現澆剛構連續箱梁裂縫修復加固技術措施

蔡其華

(中鐵二局大西鐵路客運專線指揮部第一項目部，山西運城043800)

由于大跨徑連續梁橋具有造價低、截面剛度大、施工工藝成熟、養護簡單等優點，在我國的城市交通和高速公路、鐵路中都得到廣泛應用。大跨徑連續梁橋一般采用預應力混凝土變截面連續箱梁，采用掛籃懸臂澆筑的施工方法。盡管技術規范、驗收標準、設計文件對大跨徑預應力連續梁施工控制有嚴格要求，但是現場施工中由于預應力管道定位誤差超標、混凝土施工質量控制不嚴、張拉順序不合理和人為失誤等原因致使預應力筋張拉后局部混凝土產生裂縫，預應力混凝土結構抗滲性和耐久性降低，危及結構的使用安全，對出現裂縫的梁體必須進行修復加固。本文以衡昆國道主干線云南富寧至廣南高速公路蘇古特大橋(65+110+65)m三跨預應力混凝土連續剛構箱梁出現的裂縫病害進行研究，提出對箱梁的修復加固技術措施。

1 工程概況

衡昆國道主干線云南富寧至廣南高速公路蘇古特大橋上部結構為(65+110+65)m三跨預應力混凝土連續剛構箱梁。箱梁根部高度6.5 m，跨中高度2.5 m;箱梁根部底板厚70 cm，跨中底板厚28 cm;箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁腹板根部厚60 cm，跨中厚40 cm;箱梁腹板厚度在腹板變化段按直線段漸變，由厚60 cm變至40 cm。箱梁頂板厚度25 cm，頂寬12 m，底寬6 m，頂板懸臂長度3 m，懸臂板端部厚15 cm，根部厚70 cm。采用三向預應力。縱、橫向預應力采用美國ASTM A416－97A標準270級高強度低松馳鋼絞線，標準強度1 860 MPa，設計錨下張拉控制應力1 395 MPa。箱梁縱向鋼束每股直徑15.24 mm，大噸位群錨體系;頂板橫向鋼束每股直徑12.7 mm，扁錨體系;豎向預應力采用精軋螺紋鋼筋。縱向預應力束管道采用預埋塑料波紋管成孔，真空輔助壓漿工藝。橫、豎向預應力束(筋)管道采用預埋金屬波紋管成孔。混凝土采用C55混凝土。

2 梁體裂縫分布情況

2008年2月在交工驗收檢查中發現蘇古特大橋右線橋2號墩中跨10號段(合龍段)梁底兩側及中間有橫斜向裂縫，崩裂0.1～3 mm寬。左側邊緣至2.2 m范圍有裂縫約7條，右側邊緣至1.5 m范圍有裂縫約5條，左側延伸至9號段1.2 m長，右側延伸至9號節段0.7 m長。

3 裂縫原因分析及處理措施

蘇古特大橋右線橋2號墩中跨10號段箱梁內頂板、腹板、底板、齒板均未發現有裂紋，只有梁底兩側及中間有縱斜向裂縫，初步分析認為是因為施工10號段混凝土時造成底板連續鋼束位置與設計位置偏差，在中跨合龍后張拉底板連續鋼束時產生的裂縫。

由于本橋所有鋼束均已經張拉完畢，且已灌漿封錨，加固方案遵循保持原預應力鋼束不動，盡量減少對原結構造成損傷的原則。擬采用在箱梁底板增設橫向肋，裂縫采用灌注環氧漿封閉裂縫法對裂縫進行封堵。

3.1 加固前箱梁受力分析

本橋中跨跨中附近梁段，底板布置了20根19j15.24鋼絞線，鋼絞線設計錨下控制張拉應力1 395 MPa，經理論計算分析，在跨中附近區段，鋼絞線的有效張拉應力約為1 255.5 MPa，底板預應力鋼束彎曲半徑為800 m。據此，每根鋼絞線對跨中底板產生的徑向力為4.175 kN/m，即在此區段內，每個斷面跨中底板作用著由鋼束產生的83.5 kN/m的等效荷載，這組荷載的直接效應就是對箱梁的底板產生彈性內力。箱梁底板鋼束產生徑向力的示意如圖1所示。

采用空間結構分析程序對該橋出現病害梁段進行建模分析。混凝土單元采用SOLID45單元，邊界條件按實際受力狀況進行模擬，預應力采用等效荷載法按照各箱梁節段的順橋向長度，沿著對應預應力鋼束位置處的各節點施加豎向均布荷載，該荷載即為預應力張拉所產生的徑向力。計算荷載時，充分考慮了預應力的損失，建模如圖2所示。

