韋富榮

摘要：連續(xù)剛構(gòu)橋是基于連續(xù)橋梁衍生的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，隨著服役時間的增長也面臨著橋梁病害的侵蝕。文章圍繞廣西某連續(xù)剛構(gòu)橋梁常見病害，從橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損露筋、支座脫空等病害角度著手分析，探究病害產(chǎn)生的根源、分布特征、發(fā)展現(xiàn)律，并從裂縫處治角度介紹了裂縫修補(bǔ)、底板灌漿、橫向粘貼碳纖維、體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可為從事橋梁養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的技術(shù)人員提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;常見病害;養(yǎng)護(hù)技術(shù);裂縫處治

中圖分類號：U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.031

文章編號：1673-4874（2019）09-0107-04

0引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的典型構(gòu)造之一.隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的長期服役、跨度增加和交通流、車輛荷載增大等問題的曰益明顯，以往修建的連續(xù)剛構(gòu)橋逐漸出現(xiàn)了不同程度的病害問題。在這種情況下，橋梁的行車安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都受到一定威脅。橋梁構(gòu)件出現(xiàn)失效和破壞時需要采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行維修加固，可以延長預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的使用壽命。

針對連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定分析，一方面離不開對結(jié)構(gòu)承載力的計算，另一方面也離不開對橋梁出現(xiàn)的病害進(jìn)行深度分析。連續(xù)剛構(gòu)橋一般為多次超靜定結(jié)構(gòu)，其受力和橋梁線性主要以施工完畢、養(yǎng)護(hù)后的狀態(tài)為主，連續(xù)剛構(gòu)橋常出現(xiàn)的病害問題主要包括：橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損露筋、支座脫空等。本文圍繞這些典型病害進(jìn)行深入分析，探討病害產(chǎn)生的機(jī)理，為后期養(yǎng)護(hù)提供參考。

1連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害調(diào)研

本文根據(jù)連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害的分類和分布特征對廣西柳州市的7座36孔連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行病害調(diào)研，典型病害如下頁圖、所示，病害分布匯總結(jié)果見表1。

通過對連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害的統(tǒng)計分析可知，連續(xù)剛構(gòu)橋中橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土破損、混凝土露筋、支座脫空等病害的占比較大，分別達(dá)到17.94%、11.85%、23.69%、16.72%、9.23%。因此，有必要深入分析這些病害的特征和產(chǎn)生原因，為日常橋梁的維修加固提供養(yǎng)護(hù)對策。

2連續(xù)剛構(gòu)橋梁病害特征

洛維大橋總長698m，建成于1998年，主橋?yàn)椋?0+125+80）m單箱單室連續(xù)剛構(gòu)，引橋?yàn)橄群喼Ш筮B續(xù)丁梁，橋面總寬28m，人行道板設(shè)置在上下行橋梁的中央。主橋橋墩為雙肢薄壁墩，引橋橋墩為三柱式墩，橋臺采用重力式橋臺。主要病害包括：橋面及護(hù)欄破損、伸縮縫斷裂、懸吊人行橋銹蝕等;主橋及預(yù)應(yīng)力丁梁出現(xiàn)不同程度的裂縫，且增長速度明顯;大部分支座出現(xiàn)老化和變形狀況。

2.1 橫向裂縫

橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的原因有很多，有些裂縫是彎曲和剪切破壞所造成的，有些是局部承壓和材料收縮變形造成的。一般而言，外界約束和結(jié)構(gòu)自身的滯后變形都會在一定程度上造成裂縫的形成、擴(kuò)展。連續(xù)剛構(gòu)橋梁的橫向裂縫一般容易在梁的跨中產(chǎn)生，即1/4L-3/4L附近。橫向裂縫的寬度一般可以達(dá)到0.2mm左右，該裂縫往往是在梁板的側(cè)面受拉區(qū)形成，逐漸擴(kuò)展到沿主筋垂直的方向。若梁板的同一區(qū)域存在多條橫向裂縫，這些裂縫容易延伸匯集到一點(diǎn)，易產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)安全問題。在底板、腹板和翼板處橫向裂縫產(chǎn)生的數(shù)量分布也是不一樣的，橫向裂縫還是以出現(xiàn)在底板位置為主，如圖2所示。

