鋼筋混凝土蓋梁頂裂縫的加固方法分析

龐浩

摘要：在公路橋梁建設(shè)中，橋墩蓋梁大多采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而在使用過程中，由于多種因素的影響，經(jīng)過一段時期的運(yùn)營，橋墩蓋梁多有開裂裂縫等病害發(fā)生，影響結(jié)構(gòu)安全。本文依據(jù)某工程橋墩蓋梁加固實(shí)例，分析蓋梁受力，對幾種加固措施進(jìn)行比較，選用最合理加固方法，取得較好效果，以期對類似工程實(shí)踐起到參考作用。

關(guān)鍵詞：橋梁;蓋梁;加固措施;粘帖鋼板;增大截面

引言

在我國公路橋梁建設(shè)中，小跨徑橋梁數(shù)量較多、分布廣泛，在小跨徑橋梁中，橋墩蓋梁、橋臺臺帽或蓋梁大多采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于蓋梁所處的下部結(jié)構(gòu)，在整體橋梁結(jié)構(gòu)中不僅受到上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，同時又受到下部結(jié)構(gòu)的影響，在使用過程中，多發(fā)生開裂、破損、露筋等病害，且往往是這幾種病害同時存在，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，為橋梁運(yùn)營帶來隱患。筆者長期工作在橋梁運(yùn)營一線，本文依據(jù)某工程橋墩蓋梁加固實(shí)例，分析橋梁蓋梁受力狀況，針對性提出幾種加固措施和思路，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析比較，選擇最優(yōu)加固方式予以實(shí)施，以期對類似工程實(shí)踐能起到參考作用。

一、工程實(shí)例概況

某大橋中心樁號K0+95656，橋梁全長329.5米，橋面全寬12m。該橋?yàn)榍€橋，第7跨上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，其他橋跨的上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆空心板梁，跨徑組合為220×16m;下部結(jié)構(gòu)為重力式橋臺，雙柱式橋墩，1-111#橋墩為樁基礎(chǔ)，122-19#橋墩為擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋面鋪裝采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋梁建成后運(yùn)營至今已有20年之久， 在實(shí)際運(yùn)運(yùn)營養(yǎng)護(hù)過程中，該橋曾做過局部部構(gòu)件的維修加固。

二、橋梁檢測情況與分析

2020年7月，檢測公司對大橋進(jìn)行了外觀檢查、專項(xiàng)檢測。大橋技術(shù)狀況綜合評分Dr=68.35分，評分達(dá)到3類橋梁標(biāo)準(zhǔn)，但該橋多個橋墩立柱存在較嚴(yán)重的環(huán)向開裂現(xiàn)象，其技術(shù)狀況評定為4類，已影響該橋結(jié)構(gòu)安全，故該橋按主要構(gòu)件的最差缺損狀況，主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能評定為4類。

該橋橋墩蓋梁存在68條豎向裂縫和40條斜向裂縫，其中大部分裂縫分布在橋墩立柱頂部，且裂縫形態(tài)基本為上寬下窄，裂縫長度介于0.3至1.2m不等，裂縫寬度最大為0.5mm，裂縫寬度已超限。

該橋橋墩蓋梁存在28處破損、銹脹露筋現(xiàn)象，總面積為2.89m?。3#墩頂左側(cè)擋塊受3#跨梁體擠壓頂死，且全橋橋墩蓋梁均存在滲水、滲白漿等現(xiàn)象。

從檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，橋墩蓋梁豎向及斜向裂縫主要分布在立柱頂部，呈上寬下窄形狀，沿蓋梁側(cè)面自上而下開裂，部分裂縫寬度嚴(yán)重超限。根據(jù)資料顯示，橋梁運(yùn)營期間，蓋梁產(chǎn)生此類裂縫的主要原因可能有4種。

1.橋梁設(shè)計(jì)過程中蓋梁計(jì)算錯誤，導(dǎo)致蓋梁配筋不足，尤其是蓋梁計(jì)算軟件普及以前，當(dāng)柱間距、橋梁寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)改變時，設(shè)計(jì)人員直接套用標(biāo)準(zhǔn)圖，而未進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致配筋不足，尤其是抗裂鋼筋不足;

2.設(shè)計(jì)理論考慮不足，設(shè)計(jì)時僅按照抗彎極限承載能力配筋，未進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)，導(dǎo)致抗裂鋼筋不足，裂縫超限。

3.對于連續(xù)的彎起鋼筋，如果水平長度太短，不能作為抗彎鋼筋計(jì)算，有些設(shè)計(jì)人員將短鋼筋作為抗彎、抗裂鋼筋計(jì)入，導(dǎo)致柱頂抗裂配筋不足，出現(xiàn)裂縫。

4.運(yùn)營期隨著經(jīng)濟(jì)增長，超載車輛增加，在超載的影響下，使用荷載效應(yīng)大于設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)導(dǎo)致蓋梁抗力不足，出現(xiàn)開裂。

三、橋墩蓋梁常用加固措施

從上面分析來看，橋墩蓋梁主要病害為裂縫病害，而裂縫主要存在于橋墩立柱的頂部位置。根據(jù)相關(guān)資料和加固經(jīng)驗(yàn)，常采用的加固處置措施有以下幾種：

1.對裂縫采用灌縫封閉處理。灌縫主要解決裂縫所引起的次生病害，對裂縫產(chǎn)生的原因不能起到加固作用。

2.針對荷載引起的受力裂縫，采用粘帖鋼板加固。但粘帖鋼板屬于被動加固，在荷載狀態(tài)下，首先會由混凝土提供抗力，混凝土產(chǎn)生變形后，鋼板起到輔助作用。

