彭戈

（貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

橋梁經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，其在服役期內(nèi)不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種病害，如不能及時(shí)維修養(yǎng)護(hù)，則會(huì)對(duì)橋梁的正常使用造成一定影響。本文以某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋?yàn)槔治隽藰蝮w裂縫病害產(chǎn)生原因，并提出具有針對(duì)性的處理措施，以期全面提高橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，確保交通通行安全。

1 工程概況

某橋梁工程，主橋?yàn)楝F(xiàn)澆連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，箱梁為單箱單室斷面結(jié)構(gòu)，箱梁高1.5m，頂板寬16.15m，底板寬7.65m，跨中位置處，頂板厚25cm，底板厚20cm，其橫斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖（單位：cm）

通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該橋梁左幅測(cè)得的基頻實(shí)際值略低于理論值，有些裂縫寬度較大，有些裂縫經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)處理后仍舊不穩(wěn)定，個(gè)別部位的裂縫經(jīng)修復(fù)后出現(xiàn)了二次開(kāi)裂現(xiàn)象，分布情況具體見(jiàn)表1。采用鉆芯取樣和內(nèi)窺鏡技術(shù)對(duì)橋梁第11 跨左幅橋右側(cè)腹板和梗斜結(jié)合部位的縱向裂縫進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該部位縱向裂縫長(zhǎng)度為8.9m，寬度為0.7mm，縫長(zhǎng)幾乎為跨長(zhǎng)的1/3，屬貫穿性裂縫。盡管在較短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響，但隨著時(shí)間的推移及車輛荷載的反復(fù)作用，會(huì)在極大程度上造成裂縫擴(kuò)大，大幅降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，給交通安全帶來(lái)極為不利的影響。若不及時(shí)對(duì)裂縫實(shí)施加固處理，勢(shì)必會(huì)使裂縫逐漸增大，進(jìn)一步對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致混凝土剝落，鋼筋銹蝕等嚴(yán)重問(wèn)題，最終會(huì)對(duì)腹板箍筋產(chǎn)生疲勞破壞。造成橋面垮塌。通過(guò)檢測(cè)分析橋梁主梁最終評(píng)定技術(shù)狀況為四類，主梁整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度存在明顯降低的趨勢(shì)，承載能力達(dá)不到正常使用需求，應(yīng)及時(shí)實(shí)施加固處理。

表1 裂縫病害檢測(cè)分布情況

2 橋梁裂縫的成因分析

2.1 橋梁腹板縱向裂縫

2.1.1 橋梁裂縫分布

裂縫出現(xiàn)在承托和腹板外部結(jié)合部位，順著該部位縱向發(fā)展，總體位于1/4～3/4 跨（如圖2 所示）。此種裂縫一共有10 條，第10 跨右幅及11 跨位置有7 條，其余3 條分布于第3、8 跨。而11 跨左幅位置處為貫穿性裂縫，其長(zhǎng)度為8.9m，縫寬為0.7mm。結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠看出，此種裂縫還處于不斷發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫

2019 年10 月，第11 跨箱梁實(shí)施開(kāi)孔處理，并經(jīng)專業(yè)檢測(cè)人員進(jìn)入箱內(nèi)檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)箱梁內(nèi)部特定部位存在裂縫，且較為嚴(yán)重（見(jiàn)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

該橋第10 跨和第11 跨在進(jìn)行箱梁混凝土澆筑時(shí)，豎向分2 次進(jìn)行澆筑，先澆筑底板和腹板，再澆筑頂板，且前、后兩次澆筑的連接部位為倒角和腹板連接位置，第11 跨右幅位置首次澆筑完成6d 后進(jìn)行第2 次澆筑。因接茬部位施工不規(guī)范造成前后兩次澆筑的混凝土黏結(jié)力不足，再加之混凝土自身收縮徐變的作用，使結(jié)構(gòu)開(kāi)裂嚴(yán)重。

查閱設(shè)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)該橋梁底板設(shè)計(jì)寬度較小，遠(yuǎn)小于翼緣板寬度，腹板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度不足，受力結(jié)構(gòu)不合理，在使用階段，箱梁自身產(chǎn)生的撓度及車輛荷載的持續(xù)作用會(huì)在極大程度上加速裂縫發(fā)展和蔓延。

綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，施工不規(guī)范是造成梁體開(kāi)裂的主要原因，后期混凝土自身的收縮、使用階段的箱梁撓度及車輛荷載作用進(jìn)一步加速裂縫發(fā)展。

