連續(xù)剛構(gòu)橋梁常見病害及裂縫處治技術(shù)探討

韋富榮

摘要：連續(xù)剛構(gòu)橋是基于連續(xù)橋梁衍生的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，隨著服役時間的增長也面臨著橋梁病害的侵蝕。文章圍繞廣西某連續(xù)剛構(gòu)橋梁常見病害，從橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損露筋、支座脫空等病害角度著手分析，探究病害產(chǎn)生的根源、分布特征、發(fā)展現(xiàn)律，并從裂縫處治角度介紹了裂縫修補、底板灌漿、橫向粘貼碳纖維、體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可為從事橋梁養(yǎng)護領(lǐng)域的技術(shù)人員提供經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;常見病害;養(yǎng)護技術(shù);裂縫處治

中圖分類號：U448.23 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.031

文章編號：1673-4874（2019）09-0107-04

0引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的典型構(gòu)造之一.隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的長期服役、跨度增加和交通流、車輛荷載增大等問題的曰益明顯，以往修建的連續(xù)剛構(gòu)橋逐漸出現(xiàn)了不同程度的病害問題。在這種情況下，橋梁的行車安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都受到一定威脅。橋梁構(gòu)件出現(xiàn)失效和破壞時需要采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護方式進行維修加固，可以延長預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的使用壽命。

針對連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定分析，一方面離不開對結(jié)構(gòu)承載力的計算，另一方面也離不開對橋梁出現(xiàn)的病害進行深度分析。連續(xù)剛構(gòu)橋一般為多次超靜定結(jié)構(gòu)，其受力和橋梁線性主要以施工完畢、養(yǎng)護后的狀態(tài)為主，連續(xù)剛構(gòu)橋常出現(xiàn)的病害問題主要包括：橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損露筋、支座脫空等。本文圍繞這些典型病害進行深入分析，探討病害產(chǎn)生的機理，為后期養(yǎng)護提供參考。

1連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害調(diào)研

本文根據(jù)連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害的分類和分布特征對廣西柳州市的7座36孔連續(xù)剛構(gòu)橋進行病害調(diào)研，典型病害如下頁圖、所示，病害分布匯總結(jié)果見表1。

通過對連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害的統(tǒng)計分析可知，連續(xù)剛構(gòu)橋中橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損、混凝土露筋、支座脫空等病害的占比較大，分別達到17.94%、11.85%、23.69%、16.72%、9.23%。因此，有必要深入分析這些病害的特征和產(chǎn)生原因，為日常橋梁的維修加固提供養(yǎng)護對策。

2連續(xù)剛構(gòu)橋梁病害特征

洛維大橋總長698m，建成于1998年，主橋為（80+125+80）m單箱單室連續(xù)剛構(gòu)，引橋為先簡支后連續(xù)丁梁，橋面總寬28m，人行道板設(shè)置在上下行橋梁的中央。主橋橋墩為雙肢薄壁墩，引橋橋墩為三柱式墩，橋臺采用重力式橋臺。主要病害包括：橋面及護欄破損、伸縮縫斷裂、懸吊人行橋銹蝕等;主橋及預(yù)應(yīng)力丁梁出現(xiàn)不同程度的裂縫，且增長速度明顯;大部分支座出現(xiàn)老化和變形狀況。

2.1 橫向裂縫

橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的原因有很多，有些裂縫是彎曲和剪切破壞所造成的，有些是局部承壓和材料收縮變形造成的。一般而言，外界約束和結(jié)構(gòu)自身的滯后變形都會在一定程度上造成裂縫的形成、擴展。連續(xù)剛構(gòu)橋梁的橫向裂縫一般容易在梁的跨中產(chǎn)生，即1/4L-3/4L附近。橫向裂縫的寬度一般可以達到0.2mm左右，該裂縫往往是在梁板的側(cè)面受拉區(qū)形成，逐漸擴展到沿主筋垂直的方向。若梁板的同一區(qū)域存在多條橫向裂縫，這些裂縫容易延伸匯集到一點，易產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)安全問題。在底板、腹板和翼板處橫向裂縫產(chǎn)生的數(shù)量分布也是不一樣的，橫向裂縫還是以出現(xiàn)在底板位置為主，如圖2所示。

