預應力混凝土橋梁檢測與加固實例分析

陳雪芬

(廣東華路交通科技有限公司，廣東　廣州　510420)

預應力混凝土橋梁檢測與加固實例分析

陳雪芬

(廣東華路交通科技有限公司，廣東廣州510420)

關鍵詞：預應力混凝土橋梁；橋梁檢測；加固

0引言

為推動經濟的發(fā)展，近年來公路橋梁的修筑越來越多，橋梁建成投入使用后，長期暴露在自然環(huán)境中，經受太陽暴曬、雨水沖刷，以及空氣中的腐蝕性污染物都會使橋梁產生破壞，再加上車流量的增加，重型大車、超載車輛的增多，使得橋梁經常超負荷工作，從而發(fā)生病害和缺陷，輕則影響行車舒適性，重則對行車安全構成威脅[1]。橋梁發(fā)生病害后拆掉重建耗資巨大且影響交通，因此，對橋梁進行檢測以預防病害，同時采取有效措施對橋梁進行加固維持并力求延長橋梁使用壽命是目前橋梁工程的重點[2]。

對于已建成投入使用中的橋梁進行結構損傷、結構材料變化狀況的詳細檢測，以準確掌握橋梁的安全性能和可使用壽命，而對已產生病害的橋梁結構部分則應采取相應有效的措施進行加固、修補。

1工程概況

某變截面預應力混凝土連續(xù)剛構橋，按全預應力設計，跨徑為(75+96+63.83=233.83)m，上下行分左右兩幅，單幅橋寬13.45 m(0.60 m護欄+12.25 m機動車道+0.60 m護欄)，設計荷載為：城-A級。設置雙車道，-1.00%的縱坡，2.00%的橫坡，設計標準如表1所示。

表1　橋梁設計標準值表

橋梁上部結構為單箱單室的箱形變截面，梁高從4.50 m線型變化到2.20 m，主梁為C50混凝土現澆而成。下部結構采用柱式墩，橋臺采用肋板臺，基礎采用鉆孔灌注樁，橋面鋪裝采用瀝青混凝土材料，護欄是鋼筋混凝土。主墩分別高20.8 m、21.7 m，橫橋向設橢圓端，墩寬10 m，最大壁厚2 m，順橋向寬3 m，壁厚60 cm。左右幅主墩共用承臺，主墩承臺尺寸為34.1×8.7×4 m，承臺下承接12根直徑2.2 m的樁基。箱梁截面上布置豎向、橫向、縱向的三向預應力束。

該橋采用掛籃施工技術，在橋墩處設置掛籃，按照一般構造圖(見圖1)分段施工，在邊跨合攏段斷采用滿堂支架現澆施工，中跨合攏段長2 m，先進行兩邊跨現澆施工，預留2 m的合攏段，等邊跨頂板、腹板以及底板預應力短鋼束張拉完工后，進行中跨合攏段的現澆施工，然后將所有腹板及底板的長預應力鋼束進行張拉。

圖1　橋梁平面布置圖

2橋梁檢測分析

主橋在修建完畢(2008年)開放通車前，進行靜載和動載試驗，結果表明左、右幅橋梁的承載能力皆達到設計要求。

在通車兩年后，再次對橋梁進行靜載和動載試驗，結果表明，主橋右幅橋梁均存在大量的裂縫，主要分布在受力較大部位，裂縫主要集中在各跨跨中附近和腹板、墩頂附近。其中，嚴重的裂縫還由底板延伸至腹板，大多數裂縫寬度大于規(guī)范允許的0.1 mm，嚴重影響橋梁承載能力，需要進行必要的加固措施。同時主橋跨中下撓，根據相應的規(guī)范，該橋技術評定狀況為不合格級。該橋裂縫開裂示意圖如圖2～4所示，跨中裂縫最大值見表2。

圖2　右幅第38跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

圖3　右幅第39跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

圖4　右幅第40跨梁體裂縫分布示意圖(裂縫寬度單位：mm)