2.2 縱向裂縫

縱向裂縫一般發(fā)生在連續(xù)剛構(gòu)橋梁板的底部，腹板上出現(xiàn)的縱向裂縫一般是沿行車方向呈斷續(xù)或連續(xù)狀的裂縫，其出現(xiàn)的條數(shù)一般要少于橫向裂縫數(shù)量。研究表明：縱向裂縫的產(chǎn)生對連續(xù)剛構(gòu)橋承載能力的影響較小。通過對出現(xiàn)縱向裂縫橋梁的荷載試驗(yàn)驗(yàn)證，出現(xiàn)縱向裂縫的橋梁橫向分布影響線較未出現(xiàn)縱向裂縫的橋梁差距變化不大，這說明縱向裂縫對橋梁整體的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)影響較小，但是連續(xù)剛構(gòu)橋縱向裂縫的產(chǎn)生仍舊會對梁體的剛度和強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。縱向裂縫產(chǎn)生的根源可以歸結(jié)為設(shè)計、施工和運(yùn)營三個方面.若板梁的厚度較薄，橋梁在縱向受力時截面易發(fā)生彎曲變形，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時縱向裂縫就會隨之產(chǎn)生?？v向裂縫的分布如圖3所示。

2.3混凝土破損露筋

對普通橋梁而言，影響其耐久性和使用壽命的主要病害包括混凝土的破損、梁板鋼筋銹脹和混凝土的露筋等，連續(xù)剛構(gòu)橋亦是如此。當(dāng)混凝土破損時，鋼筋容易暴露在外部受到外界雨水的侵蝕，鋼筋銹蝕較明顯的特征是沿行車方向出現(xiàn)與鋼筋平行的縱向裂縫，當(dāng)裂縫擴(kuò)展，混凝土逐漸剝落時，鋼筋最終會暴露在空氣中。在連續(xù)剛構(gòu)橋澆筑和施工過程中，需要注意鋼筋的布置位置和混凝土的澆筑厚度。當(dāng)混凝土破碎產(chǎn)生露筋和鋼筋銹蝕的問題時，會直接造成壓應(yīng)力的集中，不僅會造成橋梁的承載能力下降，嚴(yán)重時還會造成橋梁脆性增大而折斷破壞。

2.4 支座脫空

支座脫空作為橋梁常見的病害之一，一般包括局部脫空、全部脫空和被壓碎脫空.支座的脫空會導(dǎo)致連續(xù)剛構(gòu)橋受力不均勻，在一定程度上直接影響橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài).支座的局部脫空會使得板梁呈現(xiàn)偏心受壓的狀態(tài)，橋梁上部荷載的作用會造成支座的局部應(yīng)力急劇增大，容易使連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生橫向、縱向裂縫等病害。支座脫空的主要原因是支座墊石和梁底鋼板的不平整。在連續(xù)剛構(gòu)橋吊裝拼接過程中，需要不斷調(diào)整橋梁的縱向和橫向的坡度，梁底鋼板在混凝土澆筑的過程中需要進(jìn)行水平校準(zhǔn)。此外，在支座材料選擇方面可以推薦橡膠支座，通過彈性材料的不均勻壓縮變形以適應(yīng)橋面荷載過程中梁體的變形。支座在承受外部荷載時會產(chǎn)生橫向和縱向剪切變形，當(dāng)變形較大時會引起不同程度的支座開裂、脫空等病害.

3 常規(guī)裂縫處治技術(shù)研究

橫向裂縫、縱向裂縫等病害的產(chǎn)生會對連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生諸多的不利影響，將直接影響橋梁整體的工作性能和耐久性。因此，結(jié)合病害類型嚴(yán)重程度需對其進(jìn)行針對性的養(yǎng)護(hù)和維修。常見的養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要包括：裂縫修補(bǔ)技術(shù)、底板灌漿技術(shù)、橫向粘貼碳纖維技術(shù)和體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)等。

3.1裂縫修補(bǔ)技術(shù)