2.2 縱向裂縫

縱向裂縫一般發(fā)生在連續(xù)剛構(gòu)橋梁板的底部，腹板上出現(xiàn)的縱向裂縫一般是沿行車方向呈斷續(xù)或連續(xù)狀的裂縫，其出現(xiàn)的條數(shù)一般要少于橫向裂縫數(shù)量。研究表明：縱向裂縫的產(chǎn)生對連續(xù)剛構(gòu)橋承載能力的影響較小。通過對出現(xiàn)縱向裂縫橋梁的荷載試驗驗證，出現(xiàn)縱向裂縫的橋梁橫向分布影響線較未出現(xiàn)縱向裂縫的橋梁差距變化不大，這說明縱向裂縫對橋梁整體的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)影響較小，但是連續(xù)剛構(gòu)橋縱向裂縫的產(chǎn)生仍舊會對梁體的剛度和強度產(chǎn)生不利影響。縱向裂縫產(chǎn)生的根源可以歸結(jié)為設(shè)計、施工和運營三個方面.若板梁的厚度較薄，橋梁在縱向受力時截面易發(fā)生彎曲變形，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時縱向裂縫就會隨之產(chǎn)生。縱向裂縫的分布如圖3所示。

2.3混凝土破損露筋

對普通橋梁而言，影響其耐久性和使用壽命的主要病害包括混凝土的破損、梁板鋼筋銹脹和混凝土的露筋等，連續(xù)剛構(gòu)橋亦是如此。當(dāng)混凝土破損時，鋼筋容易暴露在外部受到外界雨水的侵蝕，鋼筋銹蝕較明顯的特征是沿行車方向出現(xiàn)與鋼筋平行的縱向裂縫，當(dāng)裂縫擴展，混凝土逐漸剝落時，鋼筋最終會暴露在空氣中。在連續(xù)剛構(gòu)橋澆筑和施工過程中，需要注意鋼筋的布置位置和混凝土的澆筑厚度。當(dāng)混凝土破碎產(chǎn)生露筋和鋼筋銹蝕的問題時，會直接造成壓應(yīng)力的集中，不僅會造成橋梁的承載能力下降，嚴重時還會造成橋梁脆性增大而折斷破壞。

2.4 支座脫空

支座脫空作為橋梁常見的病害之一，一般包括局部脫空、全部脫空和被壓碎脫空.支座的脫空會導(dǎo)致連續(xù)剛構(gòu)橋受力不均勻，在一定程度上直接影響橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài).支座的局部脫空會使得板梁呈現(xiàn)偏心受壓的狀態(tài)，橋梁上部荷載的作用會造成支座的局部應(yīng)力急劇增大，容易使連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生橫向、縱向裂縫等病害。支座脫空的主要原因是支座墊石和梁底鋼板的不平整。在連續(xù)剛構(gòu)橋吊裝拼接過程中，需要不斷調(diào)整橋梁的縱向和橫向的坡度，梁底鋼板在混凝土澆筑的過程中需要進行水平校準。此外，在支座材料選擇方面可以推薦橡膠支座，通過彈性材料的不均勻壓縮變形以適應(yīng)橋面荷載過程中梁體的變形。支座在承受外部荷載時會產(chǎn)生橫向和縱向剪切變形，當(dāng)變形較大時會引起不同程度的支座開裂、脫空等病害.