2.2 底板橫向裂縫

2.2.1 裂縫分布

由表1 可知，箱梁底板位置開(kāi)裂165 處，各個(gè)跨徑均有分布，大部分位于1/4～3/4跨。新產(chǎn)生的裂縫有50條（主要分布于5、6、7、8、10、11 跨），初次加固后的有86 條，而加固后再次裂開(kāi)的有2 條，加固后仍不斷發(fā)展的裂縫有27條。

2.2.2 成因分析

該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，箱梁梁高偏低、底板厚度偏小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度嚴(yán)重不足，加之該橋梁處于繁忙路段，日通車總量高達(dá)2.5 萬(wàn)輛，超重、重載通行量約3 000 多輛，大橋已陷入嚴(yán)重超負(fù)荷使用狀態(tài)。箱梁底板在重載持續(xù)影響下形成了較大彎拉變形，混凝土縱向拉應(yīng)力遠(yuǎn)高于其所能承受的極限抗拉強(qiáng)度，從而導(dǎo)致梁底出現(xiàn)橫向裂縫。此類裂縫是最為常見(jiàn)的受力裂縫。此外，還可能存在其他方面的因素，如設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量、原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等，均會(huì)造成箱梁底板裂縫。

2.3 施工垂直接縫

距支座6m 位置處，箱梁梁身環(huán)型開(kāi)裂分布集中，局部裂縫表現(xiàn)為貫通裂縫，連接底板、腹板和翼緣板結(jié)構(gòu)。該橋梁共計(jì)分為11個(gè)區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土施工，接縫部位是箱梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉、錨固、接長(zhǎng)位置，若出現(xiàn)裂縫會(huì)大幅降低箱梁承載能力和使用壽命。同時(shí)，一些裂縫已貫通至翼緣板，必須對(duì)箱梁實(shí)施開(kāi)孔處理，然后對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行全面檢測(cè)，尤其要重視對(duì)其頂板部位的檢測(cè)，看是否存在裂縫發(fā)展?fàn)顩r。

2.4 剛度退化

在車輛正常通行狀況下測(cè)得的動(dòng)撓度和沖擊系數(shù)最大值全部位于第11 跨左幅，具體數(shù)值分別為5.723mm 和1.321，實(shí)際沖擊系數(shù)明顯高于理論值1.189；而在該部位測(cè)得的基頻值為2.95Hz，明顯低于理論值3.11Hz。充分證明橋梁結(jié)構(gòu)剛度逐步降低。

剛度是箱梁關(guān)鍵的力學(xué)性能指標(biāo)，直接決定著箱梁的承載力及穩(wěn)定性。第11 跨開(kāi)裂極為嚴(yán)重，且仍處于發(fā)展趨勢(shì)，是造成箱梁剛度降低的直接原因。

3 加固技術(shù)

3.1 混凝土裂縫及缺陷處理

加固處理前必須對(duì)整個(gè)橋梁實(shí)施全面細(xì)致的檢查和檢測(cè)，進(jìn)一步核實(shí)裂縫存在的部位、長(zhǎng)度、寬度以及深度等情況，并繪制直觀的裂縫分布圖，便于分析和處理。針對(duì)縫寬超過(guò)0.15mm 的部位采用壓力注漿法加固，對(duì)縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固；梁底粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)部位，對(duì)縫寬小于0.15mm的裂縫，無(wú)須另作處理；

混凝土面層輕微剝落、麻面等病害，可通過(guò)砂漿修補(bǔ)；對(duì)面層剝落嚴(yán)重，已出現(xiàn)漏筋、預(yù)埋件外露缺陷部位，必須先對(duì)裸露鋼筋、預(yù)埋件進(jìn)行除銹處理并涂抹阻銹劑，在利用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

