箱梁橋裂縫成因及加固措施研究

彭戈

（貴州省公路建設養(yǎng)護集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋梁經(jīng)過長時間的使用，其在服役期內(nèi)不可避免地會出現(xiàn)各種病害，如不能及時維修養(yǎng)護，則會對橋梁的正常使用造成一定影響。本文以某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋為例，分析了橋體裂縫病害產(chǎn)生原因，并提出具有針對性的處理措施，以期全面提高橋梁結構的力學性能，確保交通通行安全。

1 工程概況

某橋梁工程，主橋為現(xiàn)澆連續(xù)梁結構，箱梁為單箱單室斷面結構，箱梁高1.5m，頂板寬16.15m，底板寬7.65m，跨中位置處，頂板厚25cm，底板厚20cm，其橫斷面結構如圖1所示。

圖1 箱梁標準橫斷面示意圖（單位：cm）

通過檢測發(fā)現(xiàn)，該橋梁左幅測得的基頻實際值略低于理論值，有些裂縫寬度較大，有些裂縫經(jīng)補強處理后仍舊不穩(wěn)定，個別部位的裂縫經(jīng)修復后出現(xiàn)了二次開裂現(xiàn)象，分布情況具體見表1。采用鉆芯取樣和內(nèi)窺鏡技術對橋梁第11 跨左幅橋右側腹板和梗斜結合部位的縱向裂縫進行檢測，發(fā)現(xiàn)該部位縱向裂縫長度為8.9m，寬度為0.7mm，縫長幾乎為跨長的1/3，屬貫穿性裂縫。盡管在較短時間內(nèi)不會對橋梁結構造成嚴重影響，但隨著時間的推移及車輛荷載的反復作用，會在極大程度上造成裂縫擴大，大幅降低橋梁結構的承載能力，給交通安全帶來極為不利的影響。若不及時對裂縫實施加固處理，勢必會使裂縫逐漸增大，進一步對其內(nèi)部結構造成破壞，導致混凝土剝落，鋼筋銹蝕等嚴重問題，最終會對腹板箍筋產(chǎn)生疲勞破壞。造成橋面垮塌。通過檢測分析橋梁主梁最終評定技術狀況為四類，主梁整體結構強度存在明顯降低的趨勢，承載能力達不到正常使用需求，應及時實施加固處理。

表1 裂縫病害檢測分布情況

2 橋梁裂縫的成因分析

2.1 橋梁腹板縱向裂縫

2.1.1 橋梁裂縫分布

裂縫出現(xiàn)在承托和腹板外部結合部位，順著該部位縱向發(fā)展，總體位于1/4～3/4 跨（如圖2 所示）。此種裂縫一共有10 條，第10 跨右幅及11 跨位置有7 條，其余3 條分布于第3、8 跨。而11 跨左幅位置處為貫穿性裂縫，其長度為8.9m，縫寬為0.7mm。結合檢測數(shù)據(jù)能夠看出，此種裂縫還處于不斷發(fā)展狀態(tài)。

圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫

2019 年10 月，第11 跨箱梁實施開孔處理，并經(jīng)專業(yè)檢測人員進入箱內(nèi)檢測，結果發(fā)現(xiàn)箱梁內(nèi)部特定部位存在裂縫，且較為嚴重（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

該橋第10 跨和第11 跨在進行箱梁混凝土澆筑時，豎向分2 次進行澆筑，先澆筑底板和腹板，再澆筑頂板，且前、后兩次澆筑的連接部位為倒角和腹板連接位置，第11 跨右幅位置首次澆筑完成6d 后進行第2 次澆筑。因接茬部位施工不規(guī)范造成前后兩次澆筑的混凝土黏結力不足，再加之混凝土自身收縮徐變的作用，使結構開裂嚴重。

查閱設計資料，發(fā)現(xiàn)該橋梁底板設計寬度較小，遠小于翼緣板寬度，腹板結構強度、剛度不足，受力結構不合理，在使用階段，箱梁自身產(chǎn)生的撓度及車輛荷載的持續(xù)作用會在極大程度上加速裂縫發(fā)展和蔓延。

