楊杰平
(湖南常德路橋集團(tuán)有限公司, 湖南 常德 415100)
服役多年的橋梁在設(shè)計、施工、環(huán)境等因素耦合作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂、表面剝落等病害,影響結(jié)構(gòu)的正常使用,甚至降低結(jié)構(gòu)的極限承載力。由于橋型的多樣性、病害的復(fù)雜性,很難找到通用的加固方案,因而舊橋加固具有靈活、多變的特征。下面以某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋為例,分析橋梁裂縫產(chǎn)生原因,探討橋梁加固處理技術(shù)。
某分離式橋跨徑組合為11 m×30 m,上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁,箱梁截面為單箱單室,底板設(shè)置與橋面一致的橫坡。箱梁高1.5 m,頂板寬16.15 m、底板寬7.65 m,跨中截面頂板厚25 cm、底板厚20 cm。箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖1。
圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖(單位:cm)
該橋左幅橋?qū)崪y基頻與理論頻率相比偏小,部分裂縫寬度超限,部分裂縫修補(bǔ)后有繼續(xù)延伸趨勢,少量裂縫修補(bǔ)后重新開裂(見表1)。對第11跨左幅橋右側(cè)腹板與梗斜連接處縱向裂縫進(jìn)行鉆芯取樣及內(nèi)窺鏡確認(rèn),左幅橋右側(cè)腹板與梗斜連接處縱向裂縫長8.9 m(接近跨長的1/3),縫寬0.7 mm,貫穿整個腹板厚度。雖然短期內(nèi)不會直接發(fā)生橋梁垮塌等次生災(zāi)害,但持續(xù)的汽車沖擊會加劇裂縫的發(fā)展,降低橋梁的整體剛度,影響行車舒適性。若裂縫持續(xù)發(fā)展,可能使鋼筋與砼之間的粘結(jié)性能進(jìn)一步損壞,造成腹板豎向箍筋疲勞破壞。在極限情況下,鋼筋可能屈服,導(dǎo)致梁體錯位。最終評定主梁的技術(shù)狀況為四類,主梁結(jié)構(gòu)承載能力有明顯下降趨勢,已不能滿足正常使用功能,必須進(jìn)行維修加固。
表1 裂縫病害分布 條
注:括號內(nèi)、外數(shù)字分別表示新發(fā)現(xiàn)裂縫數(shù)量及裂縫總數(shù)量。
2.1.1 裂縫分布
裂縫位于承托與腹板外側(cè)交接處,沿著縱向延伸,基本分布于1/4跨~3/4跨(見圖2)。該類裂縫共計10條,第11跨和第10跨右幅7條,第3跨和第8跨3條。其中第11跨左幅裂縫長度達(dá)8.9 m,寬度0.7 mm,深度方向在檢測位置貫穿腹板。根據(jù)檢測報告,該類裂縫仍未穩(wěn)定,依然在發(fā)展中。
圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫
2016年10月,第11跨箱梁開孔后進(jìn)入箱內(nèi)檢測,發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)對應(yīng)位置存在裂縫且更嚴(yán)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
根據(jù)橋梁施工及監(jiān)理日志,該橋第10跨、11跨箱梁豎向分2次澆筑,第一次澆筑底板及腹板,第二次澆筑頂板,倒角與腹板交界面為2次澆筑的分界面,第11跨右幅2次澆筑的時間間隔為6 d。由于交界面處理不嚴(yán)格導(dǎo)致新舊砼未能有效粘結(jié),砼材料收縮、徐變等特性促使該位置產(chǎn)生的裂縫加速擴(kuò)展。此外,該橋結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)中,底板寬度偏小,翼緣寬度較大,易導(dǎo)致腹板結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和承載能力不足,在后期運(yùn)營過程中,箱梁產(chǎn)生的撓度及行車振動會加劇裂縫的發(fā)展。
綜合分析,該裂縫主要由施工不嚴(yán)格及設(shè)計不合理等因素引起,后期砼收縮徐變、運(yùn)營期間箱梁的下?lián)霞靶熊囌駝蛹觿×肆芽p的發(fā)展。
2.2.1 裂縫分布
箱梁底板上橫向裂縫共計158條,每跨都有分布,多分布在1/4跨~3/4跨。其中新發(fā)現(xiàn)裂縫50條(集中在第5、6、7、8、10、11跨),經(jīng)過修補(bǔ)的裂縫86條,修補(bǔ)后重新開裂的裂縫2條,修補(bǔ)后繼續(xù)延伸的裂縫20條。
2.2.2 成因分析
該橋梁高偏小、底板厚度也偏小,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載能力下降。同時該橋平均每天約有2.5萬輛車輛通過,其中違章超載的車輛高達(dá)3 000余輛,橋梁處于超負(fù)荷運(yùn)營狀態(tài)。箱梁底板在超載作用下產(chǎn)生彎曲變形,砼縱向拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度,致使箱梁底板出現(xiàn)橫向裂縫。這種裂縫屬于典型的受力裂縫。其他可能原因還包括設(shè)計、施工及材料等,設(shè)計理念、理論的不完善,施工方法及工藝的不成熟等均有可能導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)受力裂縫。
在距離支座6 m處箱梁普遍存在環(huán)形裂縫,部分裂縫延伸貫通底板、腹板、翼緣板。該橋分11個梁段現(xiàn)場澆筑,施工節(jié)段接縫距離支座6 m。據(jù)此判斷該裂縫主要是由施工時節(jié)段接縫處理不當(dāng)、前后節(jié)段砼材料特性差異所引起。