經過計算，在底板預應力鋼束徑向力作用下，合龍段處底板最大豎向拉應力發生在倒角附近，應力值為0.55 MPa，合龍段處底板最大橫向拉應力發生在底板底層，應力值為0.6 MPa(圖3、圖4)。

從以上計算結果可以看出，底板應力相對較小，考慮普通鋼筋作用，在張拉預應力時底板拉崩的可能性很小，底板出現拉崩的主要原因應為施工時底板防崩鋼筋沒有有效布置所致。

由底板預應力鋼束豎彎引起的徑向力，對底板混凝土產生一定的拉應力，隨著混凝土拉應力的增加，存在該局部區段形成裂縫的可能。取跨中有病害梁段計算，該部分梁段通過19j15.24的預應力鋼束20束，鋼束豎彎半徑R=800 m，每根鋼束的徑向力為4.175 kN/m。

新增橫向肋高70 cm，肋寬60 cm，采用矩形斷面進行設計。經計算橫向肋跨中最大計算彎矩Mj=135.7 kN·m。

按照承載能力極限狀態進行配筋計算，采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ 023－85)第4.1.6條公式，經計算配置鋼筋面積A g=17.8 cm2(采用4根25的鋼筋)，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ 023－85)第4.2.5條公式，經計算，裂縫寬度δf=0.12 mm，滿足規范要求。

圖1 鋼束徑向力示意

圖2 有限元整體計算模型

圖3 加固前豎向拉應力云圖

圖4 加固前橫向拉應力云圖

3.2 新增橫向肋局部應力分析

3.2.1 模型建立

采用在箱梁節段內增設橫向肋的方式進行箱梁底板加強，對加肋后箱梁底板的應力情況進行建模計算分析。采用SOLID45塊體單元進行建模，具體模型如圖5所示。

圖5 有限元整體計算模型

3.2.2 結果分析

經過建模計算分析，增設橫向肋后，箱梁底板應力有所降低，箱梁底板倒角最大拉應力為0.3 MPa，箱梁橫向拉應力為0.4 MPa，較加固前的應力降低幅度約為45%，且均滿足設計規范要求(圖6、圖7)。表明增設橫向肋后，起到了降低底板混凝土拉應力、防止底板開裂的作用。

圖6 豎向拉應力云圖

圖7 橫向拉應力云圖

3.3 修復加措施

(1)在需要修補裂縫的梁段下安裝底板吊架。

(2)裂縫修補措施:對于裂縫寬度大于或等于0.15 mm裂縫，進行灌漿處理;對于寬度小于0.15 mm裂縫，進行表面封閉。

(3)在新增橫肋施工前，應利用原箱內跨中處臨時固結底座進行壓重，待新增橫肋施工完成且混凝土達到設計強度后，再拆除合龍段的臨時固結底座。

(4)按照加固設計圖，首先鑿毛增設橫肋處底板及腹板混凝土并種植鋼筋，鑿除跨中新加橫向肋范圍原底板橫向鋼筋保護層混凝土。在鑿除過程中，應注意不要損傷底板原縱向鋼筋及橫向鋼筋，在原橫向鋼筋處幫焊一根16橫向鋼筋，穿U形鋼筋箍住橫向鋼筋，穿過底板與橫肋鋼筋牢固焊接，注意沿底板鉆孔灌注改性環氧膠使受力鋼筋與混凝土之間形成整體。同時在底板澆筑橫肋處開鑿剪力槽，以利于后澆混凝土的充分結合。對鑿除區域進行澆筑聚合物混凝土進行修復，澆筑橫向肋成型、養護，達到設計強度。

4 結束語

處理完成后對該橋進行了動、靜載試驗，裂紋未發展，也未出現新的裂紋。經過兩年多的運營跟蹤檢查，裂縫沒有繼續發展和出現新裂紋，實踐證明處理措施正確，具有可靠的實用性。

[1]JTJ 001－97公路工程技術標準[S]

[2]JTJ 021－89公路橋涵設計通用規范[S]

[3]JTJ 023－85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]

[4]JTJ 025－86公路橋涵鋼結構木結構設計規范[S]

[5]JTJH11－2004公路橋涵養護規范[S]

[6]GB 50367－2006混凝土結構加固設計規范[S]