綜上所述，結構設計不合理，施工不規(guī)范是造成梁體開裂的主要原因，后期混凝土自身的收縮、使用階段的箱梁撓度及車輛荷載作用進一步加速裂縫發(fā)展。

2.2 底板橫向裂縫

2.2.1 裂縫分布

由表1 可知，箱梁底板位置開裂165 處，各個跨徑均有分布，大部分位于1/4～3/4跨。新產(chǎn)生的裂縫有50條（主要分布于5、6、7、8、10、11 跨），初次加固后的有86 條，而加固后再次裂開的有2 條，加固后仍不斷發(fā)展的裂縫有27條。

2.2.2 成因分析

該橋梁結構設計存在缺陷，箱梁梁高偏低、底板厚度偏小，結構強度、剛度嚴重不足，加之該橋梁處于繁忙路段，日通車總量高達2.5 萬輛，超重、重載通行量約3 000 多輛，大橋已陷入嚴重超負荷使用狀態(tài)。箱梁底板在重載持續(xù)影響下形成了較大彎拉變形，混凝土縱向拉應力遠高于其所能承受的極限抗拉強度，從而導致梁底出現(xiàn)橫向裂縫。此類裂縫是最為常見的受力裂縫。此外，還可能存在其他方面的因素，如設計缺陷、施工質量、原材料質量不達標等，均會造成箱梁底板裂縫。

2.3 施工垂直接縫

距支座6m 位置處，箱梁梁身環(huán)型開裂分布集中，局部裂縫表現(xiàn)為貫通裂縫，連接底板、腹板和翼緣板結構。該橋梁共計分為11個區(qū)段進行現(xiàn)澆混凝土施工，接縫部位是箱梁預應力鋼絞線張拉、錨固、接長位置，若出現(xiàn)裂縫會大幅降低箱梁承載能力和使用壽命。同時，一些裂縫已貫通至翼緣板，必須對箱梁實施開孔處理，然后對其內(nèi)部進行全面檢測，尤其要重視對其頂板部位的檢測，看是否存在裂縫發(fā)展狀況。

2.4 剛度退化

在車輛正常通行狀況下測得的動撓度和沖擊系數(shù)最大值全部位于第11 跨左幅，具體數(shù)值分別為5.723mm 和1.321，實際沖擊系數(shù)明顯高于理論值1.189；而在該部位測得的基頻值為2.95Hz，明顯低于理論值3.11Hz。充分證明橋梁結構剛度逐步降低。

剛度是箱梁關鍵的力學性能指標，直接決定著箱梁的承載力及穩(wěn)定性。第11 跨開裂極為嚴重，且仍處于發(fā)展趨勢，是造成箱梁剛度降低的直接原因。

3 加固技術

3.1 混凝土裂縫及缺陷處理

加固處理前必須對整個橋梁實施全面細致的檢查和檢測，進一步核實裂縫存在的部位、長度、寬度以及深度等情況，并繪制直觀的裂縫分布圖，便于分析和處理。針對縫寬超過0.15mm 的部位采用壓力注漿法加固，對縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固；梁底粘貼碳纖維布補強部位，對縫寬小于0.15mm的裂縫，無須另作處理；

混凝土面層輕微剝落、麻面等病害，可通過砂漿修補；對面層剝落嚴重，已出現(xiàn)漏筋、預埋件外露缺陷部位，必須先對裸露鋼筋、預埋件進行除銹處理并涂抹阻銹劑，在利用聚合物砂漿進行修補。

3.2 箱梁腹板縱向裂縫處理

該橋梁在第11 跨位置產(chǎn)生了長度為8.9m 的縱向裂縫。通過加載試驗數(shù)據(jù)顯示第11 跨位置箱梁腹板剛度明顯降低，而且箱內(nèi)裂縫比箱外更加嚴重。綜合第11跨實際概況，重點對第9?！?1＃墩間跨的箱梁腹板位置產(chǎn)生的縱向裂縫實施加固補強處理，實施方案為：對腹板縱向裂縫位置采取壓力注漿加固，并在腹板內(nèi)外兩側對稱粘貼加勁鋼板（見圖4）。

