陳雪芬

(廣東華路交通科技有限公司，廣東　廣州　510420)

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測與加固實(shí)例分析

陳雪芬

(廣東華路交通科技有限公司，廣東廣州510420)

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁；橋梁檢測；加固

0引言

為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來公路橋梁的修筑越來越多，橋梁建成投入使用后，長期暴露在自然環(huán)境中，經(jīng)受太陽暴曬、雨水沖刷，以及空氣中的腐蝕性污染物都會(huì)使橋梁產(chǎn)生破壞，再加上車流量的增加，重型大車、超載車輛的增多，使得橋梁經(jīng)常超負(fù)荷工作，從而發(fā)生病害和缺陷，輕則影響行車舒適性，重則對行車安全構(gòu)成威脅[1]。橋梁發(fā)生病害后拆掉重建耗資巨大且影響交通，因此，對橋梁進(jìn)行檢測以預(yù)防病害，同時(shí)采取有效措施對橋梁進(jìn)行加固維持并力求延長橋梁使用壽命是目前橋梁工程的重點(diǎn)[2]。

對于已建成投入使用中的橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)構(gòu)材料變化狀況的詳細(xì)檢測，以準(zhǔn)確掌握橋梁的安全性能和可使用壽命，而對已產(chǎn)生病害的橋梁結(jié)構(gòu)部分則應(yīng)采取相應(yīng)有效的措施進(jìn)行加固、修補(bǔ)。

1工程概況

某變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，跨徑為(75+96+63.83=233.83)m，上下行分左右兩幅，單幅橋?qū)?3.45 m(0.60 m護(hù)欄+12.25 m機(jī)動(dòng)車道+0.60 m護(hù)欄)，設(shè)計(jì)荷載為：城-A級。設(shè)置雙車道，-1.00%的縱坡，2.00%的橫坡，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值表

橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室的箱形變截面，梁高從4.50 m線型變化到2.20 m，主梁為C50混凝土現(xiàn)澆而成。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋面鋪裝采用瀝青混凝土材料，護(hù)欄是鋼筋混凝土。主墩分別高20.8 m、21.7 m，橫橋向設(shè)橢圓端，墩寬10 m，最大壁厚2 m，順橋向?qū)? m，壁厚60 cm。左右幅主墩共用承臺(tái)，主墩承臺(tái)尺寸為34.1×8.7×4 m，承臺(tái)下承接12根直徑2.2 m的樁基。箱梁截面上布置豎向、橫向、縱向的三向預(yù)應(yīng)力束。

該橋采用掛籃施工技術(shù)，在橋墩處設(shè)置掛籃，按照一般構(gòu)造圖(見圖1)分段施工，在邊跨合攏段斷采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，中跨合攏段長2 m，先進(jìn)行兩邊跨現(xiàn)澆施工，預(yù)留2 m的合攏段，等邊跨頂板、腹板以及底板預(yù)應(yīng)力短鋼束張拉完工后，進(jìn)行中跨合攏段的現(xiàn)澆施工，然后將所有腹板及底板的長預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉。

圖1　橋梁平面布置圖

2橋梁檢測分析

主橋在修建完畢(2008年)開放通車前，進(jìn)行靜載和動(dòng)載試驗(yàn)，結(jié)果表明左、右幅橋梁的承載能力皆達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在通車兩年后，再次對橋梁進(jìn)行靜載和動(dòng)載試驗(yàn)，結(jié)果表明，主橋右幅橋梁均存在大量的裂縫，主要分布在受力較大部位，裂縫主要集中在各跨跨中附近和腹板、墩頂附近。其中，嚴(yán)重的裂縫還由底板延伸至腹板，大多數(shù)裂縫寬度大于規(guī)范允許的0.1 mm，嚴(yán)重影響橋梁承載能力，需要進(jìn)行必要的加固措施。同時(shí)主橋跨中下?lián)?，根?jù)相應(yīng)的規(guī)范，該橋技術(shù)評定狀況為不合格級。該橋裂縫開裂示意圖如圖2～4所示，跨中裂縫最大值見表2。

