某現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋裂縫原因及加固技術(shù)分析

楊杰平

(湖南常德路橋集團(tuán)有限公司， 湖南 常德 415100)

服役多年的橋梁在設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境等因素耦合作用下會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂、表面剝落等病害，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至降低結(jié)構(gòu)的極限承載力。由于橋型的多樣性、病害的復(fù)雜性，很難找到通用的加固方案，因而舊橋加固具有靈活、多變的特征。下面以某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋?yàn)槔治鰳蛄毫芽p產(chǎn)生原因，探討橋梁加固處理技術(shù)。

1 工程概況

某分離式橋跨徑組合為11 m×30 m，上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，箱梁截面為單箱單室，底板設(shè)置與橋面一致的橫坡。箱梁高1.5 m，頂板寬16.15 m、底板寬7.65 m，跨中截面頂板厚25 cm、底板厚20 cm。箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖1。

圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖(單位：cm)

該橋左幅橋?qū)崪y(cè)基頻與理論頻率相比偏小，部分裂縫寬度超限，部分裂縫修補(bǔ)后有繼續(xù)延伸趨勢(shì)，少量裂縫修補(bǔ)后重新開裂(見表1)。對(duì)第11跨左幅橋右側(cè)腹板與梗斜連接處縱向裂縫進(jìn)行鉆芯取樣及內(nèi)窺鏡確認(rèn)，左幅橋右側(cè)腹板與梗斜連接處縱向裂縫長(zhǎng)8.9 m(接近跨長(zhǎng)的1/3)，縫寬0.7 mm，貫穿整個(gè)腹板厚度。雖然短期內(nèi)不會(huì)直接發(fā)生橋梁垮塌等次生災(zāi)害，但持續(xù)的汽車沖擊會(huì)加劇裂縫的發(fā)展，降低橋梁的整體剛度，影響行車舒適性。若裂縫持續(xù)發(fā)展，可能使鋼筋與砼之間的粘結(jié)性能進(jìn)一步損壞，造成腹板豎向箍筋疲勞破壞。在極限情況下，鋼筋可能屈服，導(dǎo)致梁體錯(cuò)位。最終評(píng)定主梁的技術(shù)狀況為四類，主梁結(jié)構(gòu)承載能力有明顯下降趨勢(shì)，已不能滿足正常使用功能，必須進(jìn)行維修加固。

表1 裂縫病害分布 條

注：括號(hào)內(nèi)、外數(shù)字分別表示新發(fā)現(xiàn)裂縫數(shù)量及裂縫總數(shù)量。

2 裂縫成因分析

2.1 腹板縱向裂縫

2.1.1 裂縫分布

裂縫位于承托與腹板外側(cè)交接處，沿著縱向延伸，基本分布于1/4跨～3/4跨(見圖2)。該類裂縫共計(jì)10條，第11跨和第10跨右幅7條，第3跨和第8跨3條。其中第11跨左幅裂縫長(zhǎng)度達(dá)8.9 m，寬度0.7 mm，深度方向在檢測(cè)位置貫穿腹板。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，該類裂縫仍未穩(wěn)定，依然在發(fā)展中。

圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫

2016年10月，第11跨箱梁開孔后進(jìn)入箱內(nèi)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)對(duì)應(yīng)位置存在裂縫且更嚴(yán)重(見圖3)。

圖3 箱梁腹板與倒角交界面箱內(nèi)裂縫

2.1.2 成因分析

根據(jù)橋梁施工及監(jiān)理日志，該橋第10跨、11跨箱梁豎向分2次澆筑，第一次澆筑底板及腹板，第二次澆筑頂板，倒角與腹板交界面為2次澆筑的分界面，第11跨右幅2次澆筑的時(shí)間間隔為6 d。由于交界面處理不嚴(yán)格導(dǎo)致新舊砼未能有效粘結(jié)，砼材料收縮、徐變等特性促使該位置產(chǎn)生的裂縫加速擴(kuò)展。此外，該橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)中，底板寬度偏小，翼緣寬度較大，易導(dǎo)致腹板結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和承載能力不足，在后期運(yùn)營(yíng)過程中，箱梁產(chǎn)生的撓度及行車振動(dòng)會(huì)加劇裂縫的發(fā)展。

