■趙丹丹
(福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所,福州 350004)
某跨海大橋位于現(xiàn)有海堤西側(cè)約105m處,與海堤平行,橋梁全長(zhǎng)519.4m,最小平曲線半徑R=450m,最小豎曲線半徑R=3500m。橋面縱坡為2%。通航孔處設(shè)半徑為4500m豎曲線,曲線中心橋面高程為12.51m。
該橋橋式布置為:(29.7+4×30)+(4×40)+(3×30)+(3×30+29.7)m簡(jiǎn)支T梁,共四聯(lián),橋面采用行車道板與鋪裝均連續(xù)的構(gòu)造。其中40mT梁梁高2.4m,采用C50砼,預(yù)應(yīng)力筋采用5-Φj15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線,彈性模量Ey=1.9×105MPa,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1860MPa。每孔布置7片T梁,梁間距2.3m,兩片T梁間設(shè)有0.5m濕接縫。預(yù)留拱度為按二次拋物線跨中下拱8.3cm。30mT梁梁高2.0m,采用C40砼,每孔布置7片T梁,梁間距2.3m,兩片T梁間設(shè)有0.5m濕接縫。預(yù)留拱度為按二次拋物線跨中下拱6.5cm。人行道板預(yù)制拼裝采用C30砼。
40mT梁下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩,兩墩柱間的蓋梁采用 “凸”形截面的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力筋采用12-Φj15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1860MPa。墩柱直徑為Φ1.6m,鉆孔樁直徑為Φ2.0m,樁長(zhǎng)16~36.6m,均嵌入微風(fēng)化基巖。兩墩柱間設(shè)置1.8×1.2m系梁。蓋梁采用C40砼,墩柱、系梁采用C30砼,鉆孔樁采用C25水下砼。30mT梁下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩,兩墩柱間的蓋梁采用“凸”形截面的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。墩柱直徑為Φ1.5m,鉆孔樁直徑為Φ1.8m,樁長(zhǎng)14.2~49m,均嵌入微風(fēng)化基巖。兩墩柱間設(shè)置1.6×1.0m系梁。蓋梁采用C40砼,墩柱、系梁采用C30砼,鉆孔樁采用C25水下砼。
橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級(jí)、掛-100,人群荷載為3.5kN/m2。橋梁全景如圖1所示。
圖1 某跨海大橋全景圖
利用橋檢車對(duì)該橋墩臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢查,并對(duì)病害較為嚴(yán)重的20根樁基和10根系梁進(jìn)行水下探摸檢測(cè),主要病害情況如下:
(1)墩臺(tái):橋臺(tái)臺(tái)帽3處銹脹露筋,共計(jì)長(zhǎng)3.60m;橋臺(tái)臺(tái)身側(cè)墻1條斜向裂縫,縫長(zhǎng)3.50m,縫寬0.30mm;蓋梁25處砼掉塊露筋,共計(jì)面積S=3.85m2;蓋梁33處銹脹露筋,共計(jì)長(zhǎng)10.90m;墩柱12處砼掉塊露筋,最大面積S=4.00×1.50m2(見(jiàn)圖 2),共計(jì)面積 S=21.16m2;墩柱 1 處銹脹露筋,長(zhǎng)1.00m;墩柱橫系梁1處砼掉塊露筋,面積S=4.30m2;墩柱橫系梁1處銹脹露筋,長(zhǎng)0.20m。
(2)樁基礎(chǔ):20根基礎(chǔ)樁樁身從橫系梁下方60cm~120cm開(kāi)始到海床部分段有鋼護(hù)筒包裹;8根基礎(chǔ)樁共有8處破損,最大破損寬度和高度均為80cm,最大破損深度12cm,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋼筋外露;2根基礎(chǔ)樁各有1處網(wǎng)格狀破損,且鋼筋已經(jīng)完全腐蝕(見(jiàn)圖3),破損寬度均為160cm,破損高度均為80cm,最大破損深度15cm(見(jiàn)圖 4);1根基礎(chǔ)樁表面整圈混凝土有破損,破損高度120cm,最深約13cm,鋼筋網(wǎng)外露;1根橫系梁表面有6處豎向銹脹露筋。
圖2 墩柱表面砼掉塊露鋼筋網(wǎng)
圖3 樁頂砼網(wǎng)格狀破損,鋼筋完全腐蝕
圖4 樁頂砼破損,深度最大15cm
根據(jù)文獻(xiàn)[3],該大橋橋墩評(píng)分為65.1,技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為三類;樁基礎(chǔ)評(píng)分為55.0,技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為四類。
對(duì)該橋外觀病害最嚴(yán)重的9-1、9-2#墩柱進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),主要包括鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)、鋼筋銹蝕電位檢測(cè)、混凝土強(qiáng)度和碳化深度測(cè)試。
利用鋼筋保護(hù)層測(cè)試儀對(duì)9-1、9-2#墩柱進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè),根據(jù)鋼筋保護(hù)層厚度特征值Dne與設(shè)計(jì)值Dnd的比值,依據(jù)文獻(xiàn)[4]相關(guān)規(guī)定來(lái)確定鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示,9-1、9-2#墩柱鋼筋保護(hù)層厚度特征值Dne分別為30.99mm和30.95mm,Dne/Dnd均為 0.56,處于(0.55,0.70]范圍內(nèi),查文獻(xiàn)[4]可知墩柱鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度均為4,其對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有較大影響。
表1 9-1、9-2#墩柱鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果
采用半電池電位法,對(duì)9-1、9-2#墩柱進(jìn)行鋼筋銹蝕電位檢測(cè),根據(jù)構(gòu)件測(cè)區(qū)銹蝕電位水平最低值,依據(jù)文獻(xiàn)[4]相關(guān)規(guī)定來(lái)確定鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度,評(píng)定構(gòu)件鋼筋發(fā)生銹蝕的概率或銹蝕活動(dòng)性。檢測(cè)結(jié)果如表2所示,9-1#墩柱鋼筋銹蝕電位最低值為-365mV,9-2#墩柱鋼筋銹蝕電位最低值為-332mV,均處于(-300,400]范圍內(nèi),查文獻(xiàn)[4]可知墩柱鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度均為3,墩柱鋼筋有銹蝕活動(dòng)性,發(fā)生銹蝕概率大于90%。
表2 9-1、9-2#墩柱鋼筋銹蝕電位檢測(cè)結(jié)果