裂縫修補(bǔ)技術(shù)是針對開裂板梁，以壓力將修補(bǔ)膠灌入裂縫中，達(dá)到封閉裂縫、恢復(fù)板梁工作性能的目的.修補(bǔ)裂縫一般是將一定比例配置的漿料，按一定壓力灌入縱向裂縫內(nèi)，灌漿料隨時間凝固，起粘結(jié)作用，將已經(jīng)開裂的混凝土構(gòu)件重新結(jié)合為受力整體。連續(xù)剛構(gòu)橋縱向裂縫修補(bǔ)時，需注意在裂縫貫通的情況下，修補(bǔ)用膠在壓力下滲透至底板上緣，無法灌注到所有開裂部位。因此裂縫修補(bǔ)施工應(yīng)分兩個步驟進(jìn)行，首先是將部分膠體壓力灌注至底板上緣，靜置一段時間等膠體在底板上緣結(jié)硬封閉后，再進(jìn)行第二次壓力灌注施工。修補(bǔ)裂縫施工示意圖如圖4所示。

裂縫封閉后，將對板梁橋產(chǎn)生以下影響：（1）板梁耐久性能提高。由于裂縫封閉，混凝土碳化速度減緩，鋼絞線受混凝土及漿料保護(hù)，不會產(chǎn)生銹蝕;（2）預(yù)應(yīng)力及恒載產(chǎn)生的底板橫向應(yīng)力隨縱向裂縫的開展釋放，而修補(bǔ)裂縫后，板梁重新成為閉口截面，板梁工作性能得到恢復(fù)。修補(bǔ)裂縫處治措施施工周期短，施工難度低。但是修補(bǔ)裂縫的方法并不能從根本上杜絕空心板底板再次縱向開裂的可能性。對于板梁四分點(diǎn)至跨中截面，由于底板厚度不足及鉸縫部分損傷等原因，部分板梁由于活載造成的底板橫向拉應(yīng)力過大，仍然可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，使加固僅能起到一時之效。

3.2底板灌漿技術(shù)

底板灌漿技術(shù)主要是在梁板底部開孔的基礎(chǔ)上，將流動狀態(tài)的聚合物水泥注漿材料通過外部壓力注入到板梁的空腔內(nèi)部。該方法不僅可以對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，還可以對梁底板進(jìn)行加厚處理。注漿材料與連續(xù)剛構(gòu)橋梁底板相結(jié)合可以共同承擔(dān)橋面活動荷載產(chǎn)生的橫向彎矩.從日常橋梁養(yǎng)護(hù)加固技術(shù)角度而言，該方法屬于增大截面加固技術(shù)之一，當(dāng)板梁產(chǎn)生的裂縫較小，灌漿材料無法滲透至梁的底部時，板梁上的裂縫仍然處于一種非閉合狀態(tài)，仍舊需要對裂縫表面進(jìn)行封閉處理。對于有一定縱向坡度的連續(xù)剛構(gòu)橋，底板灌漿材料會形成一定離析和不均勻分布，形成如圖5所示的“楔形”形狀。

底板灌漿的處治施工工序?yàn)椋海?）將板梁底板開孔，將空腔內(nèi)積水排放完畢;（2）配制灌漿料，并通過開孔灌入板梁空腔內(nèi)，經(jīng)一段時間凝固，與空心板底板整體受力;（3）采用修補(bǔ)裂縫方法封閉裂縫，由于底板上緣覆蓋灌漿料，修補(bǔ)之前不需要預(yù)先在頂層形成結(jié)硬膠體。

3.3橫向粘貼碳纖維技術(shù)

橫向粘貼碳纖維技術(shù)是在修補(bǔ)裂縫后，刷膠黏劑橫向粘貼碳纖維，以恢復(fù)板梁工作性能。粘貼碳纖維法在橋梁加固實(shí)踐中較多采用，與底板灌漿處治方法同屬于被動加固，所粘貼碳纖維僅承擔(dān)后期活載作用。

采用粘貼橫向碳纖維加固，布條順纖維長度等于板梁底板寬度?？紤]到成品碳纖維布寬度一般為50cm，取單個布條寬度為25cm。由于計算錨固長度能夠滿足設(shè)計要求，可不采用壓條，為方便后期對裂縫的觀察，布條與布條之間可留10cm凈距.一般粘貼兩層碳纖維，粘貼前需對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。對于不同形式的縱向裂縫，碳纖維粘貼范圍不同：通常長裂縫采用滿跨粘貼;跨中裂縫粘貼范圍可從八分點(diǎn)粘貼至另一端八分點(diǎn);四分點(diǎn)裂縫可從八分點(diǎn)粘貼至跨中;端部裂縫可從梁端粘貼至八分點(diǎn)。粘貼效果如圖6所示。

