整體升降溫以及溫度梯度的產(chǎn)生均會對橋梁主體超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；

第四是箱梁尺寸設(shè)置存在局限。部分高架連續(xù)梁橋在原有設(shè)計方案中片面追求尺寸的輕薄，缺乏對混凝土性能的估計，進而可能導(dǎo)致裂縫等病害的產(chǎn)生。

4 工程實例

某高架連續(xù)梁橋為薄壁柔性墩四跨連續(xù)剛構(gòu)橋，橋面布置為55.0 m+85.0 m+85.0 m+55.0 m，單向部分為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，單幅橋面寬度為12.0m，設(shè)計荷載等級為汽車-超20級，掛車為-120級。

工程前期設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：主橋箱梁結(jié)構(gòu)底板寬度為

6.4 m，懸臂長度為2.8 m，支點梁體高度為4.5 m，跨中梁體高度為2.0 m，梁高以及底板厚均呈二次拋物線式過渡，腹板厚度自跨中部位至支點部位分別為30.0 cm、35.0 cm、40.0 cm、以及

45.0 cm。

4.1 檢測情況分析

該高架連續(xù)梁橋運行2年后，中跨合攏段～主跨跨徑1/4范圍內(nèi)于底板出現(xiàn)明顯橫向裂縫，腹板部位可見斜向以及豎向兩類裂縫。邊跨合攏段附近底板可見橫向裂縫。

結(jié)合本工程前期施工資料認(rèn)為，病害產(chǎn)生原因有以下幾個方面：

第一，設(shè)計環(huán)節(jié)缺乏對混凝土收縮徐變以及溫度作用等因素的考慮；

第二，結(jié)構(gòu)自身預(yù)應(yīng)力度偏低，局部腹板尺寸偏小，導(dǎo)致裂縫病害的產(chǎn)生；

第三，沿線車流量大，超重車多，結(jié)構(gòu)受力被動加大。

4.2 加固設(shè)計原則

結(jié)合本工程實例，在對高架連續(xù)梁橋進行維修加固時，加固方案的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個基本原則：

第一，確保滿足高架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)極限承載力要求以及高架連續(xù)梁橋正常使用的要求；

第二，最大限度的降低高架連續(xù)梁橋箱梁法向拉應(yīng)力水平，將主梁恢復(fù)為A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件；

第三，有效降低高架連續(xù)梁橋箱梁腹板主拉應(yīng)力水平，以合理提高箱梁腹板抗裂能力；

第四，針對高架連續(xù)梁橋在實際使用中已經(jīng)出現(xiàn)的病害進行處理，避免已形成裂縫的進一步發(fā)展與擴大；

第五，避免高架連續(xù)梁橋的維修加固過程對交通通行產(chǎn)生影響。在被動加固以及主動加固兩種加固設(shè)計模式下，被動加固僅能夠借助于補強材料承受活載作用力以及后加橫載內(nèi)力，但難以對高架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)產(chǎn)生影響。

故而，本工程加固方案設(shè)計應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用主動加固方式，包括體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、新增有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、以及改變結(jié)構(gòu)體系加固技術(shù)這三種類型。

4.3 維修加固措施

在對高架連續(xù)梁橋病害進行處置以及加固的過程中，維修加固措施的設(shè)計與實施必須綜合考慮方案成熟度、施工可操作性、以及運營風(fēng)險等多個方面的問題。結(jié)合本工程案例特點來看，維修加固應(yīng)選擇方案為以體外預(yù)應(yīng)力加固為主，其他主動加固維修措施為輔的整體性維修加固方案。具體維修加固措施可按照如下方案進行設(shè)計：

第一，增加體外縱向預(yù)應(yīng)力鋼束。在高架連續(xù)梁橋箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部布設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束，利用體外預(yù)應(yīng)力鋼束提高高架連續(xù)梁橋整體結(jié)構(gòu)承載力，改善使用性能，以確保主梁結(jié)構(gòu)能夠滿足本工程汽車超20級、掛車-120級的A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件要求。單幅橋梁橫向設(shè)置4束體外預(yù)應(yīng)力鋼束，如圖1和圖2所示。邊跨采用15.2 mm鋼件，中跨采用15.2 mm鋼束，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860.0 MPa，張拉控制應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 fpk，張拉模式為先邊跨后中跨、分批對稱性張拉方案。除此以外，在本工程箱梁內(nèi)部應(yīng)用植筋方式設(shè)置轉(zhuǎn)向塊以及錨固齒板。結(jié)合高架連續(xù)梁橋?qū)ｍ棙?gòu)造要求，轉(zhuǎn)向塊選型以豎肋式以及塊式為主，體外預(yù)應(yīng)力借助于鉆孔方式穿過墩頂橫隔板，并通過錨固方式與邊跨錨固齒板以及墩頂齒板進行固定。

第二，對高架連續(xù)梁橋箱梁裂縫進行處理。針對高架連續(xù)梁橋在使用過程中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫缺陷進行全封閉處理，針對最大寬度不足0.15 mm的裂縫，用樹脂封閉膠進行涂刷并封閉，針對最大寬度在0.15 mm及以上的裂縫，則用灌注膠灌縫的方式進行封閉。

本工程中針對邊跨與中跨合攏段附近箱梁腹板，采用內(nèi)側(cè)粘貼鋼板的方式改善構(gòu)件主拉應(yīng)力水平，以提高箱梁腹板抗裂性能。同時，為增加邊跨與中跨合攏段連接剛度，提高底板承載性能，采用于合攏段附近底部粘貼縱向鋼板的維修加固方式，同時有效限制合攏段裂縫發(fā)展。

4.4 維修加固效果

經(jīng)上述維修加固設(shè)計方案處理后，主梁正截面以及斜截面抗裂強度均能夠滿足A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的基本要求。經(jīng)針對性處理后，本工程在預(yù)計工期內(nèi)成功恢復(fù)通車運營，至今橋梁技術(shù)狀況良好，未再次出現(xiàn)裂縫病害。

5 結(jié) 語

高架連續(xù)梁橋在經(jīng)過長時間的運行后，部分橋梁容易出現(xiàn)跨中下擾過大、跨中底板橫向開裂、以及頂板底板縱向裂縫等病害缺陷，對高架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的安全使用產(chǎn)生不良影響，需及時進行維修加固，以提高高架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長其使用壽命。本文聯(lián)合某工程實例，就高架連續(xù)梁橋病害與設(shè)計時維修加固方案進行研究與論述，望能夠引起重視。

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