綜合分析，該裂縫主要由施工不嚴(yán)格及設(shè)計(jì)不合理等因素引起，后期砼收縮徐變、運(yùn)營(yíng)期間箱梁的下?lián)霞靶熊囌駝?dòng)加劇了裂縫的發(fā)展。

2.2 底板橫向裂縫

2.2.1 裂縫分布

箱梁底板上橫向裂縫共計(jì)158條，每跨都有分布，多分布在1/4跨～3/4跨。其中新發(fā)現(xiàn)裂縫50條(集中在第5、6、7、8、10、11跨)，經(jīng)過修補(bǔ)的裂縫86條，修補(bǔ)后重新開裂的裂縫2條，修補(bǔ)后繼續(xù)延伸的裂縫20條。

2.2.2 成因分析

該橋梁高偏小、底板厚度也偏小，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載能力下降。同時(shí)該橋平均每天約有2.5萬輛車輛通過，其中違章超載的車輛高達(dá)3 000余輛，橋梁處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。箱梁底板在超載作用下產(chǎn)生彎曲變形，砼縱向拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，致使箱梁底板出現(xiàn)橫向裂縫。這種裂縫屬于典型的受力裂縫。其他可能原因還包括設(shè)計(jì)、施工及材料等，設(shè)計(jì)理念、理論的不完善，施工方法及工藝的不成熟等均有可能導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)受力裂縫。

2.3 施工垂直接縫

在距離支座6 m處箱梁普遍存在環(huán)形裂縫，部分裂縫延伸貫通底板、腹板、翼緣板。該橋分11個(gè)梁段現(xiàn)場(chǎng)澆筑，施工節(jié)段接縫距離支座6 m。據(jù)此判斷該裂縫主要是由施工時(shí)節(jié)段接縫處理不當(dāng)、前后節(jié)段砼材料特性差異所引起。

該接縫處同時(shí)為箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉及錨固、接長(zhǎng)部位，一旦開裂對(duì)箱梁耐久性甚至受力影響較大。且部分裂縫已延伸至翼緣板，需在箱梁開孔后詳細(xì)檢測(cè)箱梁內(nèi)部尤其頂板有無裂縫擴(kuò)展跡象。

2.4 剛度退化

正常運(yùn)營(yíng)條件下，該橋最大實(shí)測(cè)動(dòng)撓度出現(xiàn)在第11跨左幅，最大值為5.723 mm；最大實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)也出現(xiàn)在第11跨左幅，最大值為1.321，大于理論基頻算出的沖擊系數(shù)1.189；第11跨左幅橋基頻實(shí)測(cè)值為2.95 Hz，小于理論值3.11 Hz。表明該橋整體剛度存在一定退化。

剛度是箱梁的重要力學(xué)指標(biāo)，在一定程度上反映其整體性及承載能力。第11跨裂縫開展較嚴(yán)重，且裂縫依然處于發(fā)展中，是引起箱梁剛度下降的主要原因，已嚴(yán)重影響箱梁的應(yīng)力狀態(tài)和動(dòng)力特性。

3 加固技術(shù)

3.1 砼裂縫及缺陷處理

維修加固前對(duì)全橋裂縫進(jìn)行普查，對(duì)裂縫分布及長(zhǎng)度、寬度、深度等進(jìn)行復(fù)核，繪制詳細(xì)的裂縫分布圖以便統(tǒng)計(jì)工程數(shù)量、進(jìn)行分類處理。對(duì)寬度≥0.15 mm的裂縫，作壓力灌漿處理；對(duì)寬度<0.15 mm的裂縫，作表面封閉處理；箱梁底板粘貼碳纖維布的區(qū)域內(nèi)，寬度<0.15 mm的裂縫不作處理。

對(duì)于砼表面缺陷，采用聚合物砂漿修補(bǔ)；對(duì)于鋼筋及預(yù)埋板外露，先進(jìn)行表面除銹，涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補(bǔ)。

