■王華生

（龍巖市公路局上杭分局，龍巖 364200）

某T梁橋病害成因分析及加固維護(hù)

■王華生

（龍巖市公路局上杭分局，龍巖 364200）

本文以石圳橋T梁橋的加固維護(hù)為背景，依據(jù)外觀檢測(cè)、材質(zhì)專項(xiàng)檢測(cè)、荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及結(jié)構(gòu)檢算評(píng)定成果等，對(duì)橋梁存在的主要病害進(jìn)行成因分析，并據(jù)此開展針對(duì)性的維修加固設(shè)計(jì)與施工。實(shí)際加固效果良好，并且加固后采取了積極的預(yù)防性管養(yǎng)措施，可供其他類似橋梁病害處置借鑒。

T梁 病害分析 加固維修

1 工程概況

某梁橋跨徑組合為9×20m，上部結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)的T形梁（圖1）。橋?qū)?1.5m=0.5m（護(hù)欄）+1.5m（人行道）+7.5m（行車道）+1.5m（人行道）+0.5m（護(hù)欄）。下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土樁柱式結(jié)構(gòu)體系。支座為板式橡膠支座，橋面鋪裝采用水泥混凝土鋪裝形式。

該橋于1996年建成通車，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)，掛車-100級(jí)。橋址所處地區(qū)跨越某淡水水庫，除兩側(cè)橋臺(tái)位于陸地區(qū)外，其余7個(gè)橋墩均位于水中，正常蓄水狀況平均水深2.0m。

上部主梁由 7片預(yù)應(yīng)力混凝土 T梁組成，梁高1.3m，支點(diǎn)位置腹板寬度35cm，L/4～3L/4之間腹板寬度18cm，采用直線型過渡。橋面板懸臂根部厚14cm，端部厚10cm，翼緣板長(zhǎng)度70cm。T梁之間間隙2cm，橫隔板采用鋼板式接頭（圖2），分別在跨中、四分點(diǎn)及梁端布置。

圖1 上部結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 梁間鋼板式接頭示意圖

該橋?yàn)楫?dāng)?shù)芈?lián)系兩岸的咽喉工程，通車運(yùn)營(yíng)后承擔(dān)了繁重的交通負(fù)擔(dān)，且重車比例較高，在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)了一系列影響運(yùn)營(yíng)安全和行車舒適性的問題。為此管養(yǎng)單位在2015年委托檢測(cè)單位對(duì)該橋開展了外觀檢測(cè)、材質(zhì)專項(xiàng)檢測(cè)以及荷載試驗(yàn)等一系列工作，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其承載能力進(jìn)行了檢算，技術(shù)狀況評(píng)定為4類橋梁。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的要求，對(duì)于4類橋梁需要及時(shí)開展大修或改造。因此委托設(shè)計(jì)單位開展了針對(duì)性的維修加固設(shè)計(jì)與施工，后經(jīng)加固后檢測(cè)驗(yàn)證，加固效果良好。

2 關(guān)鍵病害及成因分析

2.1 關(guān)鍵病害

2015年檢測(cè)過程中所發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵病害問題包括：

（1）結(jié)構(gòu)受力性開裂

梁體存在較多的受力性裂縫，包括腹板密集的豎向裂縫（圖3）、斜向裂縫以及底板橫向裂縫等。部分橫向及豎向裂縫貫通形成U形裂縫。裂縫主要分布在梁體中段L/4至3L/4跨徑范圍，且呈現(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱發(fā)展。寬度大多在0.2mm以下，最寬達(dá)到0.34mm。依據(jù)現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004）對(duì)裂縫限值的要求，該橋外觀狀況已不滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)裂縫是表征橋梁受力狀態(tài)的“晴雨表”，腹板豎向及橫向裂縫（特別是寬度超限裂縫）的出現(xiàn)，表征著梁體正截面抗彎承載能力的不足；腹板斜向裂縫（特別是寬度超限裂縫）的出現(xiàn)，表征著梁體斜截面抗剪承載能力的不足。裂縫的出現(xiàn)還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致腐蝕性水汽進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加劇內(nèi)部鋼筋的銹蝕等。