3.4體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)

體外橫向預(yù)應(yīng)力技術(shù)是在修補(bǔ)裂縫后，在邊梁側(cè)面粘貼以及錨固鋼板，張拉板梁體外橫向預(yù)應(yīng)力束，使梁板底板產(chǎn)生橫向預(yù)壓應(yīng)力，杜絕板梁底板的再次開裂。體外橫向預(yù)應(yīng)力加固的另外一個特點(diǎn)是，預(yù)加力效應(yīng)對鉸縫下緣是有益的。該處治方法使鉸縫下緣產(chǎn)生橫橋向的預(yù)壓應(yīng)力，能夠改善鉸縫的受力環(huán)境，提高鉸縫工作性能。在縱向裂縫成因分析中發(fā)現(xiàn)，鉸縫部分損傷也是活載作用下底板上緣橫向拉應(yīng)力增大的原因之一，因此體外橫向預(yù)應(yīng)力的施加能夠閉合鉸縫下緣開裂，使鉸縫傳力性能恢復(fù)至未開裂狀態(tài)，板梁底板受力趨于有利。

梁板體外橫向預(yù)應(yīng)力法在施工上較為方便快捷，其施王王藝流程如下：（1）修補(bǔ)板梁上所有縱向裂縫;（2）板梁側(cè)面外觀檢查，體外預(yù)應(yīng)力索定位;（3）邊板梁側(cè)面安裝鋼錨固件，中板梁底面安裝減震限位器;（4）穿索、安裝錨墊板;（5）張拉;（6）錨固件、減震限位器防腐防護(hù);（7）加固板梁表面防腐涂裝施工。錨固件構(gòu)造如圖7所示。

4 工程應(yīng)用

洛維大橋采用體外橫向預(yù)應(yīng)力方案進(jìn)行加固，在修補(bǔ)板梁縱向裂縫的基礎(chǔ)上，對板梁側(cè)面進(jìn)行外觀檢查，并進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力索定位;在邊板梁側(cè)面安裝鋼錨固件，中板梁底面安裝減震限位器，通過穿索、安裝錨墊板，對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉、錨固，最后對減震限位器進(jìn)行防腐防護(hù)，對加固板梁表面進(jìn)行防腐涂裝施工。體外預(yù)應(yīng)力采用成品索進(jìn)行張拉施工，全橋共計44束，左右幅各22束，其中邊跨為8束12φ15.2型成品索，平均索長78m;中跨為6束19φ15.2型成品索，平均索長134m。張拉力分別為140t和D221t。

洛維大橋左幅加固施工完成后，經(jīng)過監(jiān)測單位的現(xiàn)場檢測，通過撓度和應(yīng)變測試數(shù)據(jù)表明：洛維大橋左幅梁體上撓趨勢和增量與設(shè)計理論結(jié)果相符?？刂平孛鏈y點(diǎn)受壓，且增量與設(shè)計理論結(jié)果相符。各跨控制斷面體外索測試值合力與張拉設(shè)計值合力的差值在偏差范圍之內(nèi)。張拉體外索期間和張拉完畢后，主梁、齒塊和隔板未發(fā)現(xiàn)新增可見裂縫，主梁未出現(xiàn)異常情況，取得了不錯的加固效果，保證了橋梁運(yùn)營安全。

5 結(jié)語

對連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫進(jìn)行處治時，應(yīng)綜合應(yīng)用以上方法。如粘貼碳纖維以及體外橫向預(yù)應(yīng)力法處治前以及底板灌漿后，應(yīng)采用修補(bǔ)裂縫法對裂縫進(jìn)行封閉處治;采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法處治以及底板灌漿法共同加固時，應(yīng)首先采用底板灌漿法恢復(fù)底板厚度，再采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法;采用體外橫向預(yù)應(yīng)力法以及粘貼碳纖維法共同加固時，應(yīng)首先張拉錨固體外束，再橫向粘貼碳纖維。