3.2 箱梁腹板縱向裂縫處理

該橋第11跨縱向裂縫開展較嚴(yán)重，長(zhǎng)度達(dá)8.9 m，且開孔部位貫穿腹板。荷載試驗(yàn)表明第11跨存在明顯的剛度降低，箱內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)病害比箱外更嚴(yán)重。綜合考慮第11跨現(xiàn)狀，主要針對(duì)第10跨、11跨(第9#～11#墩間跨)箱梁腹板縱向裂縫進(jìn)行加固處理。處理措施：對(duì)腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理；在腹板內(nèi)外側(cè)對(duì)稱粘貼加勁鋼板(見圖4)。

圖4 腹板內(nèi)外側(cè)粘貼加勁鋼板橫斷面(單位：cm)

加勁鋼板采用Q345B級(jí)，粘貼鋼板寬度為200 mm，厚度為8 mm。為適應(yīng)箱內(nèi)倒角，鋼板采用熔透對(duì)接焊，加勁鋼板條與粘貼鋼板焊接為整體后進(jìn)行粘貼施工。鋼板粘貼采用壓力灌注法。

鉆孔前探測(cè)箱梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束及主筋位置，植入螺桿的位置根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以避開箱梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束及主筋，保證鉆孔成功率。砼基體內(nèi)孔位鉆制完畢、檢驗(yàn)合格后，根據(jù)砼基體上實(shí)際孔位放樣粘貼鋼板中的孔位，并保證孔位精確對(duì)應(yīng)。

植入鋼螺桿采用Q345級(jí)，直徑12 mm，植入深度為120 mm。鋼板粘貼完畢后，對(duì)箱梁腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理；對(duì)粘貼鋼板外露面進(jìn)行防腐涂裝，涂裝防護(hù)體系見表2。

表2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝防護(hù)體系

3.3 箱梁底板開制進(jìn)人孔

為滿足加固需要，在第11跨、第10跨左右幅箱梁底板開制進(jìn)人孔，合計(jì)4個(gè)。進(jìn)人孔距離墩中心6.2 m(和施工節(jié)段接縫對(duì)稱)，開孔直徑80 cm。開孔前，在開孔位置粘貼鋼板進(jìn)行預(yù)加固，鋼板采用Q345B，鋼板厚度為8 mm。

3.4 箱梁底板橫向裂縫處理

箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固處理，在底板砼缺陷及裂縫處理完畢后進(jìn)行。碳纖維布粘貼完成并檢驗(yàn)合格后對(duì)其表面進(jìn)行防護(hù)涂裝，防護(hù)體系見表3。

表3 碳纖維布表面防護(hù)體系

3.5 節(jié)段接縫處理

該橋采用分段滿堂支架現(xiàn)澆施工，在距離墩中心6 m處設(shè)置節(jié)段接縫。接縫處普遍存在開裂現(xiàn)象，部分裂縫已貫通底板、腹板、翼緣板。該節(jié)段接縫為預(yù)應(yīng)力鋼束錨固及連接位置，對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響較大。在接縫處開U形槽填充水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，槽寬20 mm，深20 mm，騎縫開制(見圖5)。填塞水泥基滲透結(jié)晶型防水材料后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于72 h。

圖5 施工節(jié)段接縫處理示意圖(單位：mm)

3.6 砼表面防護(hù)涂裝

該橋所在地區(qū)大氣腐蝕環(huán)境為中腐蝕(Ⅱ)，砼涂裝防護(hù)體系按長(zhǎng)效型設(shè)計(jì)，防護(hù)年限為20年。

4 結(jié)語

針對(duì)連續(xù)梁橋腹板通長(zhǎng)貫穿裂縫、節(jié)段施工接縫等典型病害，根據(jù)其產(chǎn)生原因提出有針對(duì)性的加固措施：對(duì)砼表面缺陷采用聚合物砂漿修補(bǔ)；對(duì)鋼筋及預(yù)埋板外露，先進(jìn)行表面除銹，涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補(bǔ)；對(duì)腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理，腹板內(nèi)外側(cè)對(duì)稱粘貼加勁鋼板；對(duì)箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固處理；節(jié)段接縫處開U形槽填充水泥基滲透結(jié)晶型防水材料處理。