采用回彈法對(duì)9-1、9-2#墩柱進(jìn)行混凝土強(qiáng)度測(cè)試,根據(jù)構(gòu)件實(shí)測(cè)強(qiáng)度推定值計(jì)算其推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbt,并對(duì)進(jìn)行混凝土強(qiáng)度回彈測(cè)試的墩柱進(jìn)行混凝土碳化深度測(cè)試,根據(jù)測(cè)區(qū)碳化深度平均值與實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度平均值的比值Kc,依據(jù)文獻(xiàn)[4]相關(guān)規(guī)定來(lái)確定混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度和混凝土碳化評(píng)定標(biāo)度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3所示,9-1、9-2#墩柱混凝土推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbt均為1.01,碳化深度平均值與實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度平均值的比值Kc分別為0.164和0.166,查文獻(xiàn) [4]可知,墩柱混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度均為1,碳化深度評(píng)定標(biāo)度值均為1。
表3 9-1、9-2#墩柱混凝土強(qiáng)度和碳化深度檢測(cè)結(jié)果
該橋墩柱和樁基礎(chǔ)病害較為嚴(yán)重,從設(shè)計(jì)角度出發(fā),結(jié)合實(shí)體檢測(cè)來(lái)考慮,我們認(rèn)為有以下幾個(gè)方面的原因:
(1)根據(jù) 《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ275-2000),大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水下區(qū)的構(gòu)件主筋最小保護(hù)層厚度規(guī)范值分別為55mm、70mm和55mm,而位于大氣區(qū)的墩柱主筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為37.5mm,均不滿足規(guī)范值要求,位于水下區(qū)的樁基礎(chǔ)主筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為57.5mm,但其樁頭部分位于浪濺區(qū),也不滿足規(guī)范值要求。實(shí)際上,從對(duì)墩柱的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,墩柱的鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)值明顯小于設(shè)計(jì)值,故構(gòu)件主筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值和實(shí)測(cè)值均偏薄是導(dǎo)致墩柱銹脹、掉塊露筋、樁基礎(chǔ)破損腐蝕的主要原因;
(2)墩柱和樁基礎(chǔ)的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30和C25,滿足 《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ275-2000)的相應(yīng)最低強(qiáng)度等級(jí)C30和C25要求。但是根據(jù) 《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50476-2008)規(guī)定,相應(yīng)構(gòu)件混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)均為C45,可見(jiàn)其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不能滿足新規(guī)范的要求。從對(duì)墩柱的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,墩柱的混凝土強(qiáng)度實(shí)測(cè)值雖然稍大于設(shè)計(jì)值C30,但是明顯小于規(guī)定值C45。故構(gòu)件混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)偏低是導(dǎo)致墩柱銹脹、掉塊露筋和樁基礎(chǔ)破損腐蝕的主要原因;
(3)另外,樁基礎(chǔ)頂部長(zhǎng)期經(jīng)受海水漲落潮和沖蝕作用,也極大加重了其腐蝕病害程度。
該大橋處于沿海地區(qū),環(huán)境條件較為典型,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損檢測(cè),分析病害成因,得出如下結(jié)論:
(1)該跨海大橋橋墩及其樁基礎(chǔ)外觀病害較為嚴(yán)重,特別是墩柱表面砼掉塊露鋼筋網(wǎng),樁基礎(chǔ)頂部砼網(wǎng)格狀破損(深度最大15cm)、鋼筋完全腐蝕。墩柱和樁基礎(chǔ)技術(shù)狀況等級(jí)分別評(píng)定為三類和四類;
(2)墩柱鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度為4,其對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有較大影響;墩柱鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度為3,鋼筋有銹蝕活動(dòng)性,發(fā)生銹蝕概率大于90%;墩柱混凝土強(qiáng)度和碳化深度評(píng)定標(biāo)度均為1;
(3)從設(shè)計(jì)角度考慮,該橋墩柱和樁基礎(chǔ)的主筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值偏薄,以及混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)偏低是導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重病害的主要原因;從實(shí)體檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,墩柱的鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)值明顯小于設(shè)計(jì)值,混凝土強(qiáng)度實(shí)測(cè)值雖然稍大于設(shè)計(jì)值C30,但是明顯小于規(guī)定值C45,這也是導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重病害的重要原因;另外,樁基礎(chǔ)頂部長(zhǎng)期經(jīng)受海水漲落潮和沖蝕作用,也極大加重了其腐蝕病害程度;
(4)鑒于該大橋墩柱和樁基礎(chǔ)病害較為嚴(yán)重,無(wú)論是從安全性角度考慮,還是從耐久性角度出發(fā),均要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和加固處理。
[1]劉文輝.淺談沿海地區(qū)橋梁的耐久性設(shè)計(jì)[J].北方交通,2007(7):56-57.
[2]JTJ 275-2000,海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].
[3]JTG/T H21-2011,公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].
[4]JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].
[5]GB/T 50476-2008,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].