連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析與處理

寇明國(guó)

1 問(wèn)題的提出

連續(xù)剛構(gòu)是大跨度梁式橋的主要橋型之一，連續(xù)梁體與薄壁橋墩固結(jié)而成，以其良好的結(jié)構(gòu)性能、較大的抗扭剛度，經(jīng)濟(jì)的施工方法得到了很大地推廣。但是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋成橋后，普遍出現(xiàn)腹板開(kāi)裂、底板縱向開(kāi)裂、跨中下?lián)虾头呛奢d裂縫的增長(zhǎng)等質(zhì)量問(wèn)題[1］。這是由于設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有對(duì)溫度效應(yīng)和混凝土收縮徐變效應(yīng)的影響程度和長(zhǎng)期效應(yīng)認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足，因此造成20世紀(jì)70年代～90年代初竣工的連續(xù)剛構(gòu)橋梁普遍存在諸多病害。

2 病害分析

本文以某公路橋?yàn)槔M(jìn)行闡述。該連續(xù)剛構(gòu)橋布跨形式為55 m+88 m+55 m，梁截面采用單箱單室，墩頂梁高4.811 m，合龍段梁高2 m，梁寬19 m(見(jiàn)圖1)，橋面橫向布置為2.0 m(人行道)+15 m(行車道)+2.0 m(人行道)。箱梁頂面為半徑7 500 m的圓形豎曲線，底緣按二次拋物線變化，縱向設(shè)置±2.5%縱坡，變坡點(diǎn)在主橋主跨中心，橋面橫坡為1.5%，全橋基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑分別為1.2 m和1.5 m，所有樁均按摩擦樁考慮。主橋墩身采用混凝土空心墩。該橋建成于1997年，運(yùn)行14年。

圖1 箱梁截面布置圖

通過(guò)對(duì)該橋的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)橋梁存在以下病害:

1)主橋存在眾多的順橋向裂縫，主要集中在箱底東西兩側(cè)，最大裂縫寬度達(dá)0.3 mm，已超限。產(chǎn)生該裂縫的主要原因是由于箱梁底板在橫向?yàn)槠毡殇摻罨炷翗?gòu)件，在縱向曲線預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)加力作用下，對(duì)順橋向拱起底板存在徑向分布力，由此產(chǎn)生縱橋向裂縫。

2)中墩兩側(cè)1/4跨處箱梁腹板有10多條斜裂縫，未裂穿腹板，最大裂縫寬度達(dá)0.3 mm，裂縫間距約20 cm，裂縫長(zhǎng)度為37 cm～75 cm。經(jīng)過(guò)對(duì)原有結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)構(gòu)主應(yīng)力分布見(jiàn)圖2，圖3。中墩兩側(cè)1/4跨處主拉應(yīng)力較大，在重車影響下箱梁腹板可能會(huì)出現(xiàn)斜裂縫。斜裂縫的產(chǎn)生有以下幾個(gè)原因:

a.溫度效應(yīng)影響。通過(guò)對(duì)《公路橋規(guī)》85規(guī)范和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》04規(guī)范的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，溫度梯度和收縮徐變是引起結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力增長(zhǎng)的重要因素。

圖2 《公路橋規(guī)》85規(guī)范計(jì)算結(jié)構(gòu)正應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

圖3 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》04規(guī)范計(jì)算結(jié)構(gòu)正應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

在《公路橋規(guī)》85規(guī)范和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》04規(guī)范[2］中對(duì)溫度梯度的規(guī)定有較大的差別，《公路橋規(guī)》85規(guī)范中日照溫差規(guī)定橋面板升溫為5℃(見(jiàn)圖4)，在橋面板內(nèi)均勻分布;而在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》04規(guī)范中采用如圖5所示的豎向溫度梯度曲線，豎向日照正溫差計(jì)算的溫度基數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 85規(guī)范豎向梯度溫度

圖5 04規(guī)范豎向梯度溫度

表1 豎向日照正溫差計(jì)算的溫度基數(shù)

混凝土上部結(jié)構(gòu)和帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)的豎向日照反溫差為正溫差乘以－0.5。

該橋梯度溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響計(jì)算見(jiàn)圖6～圖8。

圖6 85規(guī)范梯度升溫應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

圖7 04規(guī)范梯度升溫應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

圖8 04規(guī)范梯度降溫應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

兩本規(guī)范差異較大，溫度梯度影響對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不容小覷。溫度效應(yīng)是導(dǎo)致裂縫開(kāi)展的重要原因之一。

b.豎向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大。由于豎向預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度較短，容易損失;頂板的錨頭如果封閉不嚴(yán)，容易進(jìn)水導(dǎo)致腐蝕。

兩中墩部位0號(hào)塊橫隔板洞口處有豎向裂縫，裂縫寬度達(dá)0.3 mm，上下一致。這是由于本橋設(shè)計(jì)為寬大薄壁箱式，下部橋墩與上部箱室施工齡期不同，假如施工時(shí)養(yǎng)護(hù)不到位，就可能使橫隔板因?yàn)榛炷恋氖湛s徐變受到限制而產(chǎn)生裂縫。