圖3 腹板豎向裂縫

（2）支撐及約束體系問題

橋梁支座在上下部結(jié)構(gòu)之間起到重要的傳力和協(xié)調(diào)變形作用。該橋支座采用板式橡膠支座，通過橡膠支座本身的豎向承載能力傳遞上部恒活載作用，通過其剪切變形能力來適應(yīng)梁體變形需求。由于重載交通的沖擊作用以及橡膠本身的老化問題，導(dǎo)致該橋支座出現(xiàn)了較多的鼓包、開裂（圖4）以及過大的剪切變形等問題，嚴(yán)重的影響到上下部結(jié)構(gòu)之間正常傳力及梁體變形需求。

圖4 支座開裂

（3）荷載橫向傳遞偏弱

該橋橫橋向由7片T梁拼裝而成，之間通過橫隔梁連接。橫隔梁布置在跨中、四分點(diǎn)及梁端位置，每跨共計(jì)5處橫隔梁。橫梁之間間隙2cm，其間采用鋼板式接頭。

外觀檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)橫隔板預(yù)埋及蓋接鋼板存在剪切變形、銹蝕嚴(yán)重（圖5），橫隔梁之間縫隙未采用水泥砂漿填充。不同工況下各梁的荷載試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，其中5#、7#梁在中載及偏載工況下，應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)均超設(shè)計(jì)值，存在單片梁受力的問題。

橫向聯(lián)系的薄弱會(huì)導(dǎo)致各片梁受力的不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)單片梁受力問題，導(dǎo)致個(gè)別梁片所承擔(dān)的作用超過其承載能力，引起橋梁的毀壞。

圖5 橫隔梁鋼板式接頭病害

表1 荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

除了上述反映結(jié)構(gòu)受力狀況及影響結(jié)構(gòu)約束體系的病害外，該橋還存在了影響安全運(yùn)營(yíng)的其他問題，包括：橋臺(tái)護(hù)坡破損、臺(tái)背填土脫空；伸縮縫堵塞；橋面標(biāo)線缺失；保護(hù)層厚度偏薄，混凝土耐久性性能偏差的問題。

2.2病害成因分析

針對(duì)上述關(guān)鍵病害問題，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)進(jìn)行病害成因分析。

（1）結(jié)構(gòu)開裂成因分析

腹板豎向裂縫及底板橫向裂縫主要分布在梁體中段L/4至3L/4跨徑范圍，且呈現(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱發(fā)展。橋梁支撐體系采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系，恒活載作用下，跨中位置附近彎矩最大（圖6）。由于受到車輛超載、長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失等因素綜合影響，跨中區(qū)域一定范圍內(nèi)，永存預(yù)壓應(yīng)力不足以抵抗荷載作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)梁體開裂。

腹板斜裂縫（圖7）主要分布在兩側(cè)支點(diǎn)位置至L/4范圍內(nèi)。橋梁支撐體系采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系，恒活載作用下，該區(qū)域范圍內(nèi)剪力較大，組合而成的主拉應(yīng)力較大。由于受到車輛超載、長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失及預(yù)應(yīng)力彎起束布置不合理等因素綜合影響，支點(diǎn)一定范圍內(nèi)，永存預(yù)壓應(yīng)力不足以抵抗荷載作用產(chǎn)生的主拉應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)梁體開裂。

圖6 豎向、橫向裂縫及彎矩包絡(luò)示意圖

圖7 斜向裂縫及剪力包絡(luò)示意圖

（2）支撐及約束體系問題病害成因分析

橡膠支座鼓包、開裂、剪切變形過大等病害產(chǎn)生的主要原因是由于重載交通的沖擊作用以及橡膠本身的老化造成的。通行的重載交通對(duì)支座產(chǎn)生巨大的沖擊力，超過橡膠支座本身的承載能力；另一方面由于橋梁建成至今已接近20年，基本達(dá)到橡膠支座的使用壽命期限，橡膠本身出現(xiàn)材質(zhì)老化變異問題。

（3）荷載橫向傳遞偏弱成因分析

橫梁聯(lián)系采用鋼板式接頭形式，由于施工期間遺留缺陷，橫梁之間間隙未用砂漿填充，導(dǎo)致該橋先天橫向傳力能力較弱。另一方面，由于重載交通的偏載作用，預(yù)埋鋼板與蓋接鋼板負(fù)荷超過其設(shè)計(jì)極限，導(dǎo)致接頭位置剪切變形，繼而出現(xiàn)單片梁受力問題。

3 維修加固處置措施

綜合上述關(guān)鍵病害問題及其成因分析，開展有針對(duì)性的維修加固處置。維修加固處置總體原則及思路是：提高結(jié)構(gòu)承載能力、恢復(fù)結(jié)構(gòu)耐久性、提升結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)功能。具體而言，主要維修加固處置措施包括：