3.2 箱梁腹板縱向裂縫處理

該橋梁在第11 跨位置產(chǎn)生了長(zhǎng)度為8.9m 的縱向裂縫。通過(guò)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示第11 跨位置箱梁腹板剛度明顯降低，而且箱內(nèi)裂縫比箱外更加嚴(yán)重。綜合第11跨實(shí)際概況，重點(diǎn)對(duì)第9?！?1＃墩間跨的箱梁腹板位置產(chǎn)生的縱向裂縫實(shí)施加固補(bǔ)強(qiáng)處理，實(shí)施方案為：對(duì)腹板縱向裂縫位置采取壓力注漿加固，并在腹板內(nèi)外兩側(cè)對(duì)稱粘貼加勁鋼板（見(jiàn)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、螺桿材質(zhì)規(guī)格均為Q345B 級(jí)，加勁鋼板寬200mm，厚8mm，長(zhǎng)度根據(jù)具體狀況確定；桿徑12mm，預(yù)埋深度120mm。為有效貼合倒角，通過(guò)熔透法施工實(shí)現(xiàn)加勁板與粘貼鋼板的有機(jī)融合，然后在對(duì)其實(shí)施加固處理。粘貼加固通過(guò)壓力灌漿法完成。箱梁打孔前必須對(duì)內(nèi)部鋼筋及預(yù)埋件具體位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，結(jié)合具體狀況對(duì)螺桿位置實(shí)施調(diào)節(jié)，確保與預(yù)應(yīng)力筋及主筋位置互不干擾，有效提升鉆孔準(zhǔn)確度。箱梁混凝土鉆孔完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，結(jié)合混凝土孔位對(duì)粘貼鋼板孔位進(jìn)行精準(zhǔn)定位，保證二者對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確性。粘貼牢固后，立即組織工人進(jìn)行腹板縱向裂縫壓力注漿施工，同時(shí)對(duì)加固部位實(shí)施防腐處理，具體防腐處理情況可參考表2 執(zhí)行。

表2 鋼結(jié)構(gòu)工程涂裝防護(hù)體系材料性能指標(biāo)

3.3 箱梁底板開(kāi)制人孔

為準(zhǔn)確調(diào)查箱梁內(nèi)部開(kāi)裂分布情況，先后在第10跨、11 跨箱梁底部切割檢測(cè)通道，方便檢測(cè)人員進(jìn)入箱梁內(nèi)部實(shí)施精確檢測(cè)，共計(jì)4 個(gè)。通道口設(shè)置于距墩臺(tái)中軸線6.2m（與施工區(qū)段接茬位置對(duì)稱）位置，孔徑為80cm。切割前，必須對(duì)開(kāi)口部位實(shí)施預(yù)加固處理。

3.4 箱梁底板橫向裂縫處理

在對(duì)橋梁梁底橫縫進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)先對(duì)其表面輕微的質(zhì)量缺陷進(jìn)行修復(fù)，然后再進(jìn)行梁底橫縫加固處理。待施工完畢并驗(yàn)收通過(guò)后，在作業(yè)表面施作碳纖維布防護(hù)體系，防護(hù)體系施工控制參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 碳纖維布表面防護(hù)體系

3.5 節(jié)段接縫處理

在距橋墩中軸線6m 位置布設(shè)施工區(qū)段連接縫。施工縫均存在不同程度的開(kāi)裂現(xiàn)象，且有些裂縫呈貫穿性，極為嚴(yán)重。此區(qū)段拼縫結(jié)合位置恰好位于預(yù)應(yīng)力筋張拉和連接區(qū)域，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。在接茬部位沿縫切割寬度為20mm，深度20mm 的U形槽，并在槽內(nèi)嵌入防水砂漿，施工完成后及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施，并嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)期限，不得低于3d。節(jié)段拼縫加固效果圖如圖5所示。

圖5 施工節(jié)段拼縫加固效果圖（單位：mm）

3.6 混凝土表面防護(hù)涂裝

通過(guò)調(diào)查得知，該橋梁坐落區(qū)域空氣腐蝕質(zhì)量狀況為中度腐蝕（Ⅱ），混凝土防腐設(shè)計(jì)等級(jí)為長(zhǎng)期防腐，有效期限不得低于20年。

4 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)現(xiàn)澆箱梁梁體裂縫、節(jié)段拼縫處裂縫等質(zhì)量病害，結(jié)合其形成的具體原因制定出了切實(shí)可行的加固方案：

（1）對(duì)于梁體混凝土表面裂縫、鋼筋預(yù)埋件裸露的病害，可通過(guò)聚合物水泥砂漿修復(fù)。

（2）對(duì)于腹板縱向開(kāi)裂病害，縫寬超過(guò)0.15mm 的部位采用壓力注漿實(shí)施加固，對(duì)縫寬不足0.15mm 的部位采用表面密閉的方式加固，箱體內(nèi)外對(duì)稱粘貼加強(qiáng)鋼板補(bǔ)強(qiáng)。

（3）對(duì)于箱梁底部橫向開(kāi)裂，采取粘貼碳纖維布方案治理。

（4）對(duì)于梁體節(jié)段接茬位置裂縫，通過(guò)開(kāi)U形槽、填充水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的方式加固。