周栓科 劉少乾

1. 四川高速公路建設(shè)開發(fā)集團(tuán)公司 四川 成都 610072

2. 四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川 成都 610041

1 引言

橋梁運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，受荷載作用、環(huán)境腐蝕[1]、材料老化等因素影響，逐漸產(chǎn)生裂縫等病害，結(jié)構(gòu)性能逐步退化，橋梁養(yǎng)護(hù)工作就顯得尤為重要。因此依托橋梁損傷檢測(cè)[2,3]，查明病害現(xiàn)狀及發(fā)生原因[4]，掌握結(jié)構(gòu)病害嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，為橋梁養(yǎng)護(hù)管理提供對(duì)策制定依據(jù)，對(duì)保障橋梁結(jié)構(gòu)安全及路網(wǎng)暢通，科學(xué)高效合理利用養(yǎng)護(hù)資金以實(shí)現(xiàn)橋梁養(yǎng)護(hù)綠色低碳化具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

本文依托京昆高速某多跨梁板組合體系橋梁，以損傷檢算為基礎(chǔ)，對(duì)橋梁各構(gòu)件、各部件及上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定、采用引入分項(xiàng)檢算系數(shù)進(jìn)行橋梁承載能力評(píng)估及損傷原因分析、擬定養(yǎng)護(hù)策略建議。本文研究成果可為同類型養(yǎng)護(hù)工程提供參考。

2 橋梁概況

某多跨梁板組合體系橋梁位于京昆高速公路上，結(jié)構(gòu)類型及孔跨布置為4×30m簡(jiǎn)支空心板+（30+55+30）m現(xiàn)澆連續(xù)梁+18×30m簡(jiǎn)支空心板。橋梁總長(zhǎng)782m，橋面總寬26.5m，單幅橋面凈寬12.25m，行車道寬2×3.75m，中央分隔帶設(shè)寬2.0m人行通道，橋面縱坡為0.16%。大橋設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛車-120，地震烈度為VI度。

3 損傷檢測(cè)結(jié)果

3.1 橋面鋪裝

全橋合計(jì)32處橋面連續(xù)，其中橫向開裂共計(jì)22處，占比為68.8%；橋跨存在縱向開裂現(xiàn)象橋跨共計(jì)6跨（6條縱向裂縫），占全橋總跨數(shù)12%。橫向裂縫方向由客貨車道向兩側(cè)車道發(fā)展，長(zhǎng)度范圍集中在客貨車道和超車道，橫向裂縫基本未貫通；縱向裂縫方向主要由跨內(nèi)向兩側(cè)發(fā)展，長(zhǎng)度多大于1/2跨，部分縱向裂縫貫通。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)病害主要為簡(jiǎn)支空心板底板縱向裂縫，支座附近截面豎向及斜向裂縫，病害特征信息統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 引橋上部結(jié)構(gòu)空心板裂縫特征統(tǒng)計(jì)表

3.3 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)典型病害主要表現(xiàn)為：主橋主墩蓋梁變截面處環(huán)向貫通裂縫，裂縫長(zhǎng)度L=210.0cm，裂縫寬度bmax=1.16mm；引橋橋墩蓋梁擋塊與主梁擠壓造成的擋塊破損。

3.4 其他檢測(cè)結(jié)果

（1）自振特性

采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和941B型拾振器對(duì)引橋第16跨和第19跨簡(jiǎn)支空心板梁橋進(jìn)行自振特性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示豎向基頻均為3.81Hz，與同跨徑其他類型簡(jiǎn)支梁橋相比豎向剛度明顯偏低。

（2）支座

引橋合計(jì)1408個(gè)橡膠支座，其中存在支座脫空現(xiàn)象支座僅為9個(gè)，占比僅為0.6%，不具有普遍性。

4 技術(shù)狀況評(píng)定

采用分層綜合評(píng)定與5類橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法，依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG /T H21-2011）[3]，對(duì)主橋和引橋進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定，評(píng)定結(jié)果如表2和表3所示。主引橋整體技術(shù)狀況評(píng)定均為2類（有輕微缺損，對(duì)橋梁使用功能無(wú)影響）?？紤]到部分構(gòu)件技術(shù)狀況等級(jí)為3類，仍需對(duì)構(gòu)件病害成因進(jìn)行分析，以制定針對(duì)性養(yǎng)護(hù)措施。

表2 主橋技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果

表3 引橋技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果

5 構(gòu)件病害成因分析

5.1 橋面鋪裝橫向開裂

（1）橋面連續(xù)處鋪裝橫向開裂

導(dǎo)致橋面連續(xù)處鋪裝橫向開裂直接原因在于混凝土鋪裝層產(chǎn)生橫向裂縫后向上映射到瀝青鋪裝層并發(fā)展而出現(xiàn)。

綜合分析判定造成橋面連續(xù)處鋪裝層開裂的主要原因在于30m簡(jiǎn)支空心板整體剛度偏弱，梁端轉(zhuǎn)動(dòng)引起的橋面連續(xù)處混凝土鋪裝層承受過(guò)大負(fù)彎矩作用，進(jìn)而引起混凝土鋪裝層橫向開裂并映射至瀝青鋪裝層。