該接縫處同時為箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉及錨固、接長部位,一旦開裂對箱梁耐久性甚至受力影響較大。且部分裂縫已延伸至翼緣板,需在箱梁開孔后詳細(xì)檢測箱梁內(nèi)部尤其頂板有無裂縫擴(kuò)展跡象。
正常運(yùn)營條件下,該橋最大實(shí)測動撓度出現(xiàn)在第11跨左幅,最大值為5.723 mm;最大實(shí)測沖擊系數(shù)也出現(xiàn)在第11跨左幅,最大值為1.321,大于理論基頻算出的沖擊系數(shù)1.189;第11跨左幅橋基頻實(shí)測值為2.95 Hz,小于理論值3.11 Hz。表明該橋整體剛度存在一定退化。
剛度是箱梁的重要力學(xué)指標(biāo),在一定程度上反映其整體性及承載能力。第11跨裂縫開展較嚴(yán)重,且裂縫依然處于發(fā)展中,是引起箱梁剛度下降的主要原因,已嚴(yán)重影響箱梁的應(yīng)力狀態(tài)和動力特性。
維修加固前對全橋裂縫進(jìn)行普查,對裂縫分布及長度、寬度、深度等進(jìn)行復(fù)核,繪制詳細(xì)的裂縫分布圖以便統(tǒng)計工程數(shù)量、進(jìn)行分類處理。對寬度≥0.15 mm的裂縫,作壓力灌漿處理;對寬度<0.15 mm的裂縫,作表面封閉處理;箱梁底板粘貼碳纖維布的區(qū)域內(nèi),寬度<0.15 mm的裂縫不作處理。
對于砼表面缺陷,采用聚合物砂漿修補(bǔ);對于鋼筋及預(yù)埋板外露,先進(jìn)行表面除銹,涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補(bǔ)。
該橋第11跨縱向裂縫開展較嚴(yán)重,長度達(dá)8.9 m,且開孔部位貫穿腹板。荷載試驗表明第11跨存在明顯的剛度降低,箱內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)病害比箱外更嚴(yán)重。綜合考慮第11跨現(xiàn)狀,主要針對第10跨、11跨(第9#~11#墩間跨)箱梁腹板縱向裂縫進(jìn)行加固處理。處理措施:對腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理;在腹板內(nèi)外側(cè)對稱粘貼加勁鋼板(見圖4)。
圖4 腹板內(nèi)外側(cè)粘貼加勁鋼板橫斷面(單位:cm)
加勁鋼板采用Q345B級,粘貼鋼板寬度為200 mm,厚度為8 mm。為適應(yīng)箱內(nèi)倒角,鋼板采用熔透對接焊,加勁鋼板條與粘貼鋼板焊接為整體后進(jìn)行粘貼施工。鋼板粘貼采用壓力灌注法。
鉆孔前探測箱梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束及主筋位置,植入螺桿的位置根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以避開箱梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束及主筋,保證鉆孔成功率。砼基體內(nèi)孔位鉆制完畢、檢驗合格后,根據(jù)砼基體上實(shí)際孔位放樣粘貼鋼板中的孔位,并保證孔位精確對應(yīng)。
植入鋼螺桿采用Q345級,直徑12 mm,植入深度為120 mm。鋼板粘貼完畢后,對箱梁腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理;對粘貼鋼板外露面進(jìn)行防腐涂裝,涂裝防護(hù)體系見表2。
表2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝防護(hù)體系
為滿足加固需要,在第11跨、第10跨左右幅箱梁底板開制進(jìn)人孔,合計4個。進(jìn)人孔距離墩中心6.2 m(和施工節(jié)段接縫對稱),開孔直徑80 cm。開孔前,在開孔位置粘貼鋼板進(jìn)行預(yù)加固,鋼板采用Q345B,鋼板厚度為8 mm。
箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固處理,在底板砼缺陷及裂縫處理完畢后進(jìn)行。碳纖維布粘貼完成并檢驗合格后對其表面進(jìn)行防護(hù)涂裝,防護(hù)體系見表3。
表3 碳纖維布表面防護(hù)體系
該橋采用分段滿堂支架現(xiàn)澆施工,在距離墩中心6 m處設(shè)置節(jié)段接縫。接縫處普遍存在開裂現(xiàn)象,部分裂縫已貫通底板、腹板、翼緣板。該節(jié)段接縫為預(yù)應(yīng)力鋼束錨固及連接位置,對結(jié)構(gòu)安全影響較大。在接縫處開U形槽填充水泥基滲透結(jié)晶型防水材料,槽寬20 mm,深20 mm,騎縫開制(見圖5)。填塞水泥基滲透結(jié)晶型防水材料后進(jìn)行養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間不少于72 h。
圖5 施工節(jié)段接縫處理示意圖(單位:mm)
該橋所在地區(qū)大氣腐蝕環(huán)境為中腐蝕(Ⅱ),砼涂裝防護(hù)體系按長效型設(shè)計,防護(hù)年限為20年。
針對連續(xù)梁橋腹板通長貫穿裂縫、節(jié)段施工接縫等典型病害,根據(jù)其產(chǎn)生原因提出有針對性的加固措施:對砼表面缺陷采用聚合物砂漿修補(bǔ);對鋼筋及預(yù)埋板外露,先進(jìn)行表面除銹,涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補(bǔ);對腹板縱向裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理,腹板內(nèi)外側(cè)對稱粘貼加勁鋼板;對箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固處理;節(jié)段接縫處開U形槽填充水泥基滲透結(jié)晶型防水材料處理。