3.當(dāng)荷載提升幅度較大時，建議采用增大截面和增設(shè)預(yù)應(yīng)力的加固方式。增大截面不僅可以提升蓋梁結(jié)構(gòu)的自身受力性能，同時可以封閉和修復(fù)蓋梁存在的裂縫、缺損、露筋等病害，但是，增大截面也同時會增加結(jié)構(gòu)自重，增加下部墩柱的荷載。

這幾種方式都屬于常規(guī)加固方式，且在使用過程中會根據(jù)橋梁具體情況采用，往往不是一種方式的單獨(dú)使用，而是兩種或多種共同使用。尤其是封閉裂縫的方式，往往作為貼鋼或增大截面的前序加固方法使用。

四、橋墩蓋梁加固與分析

該大橋蓋梁病害較發(fā)育，且超限裂縫較多，根據(jù)加固設(shè)計(jì)思路，首先對原橋的蓋梁配筋進(jìn)行復(fù)核性計(jì)算。由于抗彎鋼筋水平長度過短時，在結(jié)構(gòu)抗彎抗裂中不能起到作用，因此，在復(fù)核計(jì)算中，該部分鋼筋不能計(jì)入。

1.計(jì)算參數(shù)

（1）環(huán)境條件：使用除冰鹽環(huán)境，Ⅱ類環(huán)境，相對濕度0.7;

（2）結(jié)構(gòu)砼強(qiáng)度：蓋梁 C25，墩柱 C25;

（3）非預(yù)應(yīng)力鋼筋：鋼筋采用 HRB335;

（4）計(jì)算荷載：結(jié)構(gòu)重力混凝土容重按26KN/m?，程序自動計(jì)入;二期恒載包括橋面鋪裝和欄桿構(gòu)件;活載按單向兩車道公路-Ⅰ級車道荷載;

（5）荷載組合：按照公路-Ⅰ級車道荷載，考慮荷載組合如下：

承載能力極限狀態(tài)：1.2恒載+1.4活荷載。正常使用極限狀態(tài)：1.0恒載+0.7活荷載。

2.蓋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

本橋蓋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中，根據(jù)加固方法按照5種情況進(jìn)行分析：原結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算、蓋梁頂貼鋼4cm、蓋梁側(cè)貼鋼4cm、蓋梁側(cè)加厚10cm和蓋梁側(cè)加厚20cm。本橋加固方案中，蓋梁頂面貼鋼板規(guī)格為長度2.65m，寬度1.2m，單個蓋梁共計(jì)2根立柱，貼鋼2.65×1.2×2=6.36m?。蓋梁側(cè)面貼鋼板規(guī)格為長度2.65m，高度0.6m，單個蓋梁共計(jì)2根立柱，2個側(cè)面，貼鋼2.65×0.6×2×2=6.36m?。也就是說，蓋梁頂貼鋼和蓋梁側(cè)貼鋼用鋼量相等。

本文采用midas civil分析軟件進(jìn)行建模計(jì)算，正常使用狀態(tài)下裂縫包絡(luò)圖如下：

3.加固結(jié)果比較與分析

根據(jù)計(jì)算，得出5種計(jì)算情況下蓋梁頂最大裂縫計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行對比。

5種情況計(jì)算結(jié)果對比表

從表中數(shù)據(jù)對比，可以得出如下結(jié)論：

（1）原結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下，裂縫嚴(yán)重超限，證明原設(shè)計(jì)配筋不足。

（2）蓋梁側(cè)加厚10cm，尚不能滿足裂縫要求，厚度偏薄。

（3）蓋梁頂貼鋼4cm、蓋梁側(cè)貼鋼4cm和蓋梁側(cè)加厚20cm均滿足裂縫要求。且蓋梁側(cè)貼鋼4cm和蓋梁側(cè)加厚20cm加固效果相當(dāng)，而蓋梁頂貼鋼4cm加固效果由于其他兩種方法。

實(shí)際中，由于橋梁上部結(jié)構(gòu)未采用頂升、吊升等工藝，蓋梁頂貼鋼加固可操作性差。從加固方法的可行性來看，側(cè)面貼鋼和蓋梁加厚工藝均可采用。另外，本橋除明顯的裂縫病害外，檢測顯示存在較多的破損和露筋病害，因此選用蓋梁側(cè)加厚的加固方法更為合適，加厚厚度選用20cm。

結(jié)束語

本文從實(shí)際工程出發(fā)，根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，分析了蓋梁頂貼鋼、蓋梁側(cè)貼鋼、蓋梁側(cè)加厚3種加固方法的加固效果，并結(jié)合橋梁具體情況，選用最優(yōu)的加固方法實(shí)施加固，經(jīng)過一段時間的運(yùn)營，取得較好的效果。根據(jù)本橋加固實(shí)踐可以得出幾個結(jié)論，供類似工程參考。

1.在相同用鋼量下，蓋梁頂貼鋼對于蓋梁頂裂縫的抵抗力提升優(yōu)于蓋梁側(cè)貼鋼的方法。

2.蓋梁側(cè)貼鋼與蓋梁側(cè)加厚混凝土，加固效果相當(dāng)，但混凝土厚度對加固效果影響明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]粘貼鋼板加固提升橋梁質(zhì)量[J].張振偉.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版） 2015（04）.

[2]粘貼鋼板加固技術(shù)在橋梁上的應(yīng)用與研究[J].劉建平.建筑技術(shù)開發(fā). 2020（03）.

[3]橋梁結(jié)構(gòu)常見的病害及加固方法研究[J].喬菡菡.工程建設(shè)與設(shè)計(jì). 2020（05）.

[4]橋梁維修加固技術(shù)應(yīng)用研究[J].余賽，伍坤. 交通世界.2019（35）.

[5]橋墩蓋梁加固設(shè)計(jì)與施工探討[J].劉志剛，黃鵬. 交通科技.2014（03）.