圖2　右幅第38跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

圖3　右幅第39跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

圖4　右幅第40跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

位置裂縫寬度邊跨跨中中跨跨中邊跨跨中右幅0.240.140.24

經(jīng)過動(dòng)靜載試驗(yàn)，第38跨和第40跨最大正彎矩試驗(yàn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均>1，不滿足規(guī)范要求，第39跨接近1，表明該右幅橋結(jié)構(gòu)剛度儲(chǔ)備不足，承重能力不能滿足城A設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)較差，必須對該橋采取加固維修處之措施，并在加固后重新進(jìn)行荷載試驗(yàn)，撓度校驗(yàn)系數(shù)見表3。

表3　試驗(yàn)撓度校驗(yàn)系數(shù)表

3橋梁病害原因分析

(1)施工原因。橋梁修建的采用分層澆筑的施工方案，分層澆筑時(shí)間間隔長達(dá)1～2個(gè)月，在此間隔時(shí)間里，滿堂支架、掛籃以及橋梁下部結(jié)構(gòu)都會(huì)隨著時(shí)間推移發(fā)生不同程度的沉降。先澆筑的混凝土在承受自重荷載以及掛籃荷載的同時(shí)還要承受后澆筑的混凝土作用，容易造成先澆筑的混凝土產(chǎn)生裂縫。

(2)收縮作用?；炷猎谟不^程中，水和水泥顆粒結(jié)合以及水分的蒸發(fā)都使得混凝土體積縮小，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。

(3)溫度作用。水泥硬化產(chǎn)生水化熱、太陽的照射等溫度變化使得混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力變化大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而造成裂縫產(chǎn)生。

4加固方案

該橋有兩種不同類型的裂縫，需要采取不同方式進(jìn)行修補(bǔ)：裂縫寬度介于0.15～0.3 mm之間，采取高壓灌注法進(jìn)行修復(fù)；裂縫寬度介于0.015～0.15 mm，采取直接封閉裂縫的方法進(jìn)行修補(bǔ)[3-4]。

同時(shí)，結(jié)合本橋裂縫多、變形嚴(yán)重，以及交通壓力大、不適宜封閉交通進(jìn)行橋梁加固施工的實(shí)際情況，經(jīng)過專項(xiàng)會(huì)議分析決定采用具有施工速度快、施工技術(shù)簡單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)的粘貼鋼板法對本橋進(jìn)行加固，即等主橋裂縫封閉完成后，在箱梁底板粘貼10 mm厚鋼板，粘貼鋼板時(shí)須采用優(yōu)質(zhì)粘鋼膠。

施工階段流程為：(1)在95 m中跨跨中布置6臺(tái)27 t載重汽車，封閉中跨底板裂縫；(2)在63.83 m跨布置6臺(tái)27 t載重汽車，封閉其底板裂縫；(3)在75 m邊跨布置6臺(tái)27 t汽車，封閉底板裂縫，卸載車輛；(4)裂縫封閉全部完成達(dá)到固化強(qiáng)度后，在中跨布置5臺(tái)27 t汽車，粘貼兩邊跨底板開裂區(qū)域鋼板；(5)在兩邊跨裂縫區(qū)域布置6臺(tái)27 t載重汽車，粘貼中跨底板開裂區(qū)域的鋼板。

5加固后檢測分析

5.1試驗(yàn)方案及測定布置

在該橋不同位置設(shè)計(jì)控制截面A-A，B-B，C-C，D-D，E-E，同時(shí)設(shè)計(jì)不同的工況，其中A-A控制截面為工況一第38跨最大正彎矩工況，B-B控制截面為工況二第38#墩最大負(fù)彎矩工況，C-C控制截面為工況三第39跨跨中最大正彎矩工況，D-D控制截面為工況四39#墩頂最大負(fù)彎矩試驗(yàn)，E-E控制截面為工況五第40跨最大正彎矩試驗(yàn)。截面試驗(yàn)截面布置如圖5所示。

