王 磊

(湖南湘科建設工程檢測有限責任公司，湖南 永州 425000)

0 引 言

隨著預應力技術的推廣和使用，橋梁的最大單跨跨徑也在逐步增大。預應力混凝土連續(xù)剛構橋在城市立交橋、河流湖泊區(qū)域橋梁、峽谷地帶橋梁等的施工建設中受到青睞[1，2]。然而，近些年來，服役的大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋出現(xiàn)了上部箱梁的裂縫生成、豎向預應力失效及主梁撓度持續(xù)增大等病害，使得橋梁結構的使用性能受到了極大的挑戰(zhàn)，影響了服役橋梁的使用壽命。對于預應力混凝土梁橋及連續(xù)梁橋的病害分析，已有不少學者展開了分析討論[2，3],并得出了一些結論，但對于大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋的病害討論較少。因此，有必要討論大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋的病害成因及相應的加固處理措施。本文主要歸納一些正在服役的大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋出現(xiàn)的常見病害，分析這些病害的成因，提出處理這些病害的具體控制措施及加固手段，并以某預應力混凝土連續(xù)剛構橋維修加固工程為例，采用粘貼鋼板及體外預應力加固等方式進行處理,達到了預期的加固目的,為后續(xù)工程建設提供了一些幫助。

1 常見病害及成因分析

依據目前的工程特點，預應力混凝土連續(xù)剛構橋的常見病害可分為主梁下?lián)稀⑾淞毫芽p等兩類。

1.1 主梁下?lián)?/h3>

在實際的橋梁施工過程中，為了滿足控制施工進度的要求，懸臂澆筑箱梁節(jié)段時，過去更多地強調混凝土的強度等級而不太重視混凝土的加載齡期。因此，在進行預應力筋的張拉前，為了下一道工序的進展，混凝土的加載齡期被普遍偏短。由于加載齡期的縮短，混凝土自身的徐變增大，從而增大了主梁的下?lián)现?。隨著時間的推移，橋梁的長期變形會進一步加大。橋梁設計規(guī)范中有規(guī)定[1]，預拱度能抵消一部分預應力導致的長期變形，從而保證車輛能在橋面上安全平順地行駛。大跨度橋梁體系跨中下?lián)铣^限值會加速橋梁結構的變形，使得剛度降低，從而給行車帶來麻煩，造成安全隱患。表1列舉了服役橋梁在使用年限內的下?lián)现怠?/p>

表1 服役橋梁在使用年限內的主梁跨中下?lián)现?/p>

從表1中可以看出，除三門峽黃河公路大橋，其余兩座橋梁的主梁跨中下?lián)侠塾嬜畲笾刀汲^了限值，影響了結構的服役性能。

1.2 箱梁裂縫

預應力度不夠會引起箱梁裂縫的生成，并進一步降低橋梁抗主拉應力的能力。常見的預應力度不夠的原因主要包括孔道壓漿不飽滿、孔道自身存在著空隙、孔道預應力束銹蝕等三個方面。造成裂縫等病害的主要原因見表2[7]。

表2 裂縫生成的主因

此外，值得注意的是，采用懸臂施工的連續(xù)剛構橋，在施工與運營過程中易產生底板的裂縫延伸、混凝土破壞剝離、鋼筋的銹蝕加快等病害,具體情況如下：

(1)橫向裂縫與斜向裂縫。橋梁結構運營一段時間后，會出現(xiàn)底板橫向裂縫，而后從底板與腹板交界處沿直角平分線向外延伸。產生此類病害的原因主要是齒板錨固集中力與橋梁結構的外荷載進行了疊加，超過了結構自身能承受的水平拉應力限制，從而導致了結構裂縫的產生。如圖1所示的是底板錨固齒板的裂縫開展。

圖1 底板的錨固齒板的裂縫開展

(2)合龍段的裂縫生成。對于節(jié)段施工，橋梁的上部結構是變截面形式，易造成合龍段在張拉過程中出現(xiàn)結構破壞現(xiàn)象。此類破壞最主要的是順橋向的縱向裂縫。

2 病害的控制措施

2.1 結構加固

為了應對主梁下?lián)线^大和箱梁裂縫等病害措施，進行結構的力學理論計算，通過計算得出更貼合實際的結構加固處理方式，從而節(jié)省經濟成本。通過理論計算得出的處理控制措施主要有以下兩類：

(1)在底板上下層鋼筋網之間設置增強結構整體穩(wěn)定性的鋼筋，以此防止結構的開裂。單根鋼筋的截面面積設為A0，用下式表示為[2]：

(1)

式中：q為等效徑向力；nl為沿橋向在l長度內鋼筋的排數之和；nb為考慮結構開裂及裂縫展開等因素的單排箍筋數；[σ]為破壞時的允許應力。為了進一步增強結構的整體穩(wěn)定性，在節(jié)段的接縫處設置矮肋。

(2)增加腹板厚度，這需要綜合考慮溫度效應、結構的疲勞效應等不確定因素，并采用高性能的混凝土或加密腹板上的箍筋來增強腹板的抗裂性能。腹板主應力計算公式如下：

(2)