圖4 腹板內(nèi)外側粘貼加勁鋼板橫斷面（單位：cm）

加勁鋼板、螺桿材質規(guī)格均為Q345B 級，加勁鋼板寬200mm，厚8mm，長度根據(jù)具體狀況確定；桿徑12mm，預埋深度120mm。為有效貼合倒角，通過熔透法施工實現(xiàn)加勁板與粘貼鋼板的有機融合，然后在對其實施加固處理。粘貼加固通過壓力灌漿法完成。箱梁打孔前必須對內(nèi)部鋼筋及預埋件具體位置進行精準定位，結合具體狀況對螺桿位置實施調(diào)節(jié)，確保與預應力筋及主筋位置互不干擾，有效提升鉆孔準確度。箱梁混凝土鉆孔完成并經(jīng)驗收合格后，結合混凝土孔位對粘貼鋼板孔位進行精準定位，保證二者對應的準確性。粘貼牢固后，立即組織工人進行腹板縱向裂縫壓力注漿施工，同時對加固部位實施防腐處理，具體防腐處理情況可參考表2 執(zhí)行。

表2 鋼結構工程涂裝防護體系材料性能指標

3.3 箱梁底板開制人孔

為準確調(diào)查箱梁內(nèi)部開裂分布情況，先后在第10跨、11 跨箱梁底部切割檢測通道，方便檢測人員進入箱梁內(nèi)部實施精確檢測，共計4 個。通道口設置于距墩臺中軸線6.2m（與施工區(qū)段接茬位置對稱）位置，孔徑為80cm。切割前，必須對開口部位實施預加固處理。

3.4 箱梁底板橫向裂縫處理

在對橋梁梁底橫縫進行加固時，應先對其表面輕微的質量缺陷進行修復，然后再進行梁底橫縫加固處理。待施工完畢并驗收通過后，在作業(yè)表面施作碳纖維布防護體系，防護體系施工控制參數(shù)見表3。

表3 碳纖維布表面防護體系

3.5 節(jié)段接縫處理

在距橋墩中軸線6m 位置布設施工區(qū)段連接縫。施工縫均存在不同程度的開裂現(xiàn)象，且有些裂縫呈貫穿性，極為嚴重。此區(qū)段拼縫結合位置恰好位于預應力筋張拉和連接區(qū)域，嚴重影響結構穩(wěn)定性和安全性。在接茬部位沿縫切割寬度為20mm，深度20mm 的U形槽，并在槽內(nèi)嵌入防水砂漿，施工完成后及時采取養(yǎng)護措施，并嚴格控制養(yǎng)護期限，不得低于3d。節(jié)段拼縫加固效果圖如圖5所示。

圖5 施工節(jié)段拼縫加固效果圖（單位：mm）

3.6 混凝土表面防護涂裝

通過調(diào)查得知，該橋梁坐落區(qū)域空氣腐蝕質量狀況為中度腐蝕（Ⅱ），混凝土防腐設計等級為長期防腐，有效期限不得低于20年。

4 結論

綜上所述，針對現(xiàn)澆箱梁梁體裂縫、節(jié)段拼縫處裂縫等質量病害，結合其形成的具體原因制定出了切實可行的加固方案：

（1）對于梁體混凝土表面裂縫、鋼筋預埋件裸露的病害，可通過聚合物水泥砂漿修復。

（2）對于腹板縱向開裂病害，縫寬超過0.15mm 的部位采用壓力注漿實施加固，對縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固，箱體內(nèi)外對稱粘貼加強鋼板補強。

（3）對于箱梁底部橫向開裂，采取粘貼碳纖維布方案治理。

（4）對于梁體節(jié)段接茬位置裂縫，通過開U形槽、填充水泥基滲透結晶型防水材料的方式加固。