鄧妃琴

(京珠高速公路廣珠段有限公司，廣州 528445)

0 引言

普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁是高等級公路橋梁典型的型式之一。然而，在鋼筋混凝土連續(xù)箱梁營運多年后，結(jié)構(gòu)物不同位置出現(xiàn)的裂縫在降低其安全性和耐久性的同時，也較大地影響橋梁的服役壽命。因此，對帶縫工作的鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進行加固處理，可延長其使用壽命、提高安全性和耐久性。

曹娟麗[1]通過對橋梁結(jié)構(gòu)的檢測評估結(jié)果，提出了一些較為有效的加固措施；楊斌[2]采取體外預應力加固的手段對梅觀高速公路一座鋼筋混凝土箱梁進行了加固處理；曹丕[3]結(jié)合主梁開裂的原因，以承載力和撓度為目標，研究了不同加固措施的有效性；王飛躍[4]從設(shè)計的角度分析了箱梁出現(xiàn)裂縫的原因，并給出了相應的加固維修措施。

本文依托廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁專項加固處治工程，通過病害分析、加固前后正截面抗彎承載能力的對比分析，分析粘貼鋼板法的處治效果，為同類工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

廣澳高速公路廣珠段全長62.4km，于1995年10月開工，1999年12月建成通車運營。全線鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋共17座。

鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋在重載、超載交通影響下，營運多年后，箱梁主控截面存在較多裂縫，主要為：(1)梁體跨中部位腹板出現(xiàn)豎向裂縫；(2)底板出現(xiàn)通長斷續(xù)橫向裂縫；(3)墩頂部位翼緣板出現(xiàn)橫向裂縫。尤以坦尾互通A匝道橋、坦尾互通B匝道1號橋、跨番中公路特大橋三座大橋尤為突出，本文主要對此三座大橋的病害進行分析。

1.1 坦尾互通A 匝道橋

坦尾互通A 匝道橋2#跨～7#跨梁底存在多條橫裂縫、腹板存在多條豎裂縫，部分底板裂縫與腹板的相連成L型裂縫，同時部分底板開裂處伴有露筋現(xiàn)象。裂縫主要分布在1/5跨至4/5跨之間，寬度在0.08～0.26mm之間。以上裂縫大部分已修補，個別未修補，部分開裂處伴隨滲水現(xiàn)象，同時部分裂縫修補層存在偏薄現(xiàn)象，導致在修補裂縫走向位置呈現(xiàn)裂痕現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場檢測和分析，其原因主要是橋梁上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土連續(xù)梁，箱梁在荷載作用下承受較大的彎矩，采用環(huán)氧水泥修補裂縫并未能從根本上改善結(jié)構(gòu)的受力狀況。

1.2 坦尾互通B匝道1號橋

坦尾互通B匝道1號橋各跨梁體腹板跨中附近均有豎向裂縫，裂縫寬度均在0.1mm左右，且底板跨中附近有間距20cm左右的斷續(xù)橫向裂縫，裂縫最大寬度0.15mm。上述裂縫大部分已進行封閉處理，修補后未見重新開裂，R24#跨梁底1/4～3/4 跨徑范圍新增密集細小橫裂縫，腹板存在多條豎裂縫。

1.3 跨番中公路特大橋

跨番中公路特大橋部分橋跨底板跨中附近或1/4～3/4跨新增較密集細小橫裂，裂縫呈斷續(xù)通長分布，δ=0.06～0.12mm，@=15～25cm。個別裂縫與腹板豎裂縫、翼板橫裂縫相連接，形成“L”型或“U”裂縫，且個別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損現(xiàn)象；個別橋跨腹板新增多條豎裂縫，δ=0.08～0.28mm，個別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損等現(xiàn)象。

此外，部分裂縫靠近腹板側(cè)局部有露筋現(xiàn)象，測量底板鋼筋保護層，測量值普遍在21～28mm之間，個別保護層最薄處僅9mm(底板靠近腹板側(cè))，且較多重車行駛的車道對應處的裂縫寬度比較大。梁體開裂主要由于鋼筋保護層偏薄或重載沖擊作用下，跨中梁底及附近承受較大正彎矩所致。