主跨跨中下?lián)线_(dá)到80 mm。引起梁體下?lián)系闹饕蛩赜幸韵聨讉€(gè)方面原因:有效預(yù)應(yīng)力不足或損失過(guò)大;混凝土收縮徐變的影響;梁體開(kāi)裂后，剛度下降。

3 加固處理

為了防止裂縫的發(fā)展和跨中撓度的增加，本次加固主要采用了更換橋面系、粘貼鋼板和體外預(yù)應(yīng)力的方式解決以上問(wèn)題。

1)更換橋面系。參照J(rèn)TG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，將現(xiàn)有的8 cm混凝土橋面鋪裝鑿除，換成6 cm混凝土鋪裝層+防水層+5 cm瀝青混凝土鋪裝，降低溫度梯度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。將上部混凝土護(hù)欄換成輕型護(hù)欄，以保證橋面系荷載不發(fā)生大的變化。

2)粘貼鋼板。在箱梁底板處粘貼橫向鋼板抑制縱向裂縫的開(kāi)展;在箱梁腹板處粘貼斜向鋼板抑制斜向裂縫的發(fā)展;在0號(hào)塊橫隔板處粘貼橫向鋼板，抑制橫隔板豎向裂縫的開(kāi)展。鋼板采用6 mm Q235B型鋼板，鋼板寬15 cm，每隔25 cm粘貼一個(gè)。

3)體外預(yù)應(yīng)力筋。在中跨布置體外預(yù)應(yīng)力，采用19φs15.2 mm外加PE護(hù)套的光滑型環(huán)氧涂層填充型鋼絞線，鋼絞線的抗拉強(qiáng)度f(wàn)pk=1 860 MPa。鋼束采用兩段張拉，張拉控制應(yīng)力取0.5fpk。鋼束的布置形式如圖9所示。

圖9 鋼束的布置形式

4 加固效果分析

2007年12月，該橋加固后進(jìn)行了一次荷載試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明該橋承載能力滿足原結(jié)構(gòu)荷載等級(jí)汽車—超20級(jí)，掛車—120的荷載等級(jí)要求。

2010年10月該橋進(jìn)行了一次檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn):

1)左邊跨底板有一條縱向裂縫，長(zhǎng)1.5 m，寬0.35 m;腹板斜裂縫除灌縫材料部分脫落外，沒(méi)有新裂縫出現(xiàn)。0號(hào)塊橫隔板未加固位置出現(xiàn)斜裂縫，最大裂縫寬度為0.36 mm，長(zhǎng)4 m，縫深132.7 mm。

2)箱梁內(nèi)部加固鋼板處多脫空，部分鋼板表面銹蝕，鋼板表面防銹漆有鼓泡、起皮、脫落等現(xiàn)象，約占總面積的1%。

3)跨中下?lián)狭窟_(dá)到100.5 mm，比2006年3月檢測(cè)時(shí)下?lián)狭吭黾恿?0.5 mm。

4)荷載試驗(yàn)。在試驗(yàn)荷載作用下，撓度觀測(cè)結(jié)果小于L/600，符合技術(shù)規(guī)范要求。實(shí)測(cè)基頻大于理論基頻。

通過(guò)對(duì)本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，2007年加固粘貼鋼板和更換橋面系措施較好的抑制了裂縫的開(kāi)展，體外預(yù)應(yīng)力對(duì)中跨下?lián)嫌休^好的控制作用。但是鋼板的防腐和灌縫材料的脫落對(duì)加固長(zhǎng)期效應(yīng)非常不利，因此相關(guān)檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該類橋梁的日常養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)裂、下?lián)鲜悄壳斑B續(xù)剛構(gòu)橋普遍存在的病害，要保持連續(xù)剛構(gòu)的優(yōu)越性能，必須減少橋梁結(jié)構(gòu)病害的發(fā)生。防止病害的措施貫穿橋梁的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。防止病害要注意以下幾點(diǎn):

1)縱向預(yù)應(yīng)力彎入腹板對(duì)腹板抗裂非常有利。建議設(shè)計(jì)時(shí)每梁段至少兩根懸臂束入腹板[3］。2)施工中準(zhǔn)確定位預(yù)應(yīng)力管道，保證張拉后灌漿質(zhì)量。3)施工中加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。避免早期裂縫的產(chǎn)生。等混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以后，才能張拉預(yù)應(yīng)力。4)減少豎向預(yù)應(yīng)力損失，嚴(yán)格把握豎向預(yù)應(yīng)力的各個(gè)施工工序[4］。5)設(shè)置橫隔板的橫向或者斜向交叉預(yù)應(yīng)力，防止橫隔板開(kāi)裂。6)設(shè)置備用束，對(duì)橋梁合龍后以便對(duì)橋梁的受力和線性進(jìn)行調(diào)整。7)制定嚴(yán)格的橋梁管養(yǎng)制度。

[1]諶潤(rùn)水，胡釗芳，帥長(zhǎng)斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M］.北京:人民交通出版社，2001.

[2]JTG D62-2004，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[S］.

[3]江 湧.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2006:8.

[4]吳文鴻.預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁病害治理技術(shù)[J］.交通技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2010(5):4.