圖5　試驗(yàn)截面布置圖

A-A、C-C、E-E截面應(yīng)變測定布置如圖6所示。

圖6　截面應(yīng)變測點(diǎn)布置圖

B-B、D-D截面應(yīng)變測定布置如圖7所示。

圖7　截面應(yīng)變測點(diǎn)布置圖

在進(jìn)行撓度試驗(yàn)分析，取墩頂、1/4跨、3/4跨和其它跨的跨中和墩頂設(shè)置撓度測點(diǎn)，其中第39跨撓度測定布置如圖8所示，其余跨類似。

圖8　38跨撓度測點(diǎn)布置圖

5.2靜載結(jié)果分析

鑒于文章篇幅有限，這里只列出工況三的應(yīng)變和撓度試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表4、表5)。

表4　實(shí)測應(yīng)變值表

表5　撓度值表(單位：mm)

各級荷載下實(shí)測與計(jì)算撓度對比圖如圖9所示。

圖9　試驗(yàn)撓度值與計(jì)算撓度值比較圖

從表4～5中可以看出，布置在截面下緣的測點(diǎn)相對殘余應(yīng)變均≤0.20，在設(shè)計(jì)規(guī)范的范圍內(nèi)，即該預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后，處在彈性工作狀態(tài)，說明加固后的橋梁整體性能好，滿足承載能力要求。

5.3撓度校驗(yàn)系數(shù)

在最大級荷載作用下，取截面左右兩側(cè)撓度測點(diǎn)實(shí)測彈性變位值Se，將兩者數(shù)據(jù)平均得出截面中心的彈性變位值Se中，再與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。具體數(shù)據(jù)見表6。

表6　撓度校驗(yàn)系數(shù)表

從表6可以看出，校驗(yàn)系數(shù)分別為0.73、0.63、0.88，說明該橋粘貼鋼板后，鋼板與混凝土共同發(fā)揮了作用，結(jié)構(gòu)整體剛度滿足要求。

6結(jié)語

投入使用后的橋梁隨著時(shí)間的推移，其結(jié)構(gòu)會(huì)在各種荷載的作用下發(fā)生不同程度、不同類別的損害。對使用已久的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，有利于掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，避免出現(xiàn)因橋梁損害造成行車不安全的現(xiàn)象發(fā)生；對于已經(jīng)出現(xiàn)問題的橋梁，則需結(jié)合檢測的結(jié)果采取有效的加固措施，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的加固。本文結(jié)合具體的工程實(shí)例，分析預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的檢測與加固關(guān)系，在加固前檢測，以便選擇適當(dāng)?shù)募庸檀胧?；在加固后檢測，以確定該加固措施對橋梁損害的修復(fù)效果，為后續(xù)類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]張廣元.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測評定與加固設(shè)計(jì)的研究探索[D].北京市市政工程研究院，2015.

[2]夏占武.橋梁檢測與加固技術(shù)應(yīng)用[D].吉林：吉林大學(xué)，2004.

[3]朱德宏.預(yù)應(yīng)力混凝土箱式橋梁加固前后使用狀態(tài)分析研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

[4]張帥.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁損傷評估及仿真加固分析研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

摘要：文章結(jié)合工程實(shí)例，通過橋梁檢測分析預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁投入使用后的結(jié)構(gòu)性能變化及病害原因，提出了相應(yīng)的加固處治方案，并對加固效果進(jìn)行評價(jià)，探討舊橋加固的實(shí)用方法。

Analysis on Testing and Reinforcement Practices of Prestressed Concrete Bridge

CHEN Xue-fen

(Guangdong Hualu Transportation Technology Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong，510420)

Abstract：Combined with the engineering practices，this article analyzed the structure performance change and disease reasons of prestressed concrete bridge after put into use through bridge inspection，proposed the corresponding reinforcement treatment measure，evaluated the reinforcement effect，and discussed the practical old bridge reinforcement method.

Keywords：Prestressed concrete bridge；Bridge inspection；Reinforcement

作者簡介

中圖分類號：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.016

文章編號：1673-4874(2016)04-0054-04

收稿日期：2016-03-26

陳雪芬(1978—)，工程師，研究方向：公路橋梁檢測。