式中：σp為腹板主應力；σsx為腹板縱向應力；σsy為豎向應力。而該豎向應力受多因素的影響，具體包括恒活載、豎向預應力、溫度、濕度、預應力張拉等?？紤]上述參量后進行的配筋，效果優(yōu)于傳統(tǒng)加固設計。

2.2 體外預應力加固

除了上述控制措施手段外，實際的施工過程中常采用體外預應力加固技術手段，因其具有以下優(yōu)點：

(1)簡化預應力筋曲線，減少預應力損失，提高了體外預應力的使用效率。

(2)預應力可按橋梁的荷載布置形式進行布置，橋面上的布置靈活，根據橋梁病害可以進行橋面加固處理。

(3)錨固構件的占用率小，對恒載的增加較小，能大幅提高橋梁結構的整體承載能力。

(4)與橋梁原結構沒有產生相互黏結，應力變化的范圍小，且數值幾乎無變化，對結構的受力性能有利。

(5)體外預應力索可調整也可以拆卸更換，便于在橋梁安全服役期間進行維護。體外預應力索布置在結構上的位置主要有頂板、腹板和底板等三類位置。

3 工程案例分析

以貴州省烏江上某預應力混凝土連續(xù)剛構橋維修加固工程為背景進行分析。首先進行腹板加固處理，對腹板薄弱段進行補強處理，鋼板與腹板的混凝土之間進行壓力注漿，以提高腹板的整體穩(wěn)定性。所采用的鋼板尺寸如圖2所示。

圖2 所粘貼的鋼板示意圖

圖2中，x為鋼板長度，具體以實際工程加固處理需要為主，本文取2 000 mm。且鋼板條之間要保持一定的距離，一般取250 mm較為合適。鋼板順橋向粘貼。還需對箱梁底板進行修復，由于箱梁底板抗裂性能較為薄弱，要采用高強抗裂性能材料能抵抗底板的剪應力的具有高強抗裂性能的材料。張拉碳纖維板因其優(yōu)異的性能常被用于箱梁底板加固中[89,910]。具體加固方案是底板外側粘貼張拉碳纖維板，并對其施加一定數值大小的應力檢測其張拉性能，從而加大預應力混凝土箱梁底板的抗裂性能。高強度碳纖維板的尺寸為寬50 mm，厚度為2 mm，彈性模量及張拉力的數值滿足規(guī)范要求。布置碳纖維板時注意間距大小，近跨中段的距離保持在1 m左右，而近橋墩鐓段為1.2 m的距離左右。粘貼鋼板的區(qū)域要留打孔區(qū)域，作為通氣孔疏通。

還有懸臂梁牛腿下?lián)线^大，需采用在鋪裝層中布置通長無黏結預應力索，并且無黏結預應力索要保證不被銹蝕，要做好防腐措施，以保證不被銹蝕。通常用的是用化學穩(wěn)定性好、對周圍外包層及混凝土無腐蝕作用、防水性能優(yōu)良、潤滑性能很好的專用油脂來處理無黏結預應力索。在實際施工過程中，涂刷的防腐層也應當采取保護措施，包括外加塑料套袋或纏繞防水塑料紙等方式。為使無黏結預應力鋼索能相對滑動，要保證成型的混凝土保護層與預應力鋼筋間有一定空隙,如下圖3所示。

圖3 懸臂梁布置預應力索

針對連續(xù)梁跨中下?lián)现颠^大，還可采用體外預應力加固?？梢砸罁詈奢d在橋面上的布載形式及結構變截面高度等特點，在箱梁內腹板兩側采用不同線性的方式進行加固處理。

采用以上加固手段使得橋梁跨中區(qū)段梁端的主拉應力的數值下降至1.8 MPa，且未見明顯開裂。邊跨和中跨的位置分別平均抬升了3 mm和6 mm，橋梁結構的開裂現(xiàn)象明顯減少。說明，跨中下?lián)虾土芽p開展得到了控制，達到預期加固目的。對于加固處理部位，應安裝相應的力學監(jiān)測設備對結構的受力、變形等進行實時監(jiān)測，以驗證加固處理的長期使用性能。后經長時間的數據監(jiān)測，本次加固后的變形和體外預應力索力變化較小，能夠滿足相關公路橋梁設計規(guī)范的要求，達到了設計的預期。

4 結 論

大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋目前存在著跨中下?lián)线^大、腹板斜向開裂、底板橫向裂縫、底板縱向裂縫以及底板上下分層等多種典型病害形式，學者們采用了多種形式的科學研究進行加固處理。本文以某預應力混凝土連續(xù)剛構橋為例，對于底板及腹板的斜向裂縫，采用加固箍筋及粘貼鋼板等手段,對于跨中下?lián)线^大，采用在鋪裝層中布置無黏結預應力索或體外預應力加固的方式去處理。得出如下結論：

(1)粘貼鋼板及體外預應力加固等方式處理這些病害，達到了預期的加固目的;

(2)加固成果的監(jiān)測可以進一步分析結構的受力變化情況，對后期此類橋梁的設計和施工有一定參考價值。