左幅部分鋼筋混凝土連續(xù)箱梁病害情況見表1。

表1 左幅部分鋼筋混凝土連續(xù)箱梁病害

2 正截面抗彎承載力計算

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)[5]和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ 023-85)[6]給出了鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力的驗算方法，本文主要采用上述兩個規(guī)范分別對鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進行驗算。下文對以上兩規(guī)范分別簡稱為04規(guī)范和85規(guī)范。

2.1 坦尾互通A匝道橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對坦尾互通A 匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進行了結(jié)構(gòu)驗算，具體的計算結(jié)果見表2。

表2 坦尾互通A匝道橋結(jié)構(gòu)抗彎承載力

04規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置，數(shù)值為14 395.7 kN·m；負彎矩最大位置為第六個支點位置，數(shù)值為-15 653.2 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為12 436.6 kN·m。

85規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置，數(shù)值為11 957.6kN·m；負彎矩最大位置為第六個支點位置，數(shù)值為-14 656.8 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為8 579 kN·m。

依據(jù)04規(guī)范的計算結(jié)果表明，邊跨跨中和中跨跨中位置結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不足。

2.2 坦尾互通B匝道1號橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對坦尾B 匝道1號橋第三聯(lián)11×26m普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進行了結(jié)構(gòu)驗算，具體的計算結(jié)果見表3。

表3 坦尾互通B匝道1號橋結(jié)構(gòu)抗彎承載力

04規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為23 625.5 kN·m；負彎矩最大位置為第二個支點位置，數(shù)值為-26 283.9 kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力數(shù)值為22 136.3kN·m。

85規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明：全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為19 779.7 kN·m；負彎矩最大位置為第二個支點位置，數(shù)值為-26 693 kN·m。中跨跨中位置數(shù)值為13 976.3kN·m。

由04規(guī)范計算結(jié)果可知，三個位置的結(jié)構(gòu)抗彎承載力富余度均小于0，表明抗彎承載能力不足。

2.3 跨番中公路跨線橋

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進行了結(jié)構(gòu)驗算，具體的計算結(jié)果見表4。

表4 跨番中公路跨線橋R18-25跨結(jié)構(gòu)抗彎承載力

依據(jù)04規(guī)范的正截面抗彎承載能力計算表明：全聯(lián)20m 跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為20 544.1 kN·m，20m 中跨跨中位置內(nèi)力為19 035.3 kN·m，27m 跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置，數(shù)值為26 151 kN·m，20m 跨負彎矩最大位置為中跨中支點，數(shù)值為-24 427.7 kN·m，27m 跨負彎矩最大位置為中跨中支點，數(shù)值為-31 513.2kN·m。

依據(jù)85規(guī)范的正截面抗彎承載能力計算表明：全聯(lián)20m 跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置，數(shù)值為17 451.6kN·m，20m 中跨跨中位置內(nèi)力為12 748.3kN·m，27m 跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置，數(shù)值為為19 529 kN·m，20m 跨負彎矩最大位置為中跨中支點，數(shù)值為-24 594.7 kN·m，27m 跨負彎矩最大位置為中跨中支點，數(shù)值為-30 202kN·m。

依據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計算得到內(nèi)力最大的位置均相同，但04規(guī)范計算結(jié)果表明，跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁20m邊跨跨中、20m中跨跨中、27m中跨跨中、20m中跨中支點及27m中跨中支點的富余度均小于0，其抗彎承載能力均不足。

分別按照04 規(guī)范和85 規(guī)范對跨番中公路跨線橋L20-26跨20+5×25+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板正截面抗彎承載能力進行了結(jié)構(gòu)驗算，計算結(jié)果見表5。

表5 跨番中公路跨線橋L20-26跨結(jié)構(gòu)抗彎承載力

同前述分析方法一樣，由表5可知，跨番中公路跨線橋L20-26 跨20m+5×25m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板典型位置的富余度小于0的情況較為突出，表明抗彎承載力也存在不足的情況。

3 粘貼鋼板法加固措施

基于廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫密集、正截面抗彎承載能力不足的現(xiàn)狀，采用粘貼鋼板法進行加固。