3 常規(guī)裂縫處治技術(shù)研究

橫向裂縫、縱向裂縫等病害的產(chǎn)生會對連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生諸多的不利影響，將直接影響橋梁整體的工作性能和耐久性。因此，結(jié)合病害類型嚴重程度需對其進行針對性的養(yǎng)護和維修。常見的養(yǎng)護技術(shù)主要包括：裂縫修補技術(shù)、底板灌漿技術(shù)、橫向粘貼碳纖維技術(shù)和體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)等。

3.1裂縫修補技術(shù)

裂縫修補技術(shù)是針對開裂板梁，以壓力將修補膠灌入裂縫中，達到封閉裂縫、恢復(fù)板梁工作性能的目的.修補裂縫一般是將一定比例配置的漿料，按一定壓力灌入縱向裂縫內(nèi)，灌漿料隨時間凝固，起粘結(jié)作用，將已經(jīng)開裂的混凝土構(gòu)件重新結(jié)合為受力整體。連續(xù)剛構(gòu)橋縱向裂縫修補時，需注意在裂縫貫通的情況下，修補用膠在壓力下滲透至底板上緣，無法灌注到所有開裂部位。因此裂縫修補施工應(yīng)分兩個步驟進行，首先是將部分膠體壓力灌注至底板上緣，靜置一段時間等膠體在底板上緣結(jié)硬封閉后，再進行第二次壓力灌注施工。修補裂縫施工示意圖如圖4所示。

裂縫封閉后，將對板梁橋產(chǎn)生以下影響：（1）板梁耐久性能提高。由于裂縫封閉，混凝土碳化速度減緩，鋼絞線受混凝土及漿料保護，不會產(chǎn)生銹蝕;（2）預(yù)應(yīng)力及恒載產(chǎn)生的底板橫向應(yīng)力隨縱向裂縫的開展釋放，而修補裂縫后，板梁重新成為閉口截面，板梁工作性能得到恢復(fù)。修補裂縫處治措施施工周期短，施工難度低。但是修補裂縫的方法并不能從根本上杜絕空心板底板再次縱向開裂的可能性。對于板梁四分點至跨中截面，由于底板厚度不足及鉸縫部分損傷等原因，部分板梁由于活載造成的底板橫向拉應(yīng)力過大，仍然可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，使加固僅能起到一時之效。

3.2底板灌漿技術(shù)

底板灌漿技術(shù)主要是在梁板底部開孔的基礎(chǔ)上，將流動狀態(tài)的聚合物水泥注漿材料通過外部壓力注入到板梁的空腔內(nèi)部。該方法不僅可以對裂縫進行修補，還可以對梁底板進行加厚處理。注漿材料與連續(xù)剛構(gòu)橋梁底板相結(jié)合可以共同承擔(dān)橋面活動荷載產(chǎn)生的橫向彎矩.從日常橋梁養(yǎng)護加固技術(shù)角度而言，該方法屬于增大截面加固技術(shù)之一，當(dāng)板梁產(chǎn)生的裂縫較小，灌漿材料無法滲透至梁的底部時，板梁上的裂縫仍然處于一種非閉合狀態(tài)，仍舊需要對裂縫表面進行封閉處理。對于有一定縱向坡度的連續(xù)剛構(gòu)橋，底板灌漿材料會形成一定離析和不均勻分布，形成如圖5所示的“楔形”形狀。

底板灌漿的處治施工工序為：（1）將板梁底板開孔，將空腔內(nèi)積水排放完畢;（2）配制灌漿料，并通過開孔灌入板梁空腔內(nèi)，經(jīng)一段時間凝固，與空心板底板整體受力;（3）采用修補裂縫方法封閉裂縫，由于底板上緣覆蓋灌漿料，修補之前不需要預(yù)先在頂層形成結(jié)硬膠體。

3.3橫向粘貼碳纖維技術(shù)

橫向粘貼碳纖維技術(shù)是在修補裂縫后，刷膠黏劑橫向粘貼碳纖維，以恢復(fù)板梁工作性能。粘貼碳纖維法在橋梁加固實踐中較多采用，與底板灌漿處治方法同屬于被動加固，所粘貼碳纖維僅承擔(dān)后期活載作用。

采用粘貼橫向碳纖維加固，布條順纖維長度等于板梁底板寬度?？紤]到成品碳纖維布寬度一般為50cm，取單個布條寬度為25cm。由于計算錨固長度能夠滿足設(shè)計要求，可不采用壓條，為方便后期對裂縫的觀察，布條與布條之間可留10cm凈距.一般粘貼兩層碳纖維，粘貼前需對裂縫進行修補。對于不同形式的縱向裂縫，碳纖維粘貼范圍不同：通常長裂縫采用滿跨粘貼;跨中裂縫粘貼范圍可從八分點粘貼至另一端八分點;四分點裂縫可從八分點粘貼至跨中;端部裂縫可從梁端粘貼至八分點。粘貼效果如圖6所示。