3.1 提高結(jié)構(gòu)承載能力

針對(duì)結(jié)構(gòu)受力性開裂、支座功能性病害及橫向聯(lián)系薄弱等結(jié)構(gòu)體系方面問題，采取裂縫封閉、梁底粘貼碳板、橫隔板對(duì)拉鋼板等處置措施予以加固。

（1）裂縫封閉

依據(jù) 《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于≥0.15mm的裂縫進(jìn)行灌膠封閉，對(duì)于＜0.15mm的裂縫進(jìn)行封縫處理。

①封縫工藝：采用環(huán)氧樹脂封縫膠對(duì)寬度<0.15mm的裂縫進(jìn)行封閉處理。根據(jù)不同裂縫情況，封縫前先對(duì)裂縫部位進(jìn)行表面處理或在裂縫處開V型槽，然后用封縫材料將裂縫表面或V型槽封閉。封縫材料固化后必須能有效地將裂縫封閉，防止水汽侵入，銹蝕鋼筋。

②灌封工藝：采用環(huán)氧樹脂灌封膠對(duì)寬度≥0.15mm的裂縫進(jìn)行封閉處理。施工工序包括：混凝土基面清理→粘貼注膠口→裂縫表面封閉，形成封閉帶→密閉性檢查（壓氣試驗(yàn)）→裂縫灌膠（配制灌注膠、灌膠、封口處理）→質(zhì)量檢驗(yàn)。

③本次維修加固所用封縫及灌封膠材料性能滿足規(guī)范中A類膠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）粘貼高強(qiáng)材料（碳纖維板）

腹板豎向裂縫及底板橫向裂縫表征結(jié)構(gòu)正截面抗彎承載能力不足，采取粘貼高強(qiáng)材料（碳纖維板）的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)并約束裂縫發(fā)展。施工工序包括：混凝土基面清理（保證基面平整、干燥）→配制底膠、粘浸膠及裁剪碳纖維板→粘貼碳纖維板→固定碳纖維板（壓條固定）→固化與質(zhì)量檢驗(yàn)→維護(hù)（粉刷聚合物水泥砂漿）。

（3）支座同步頂升更換

對(duì)全橋板式橡膠支座采用同步頂升方式予以更換，施工工序包括：施工準(zhǔn)備→支座復(fù)查→施工平臺(tái)搭建→頂升基面選擇及整理→千斤頂安裝→試頂升與調(diào)節(jié)→正式頂升→臨時(shí)支撐設(shè)置→舊支座拆除→新支座接觸面整理→新支座就位與調(diào)節(jié)→臨時(shí)支撐去除→落梁→檢查與驗(yàn)收。

由于該橋?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式，因此在頂升過程中同一橋墩上的相連兩跨采取同步頂升的方式。

（4）橫向聯(lián)系加強(qiáng)

在橫隔梁上、中、下三個(gè)位置，采用對(duì)拉粘鋼方式加強(qiáng)T梁橫向聯(lián)系（圖8）。由于橫隔梁不共面、存在錯(cuò)臺(tái)，施工過程中采用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)消除錯(cuò)臺(tái)。鉆孔植螺桿過程中，應(yīng)探明原有鋼筋位置，避免破壞橫梁內(nèi)部鋼筋。

3.2 恢復(fù)結(jié)構(gòu)耐久性

耐久性關(guān)乎結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全性能，前述裂縫封閉、粘貼碳板等措施可以有效封閉裂縫并約束其發(fā)展，對(duì)內(nèi)部鋼筋起到一定的保護(hù)效果。除了上述措施外，對(duì)混凝土剝落露筋等位置采取除銹、阻銹方式進(jìn)行鋼筋處理后，涂抹環(huán)氧砂漿層進(jìn)行填充。

3.3 提升結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)功能

對(duì)于該橋存在的影響結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全和功能性的問題，在本次維修加固中一并處理。處置措施包括：橋臺(tái)壓力注漿；橋面標(biāo)線恢復(fù)等。

采用橋臺(tái)側(cè)墻水平灌漿法，對(duì)橋臺(tái)脫空位置進(jìn)行壓力注漿。灌漿材料采用水泥粘土砂漿，配合比為水泥∶水∶砂∶粘土=1∶1.2∶0.3∶1。并按照水泥用量的1%摻入具有早強(qiáng)、減水、微膨脹作用的外加劑。鉆孔位置根據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行布置。采用“先低后高，先邊緣后中間”的灌注施工順序。