3.1 加固材料

(1)加固用的鋼板為Q345C鍍鋅鋼板，鋼板、連接螺栓及焊縫的強度設(shè)計值，應按現(xiàn)行國家標準規(guī)定采用。為保證防銹要求，鋼板必須采用工廠所生產(chǎn)的熱鍍鋅鋼板，鍍鋅層厚度100μmm。

(2)運輸及施工過程中要求盡量避免刮花鋼板。對小型傷口及焊縫，要求先將焊接處以及焊接處兩邊5cm的區(qū)域用鋼絲輪打磨干凈，涂上一層高強樹脂漆，待樹脂漆徹底干燥后涂上一層富鋅漆即可。有條件時，也可使用鍍鋅鋼桶專用焊縫補鋅機進行熔鋅補鋅。

(3)加固所用的粘鋼膠必須滿足強度要求，此外，作為粘結(jié)鋼板加固結(jié)合面的被加固構(gòu)件混凝土的強度等級也應滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

(4)為了防止鋼板銹蝕，延緩粘結(jié)劑的老化，鋼板表面應做密封防水處理。

3.2 施工工藝

粘貼鋼板施工工藝：根據(jù)施工圖放樣→混凝土表面缺陷修補→粘結(jié)鋼板的混凝土接合面處理→配膠→植入固定鋼板的螺栓→安裝并固定鋼板→用膠泥封邊→壓入粘膠→固化→鋼板外露面防腐處理。

3.3 加固效果

3.3.1 理論計算

通過上節(jié)04規(guī)范和85規(guī)范的分析結(jié)果可知，04規(guī)范考慮了重要性系數(shù)，因而計算結(jié)果更偏于安全，因此，對加固效果的理論計算參照04規(guī)范計算方法。

加固后按照04 規(guī)范進行了驗算，對坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中進行了粘貼鋼板加固，邊跨跨中抗彎承載力達到16 012kN·m，富余度11%；對坦尾B 匝道1號橋跨中進行了粘貼鋼板加固，中跨跨中抗彎承載力達到29 095kN·m，富余度23%；對跨番中公路跨線橋跨中進行了粘貼鋼板加固，27m中跨跨中抗彎承載力達到35 268 kN·m，富余度35%。

3.3.2 現(xiàn)場檢測

為了進一步驗證粘貼鋼板法加固后的效果，根據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計算結(jié)果，選取了三座鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的部分點位進行檢測，坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中、坦尾B 匝道1號橋跨中、跨番中公路跨線橋27m中跨跨中加固后的抗彎承載力為15 983kN·m、28 864kN·m、33 289kN·m，富余度分別為11%、22%、27%?？梢?，實測值小于理論計算值，但理論計算結(jié)果和實測結(jié)果均表明，粘貼鋼板法在舊橋加固中，可以有效地提高正截面的抗彎承載能力。

4 跟蹤觀測

廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋于2015年完成粘貼鋼板法加固處治。加固處治前，表1中的22號跨21～22墩臺1/4～3/4 跨徑范圍存在16 條細小橫裂縫，裂縫長度為160～880cm，裂縫寬度為0.08～0.10mm；經(jīng)跟蹤檢測，2019年，1/4～3/4 跨徑范圍的裂縫條數(shù)仍為16條，裂縫長度為163～885cm，裂縫寬度為0.08～0.12mm?？梢姡捎谜迟N鋼板法加固后，原密集裂縫處的細小橫裂縫沒有進一步發(fā)展，條數(shù)沒有增加，裂縫寬度和長度都在可接受的范圍內(nèi)，表明粘貼鋼板法對鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的加固效果良好。

5 結(jié)語

針對廣澳高速公路廣珠段三座大橋鋼筋混凝土連續(xù)箱梁裂縫密集的特點，采用04規(guī)范和85規(guī)范對正截面抗彎承載能力進行計算，正截面抗彎承載能力不足是廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁普遍存在的問題。

通過粘貼鋼板法進行加固處理，并對加固后正截面抗彎承載能力進行理論計算、現(xiàn)場檢測和跟蹤觀測，表明粘貼鋼板法可有效地提高正截面抗彎承載能力，增加安全性和耐久性。