（2）橋面鋪裝縱向開裂

橋跨存在縱向開裂現(xiàn)象橋跨數(shù)共計(jì)6跨（其中左幅1跨，右幅5跨），占比為12%，不具有普遍性，主要原因可能在于施工工藝偏差導(dǎo)致同跨內(nèi)梁板間鉸縫剛度不一致，在車輛荷載作用下各梁板間豎向位移不同導(dǎo)致梁間鉸縫承受較大的剪切作用，當(dāng)剪切效應(yīng)大于設(shè)計(jì)剪切強(qiáng)度時(shí)導(dǎo)致鉸縫混凝土和混凝土鋪裝層開裂，進(jìn)而發(fā)展映射至瀝青鋪裝層，出現(xiàn)瀝青鋪裝層的縱向裂縫。

檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝縱向開裂位置對(duì)應(yīng)梁底鉸縫處基本都存在滲水痕跡現(xiàn)象，說(shuō)明該位置鉸縫存在開裂或破損等病害，雨水由鉸縫滲入空心板底板。

5.2 空心板裂縫

1）底板縱向裂縫成因

空心板底板混凝土不密實(shí)，保護(hù)層厚度偏薄，在混凝土收縮作用及預(yù)應(yīng)力引起的橫向正應(yīng)力聯(lián)合作用下容易產(chǎn)生底板跨中處沿預(yù)應(yīng)力管道的縱向裂縫。

2）腹板豎向裂縫和斜向裂縫

出現(xiàn)腹板豎向裂縫和斜向裂縫的梁板數(shù)僅占梁板總數(shù)的3.4%，不具有普遍性。該類裂縫主要是由于特定梁板抗彎和抗剪承載能力不足引起的；其中腹板豎向裂縫主要是正彎矩引起的截面縱向正應(yīng)力，腹板斜向裂縫主要是彎剪組合引起的主拉應(yīng)力引起的。

5.3 主墩蓋梁環(huán)向裂縫

結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)文件中蓋梁鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造圖，發(fā)現(xiàn)蓋梁倒角截面下緣第二層主拉鋼筋在該截面處中斷，導(dǎo)致錨固長(zhǎng)度不足，不滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）9.1.4條規(guī)定“當(dāng)充分利用鋼筋受拉強(qiáng)度時(shí)，直線段受拉鋼筋末端最小錨固長(zhǎng)度應(yīng)大于35倍鋼筋公稱直徑”，未能充分發(fā)揮鋼筋抗拉作用。建立蓋梁有限元模型進(jìn)行蓋梁局部檢算，檢算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不考慮錨固長(zhǎng)度不夠的主拉鋼筋時(shí)，倒角截面抗彎承載能力和正常使用最大裂縫寬度均不滿足規(guī)范要求。

故主墩蓋梁環(huán)向裂縫主要原因在于部分主拉鋼筋構(gòu)造措施不當(dāng)引起的。

6 主橋承載能力檢算

為掌握在現(xiàn)有技術(shù)狀況下橋梁的承載能力狀況，采用引入分項(xiàng)檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的方法對(duì)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁進(jìn)行承載能力檢算，檢算荷載等級(jí)維持原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，檢算項(xiàng)目及依據(jù)分別按照《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》JTG/T J21—2011和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG 3362—2018執(zhí)行。

6.1 分項(xiàng)檢算系數(shù)

依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分別計(jì)算承載能力檢算系數(shù)、承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)、鋼筋截面折減系數(shù)，各分項(xiàng)系數(shù)取值如表4所示。

表4 分項(xiàng)檢算系數(shù)取值

6.2 承載能力檢算結(jié)果

1）承載能力極限狀態(tài)

基本組合作用下，現(xiàn)澆箱梁正截面抗彎和斜截面抗剪均滿足規(guī)范要求，但富余度相對(duì)較低，其中中跨跨中正截面抗彎富余度為2.50%，距邊支座中心h/2截面抗剪富余度為17%。

其中富余度含義為：（結(jié)構(gòu)抗力-荷載效應(yīng)）/結(jié)構(gòu)抗力×100%。

2）正常使用極限狀態(tài)

頻遇組合及準(zhǔn)永久組合作用下，主梁邊跨跨中處截面主拉應(yīng)力超限，其余關(guān)鍵截面均滿足規(guī)范要求；標(biāo)準(zhǔn)組合作用下結(jié)構(gòu)主壓應(yīng)力及撓度檢算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

7 養(yǎng)護(hù)建議

1）該橋總體技術(shù)狀況等級(jí)為2類，結(jié)構(gòu)有輕微缺損，對(duì)橋梁使用功能無(wú)影響，無(wú)需進(jìn)行相應(yīng)交通管制。

2）部分構(gòu)件技術(shù)狀況等級(jí)達(dá)到3類，建議在適當(dāng)養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)重點(diǎn)針對(duì)橋面鋪裝橫向開裂、主墩蓋梁環(huán)向裂縫等重點(diǎn)病害進(jìn)行處治，依據(jù)病害成因制定針對(duì)性合理處治措施。

3）在日常巡查、經(jīng)常檢查及定期檢查中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注現(xiàn)澆箱梁中跨跨中、邊跨跨中等富余度低或主拉應(yīng)力超限關(guān)鍵截面裂縫發(fā)生和發(fā)展情況的檢測(cè)。

8 結(jié)語(yǔ)

依托某多跨梁板組合體系橋梁，本文主要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)、技術(shù)狀況評(píng)定、承載能力評(píng)估及病害成因分析進(jìn)行了逐步遞進(jìn)式闡述，提出了較為合理的養(yǎng)護(hù)建議，可為同類型工程的檢測(cè)或管養(yǎng)單位橋梁養(yǎng)護(hù)提供一定經(jīng)驗(yàn)。