4 維修加固效果

為了檢驗(yàn)維修加固效果，在加固施工完成后，對(duì)該橋重新進(jìn)行了靜動(dòng)載試驗(yàn)，試驗(yàn)布載位置及工況與2015年試驗(yàn)相同。將所測(cè)得的應(yīng)變、撓度數(shù)據(jù)與2015年結(jié)果相對(duì)比進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

（1）應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)與2015年相比稍有減小，表明底板粘貼碳纖維板對(duì)截面的正截面抗彎提高有一定的幫助。試驗(yàn)過程中，原有的裂縫沒有發(fā)展，表明加固措施對(duì)裂縫的約束作用較好。但通過分析可以看出，由于碳纖維板本身厚度較?。?4mm），其對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的提升效果不明顯。

（2）各片梁實(shí)測(cè)應(yīng)變及撓度表明加固后橫向聯(lián)系有一點(diǎn)程度的加強(qiáng)，橫向分布規(guī)律與理論值接近，協(xié)同受力能力得到改善。但5#實(shí)測(cè)結(jié)果仍然存在突變，仍較理論狀態(tài)偏弱（實(shí)測(cè)值/理論值=1.07）。由于本次維修加固中未對(duì)翼緣板縱向連接進(jìn)行改造，僅依靠跨中、四分點(diǎn)位置橫隔梁對(duì)拉鋼板、梁端位置單側(cè)粘鋼進(jìn)行橫向聯(lián)系加強(qiáng)處置，仍難以完全達(dá)到接近理想狀況的效果。

總體而言，通過本次維修加固橋梁承載能力、耐久性能以及運(yùn)營(yíng)功能得到了較大的提升，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，基本滿足現(xiàn)有交通通行需求。

5 預(yù)防性管養(yǎng)對(duì)策

在維修加固完成后，管養(yǎng)單位采取了一系列的預(yù)防性管養(yǎng)對(duì)策，重點(diǎn)在落實(shí)橋梁安全運(yùn)營(yíng)十項(xiàng)制度，確實(shí)保障該T梁橋的“暢、安、舒、美”，具體措施包括：

（1）由橋梁養(yǎng)護(hù)工程師牽頭，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)橋址周邊社會(huì)力量參與，對(duì)該橋進(jìn)行例行檢查。除了開展經(jīng)常檢查（1次/月）、定期檢查（1次/年）之外，計(jì)劃加固后三年內(nèi)，每年進(jìn)行一次橋梁的特殊檢測(cè)與承載能力評(píng)定。后續(xù)根據(jù)橋梁實(shí)際技術(shù)狀況定期開展特殊檢測(cè)與評(píng)定。并且將日

圖8 橫隔梁加固示意圖

常巡查制度納入該橋的管養(yǎng)過程中，每日進(jìn)行結(jié)構(gòu)巡查。

（2）針對(duì)該橋狀況完善了分類處置制度，制定了各種突發(fā)狀況應(yīng)急預(yù)案。針對(duì)該橋歷史狀況沿革以及當(dāng)前現(xiàn)狀，在風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，制定了專門的橋梁養(yǎng)護(hù)手冊(cè)。

6 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)某T梁橋關(guān)鍵病害進(jìn)行了成因分析及維修加固設(shè)計(jì)，并跟蹤了施工、加固后管養(yǎng)全過程，得到的主要結(jié)論如下：

（1）通過加固前后的動(dòng)靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比可知，該橋在加固后其承載能力、耐久性及運(yùn)營(yíng)功能均得到了提升和恢復(fù)。

（2）采用橫隔梁粘鋼方式可以在一定程度上提高各片梁之間的橫向聯(lián)系，為了能夠進(jìn)一步的提升各片梁之間的協(xié)同受力性能，建議可以結(jié)合翼緣板縱向連接的改造、新增橫隔板等方式進(jìn)行綜合提升，進(jìn)一步提升加固效果。

（3）從橋梁全壽命角度出發(fā)，加固后需要采取預(yù)防性的管養(yǎng)對(duì)策，以確保橋梁后續(xù)的安全運(yùn)營(yíng)。

[1]易建國(guó).混凝土簡(jiǎn)支梁（板）橋（第二版）——橋梁計(jì)算示例叢書[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[4]張勁泉，王文濤.橋梁檢測(cè)與加固手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2007.