3.4體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)

體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)是在修補裂縫后，在邊梁側(cè)面粘貼以及錨固鋼板，張拉板梁體外橫向預(yù)應(yīng)力束，使梁板底板產(chǎn)生橫向預(yù)壓應(yīng)力，杜絕板梁底板的再次開裂。體外橫向預(yù)應(yīng)力加固的另外一個特點是，預(yù)加力效應(yīng)對鉸縫下緣是有益的。該處治方法使鉸縫下緣產(chǎn)生橫橋向的預(yù)壓應(yīng)力，能夠改善鉸縫的受力環(huán)境，提高鉸縫工作性能。在縱向裂縫成因分析中發(fā)現(xiàn)，鉸縫部分損傷也是活載作用下底板上緣橫向拉應(yīng)力增大的原因之一，因此體外橫向預(yù)應(yīng)力的施加能夠閉合鉸縫下緣開裂，使鉸縫傳力性能恢復(fù)至未開裂狀態(tài)，板梁底板受力趨于有利。

梁板體外橫向預(yù)應(yīng)力法在施工上較為方便快捷，其施王王藝流程如下：（1）修補板梁上所有縱向裂縫;（2）板梁側(cè)面外觀檢查，體外預(yù)應(yīng)力索定位;（3）邊板梁側(cè)面安裝鋼錨固件，中板梁底面安裝減震限位器;（4）穿索、安裝錨墊板;（5）張拉;（6）錨固件、減震限位器防腐防護;（7）加固板梁表面防腐涂裝施工。錨固件構(gòu)造如圖7所示。

4 工程應(yīng)用

洛維大橋采用體外橫向預(yù)應(yīng)力方案進行加固，在修補板梁縱向裂縫的基礎(chǔ)上，對板梁側(cè)面進行外觀檢查，并進行體外預(yù)應(yīng)力索定位;在邊板梁側(cè)面安裝鋼錨固件，中板梁底面安裝減震限位器，通過穿索、安裝錨墊板，對預(yù)應(yīng)力筋進行張拉、錨固，最后對減震限位器進行防腐防護，對加固板梁表面進行防腐涂裝施工。體外預(yù)應(yīng)力采用成品索進行張拉施工，全橋共計44束，左右幅各22束，其中邊跨為8束12φ15.2型成品索，平均索長78m;中跨為6束19φ15.2型成品索，平均索長134m。張拉力分別為140t和D221t。

洛維大橋左幅加固施工完成后，經(jīng)過監(jiān)測單位的現(xiàn)場檢測，通過撓度和應(yīng)變測試數(shù)據(jù)表明：洛維大橋左幅梁體上撓趨勢和增量與設(shè)計理論結(jié)果相符?？刂平孛鏈y點受壓，且增量與設(shè)計理論結(jié)果相符。各跨控制斷面體外索測試值合力與張拉設(shè)計值合力的差值在偏差范圍之內(nèi)。張拉體外索期間和張拉完畢后，主梁、齒塊和隔板未發(fā)現(xiàn)新增可見裂縫，主梁未出現(xiàn)異常情況，取得了不錯的加固效果，保證了橋梁運營安全。

5 結(jié)語

對連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫進行處治時，應(yīng)綜合應(yīng)用以上方法。如粘貼碳纖維以及體外橫向預(yù)應(yīng)力法處治前以及底板灌漿后，應(yīng)采用修補裂縫法對裂縫進行封閉處治;采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法處治以及底板灌漿法共同加固時，應(yīng)首先采用底板灌漿法恢復(fù)底板厚度，再采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法;采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法以及粘貼碳纖維法共同加固時，應(yīng)首先張拉錨固體外束，再橫向粘貼碳纖維。