位置裂縫寬度邊跨跨中中跨跨中邊跨跨中右幅0.240.140.24

經過動靜載試驗，第38跨和第40跨最大正彎矩試驗撓度校驗系數均>1，不滿足規(guī)范要求，第39跨接近1，表明該右幅橋結構剛度儲備不足，承重能力不能滿足城A設計荷載標準，結構整體狀態(tài)較差，必須對該橋采取加固維修處之措施，并在加固后重新進行荷載試驗，撓度校驗系數見表3。

表3　試驗撓度校驗系數表

3橋梁病害原因分析

(1)施工原因。橋梁修建的采用分層澆筑的施工方案，分層澆筑時間間隔長達1～2個月，在此間隔時間里，滿堂支架、掛籃以及橋梁下部結構都會隨著時間推移發(fā)生不同程度的沉降。先澆筑的混凝土在承受自重荷載以及掛籃荷載的同時還要承受后澆筑的混凝土作用，容易造成先澆筑的混凝土產生裂縫。

(2)收縮作用。混凝土在硬化過程中，水和水泥顆粒結合以及水分的蒸發(fā)都使得混凝土體積縮小，進而產生裂縫。

(3)溫度作用。水泥硬化產生水化熱、太陽的照射等溫度變化使得混凝土內溫度應力變化大于混凝土的抗拉強度，從而造成裂縫產生。

4加固方案

該橋有兩種不同類型的裂縫，需要采取不同方式進行修補：裂縫寬度介于0.15～0.3 mm之間，采取高壓灌注法進行修復；裂縫寬度介于0.015～0.15 mm，采取直接封閉裂縫的方法進行修補[3-4]。

同時，結合本橋裂縫多、變形嚴重，以及交通壓力大、不適宜封閉交通進行橋梁加固施工的實際情況，經過專項會議分析決定采用具有施工速度快、施工技術簡單、堅固耐用、經濟實惠等優(yōu)點的粘貼鋼板法對本橋進行加固，即等主橋裂縫封閉完成后，在箱梁底板粘貼10 mm厚鋼板，粘貼鋼板時須采用優(yōu)質粘鋼膠。

施工階段流程為：(1)在95 m中跨跨中布置6臺27 t載重汽車，封閉中跨底板裂縫；(2)在63.83 m跨布置6臺27 t載重汽車，封閉其底板裂縫；(3)在75 m邊跨布置6臺27 t汽車，封閉底板裂縫，卸載車輛；(4)裂縫封閉全部完成達到固化強度后，在中跨布置5臺27 t汽車，粘貼兩邊跨底板開裂區(qū)域鋼板；(5)在兩邊跨裂縫區(qū)域布置6臺27 t載重汽車，粘貼中跨底板開裂區(qū)域的鋼板。

5加固后檢測分析

5.1試驗方案及測定布置

在該橋不同位置設計控制截面A-A，B-B，C-C，D-D，E-E，同時設計不同的工況，其中A-A控制截面為工況一第38跨最大正彎矩工況，B-B控制截面為工況二第38#墩最大負彎矩工況，C-C控制截面為工況三第39跨跨中最大正彎矩工況，D-D控制截面為工況四39#墩頂最大負彎矩試驗，E-E控制截面為工況五第40跨最大正彎矩試驗。截面試驗截面布置如圖5所示。

圖5　試驗截面布置圖

A-A、C-C、E-E截面應變測定布置如圖6所示。

圖6　截面應變測點布置圖

B-B、D-D截面應變測定布置如圖7所示。

圖7　截面應變測點布置圖

在進行撓度試驗分析，取墩頂、1/4跨、3/4跨和其它跨的跨中和墩頂設置撓度測點，其中第39跨撓度測定布置如圖8所示，其余跨類似。

圖8　38跨撓度測點布置圖

5.2靜載結果分析

鑒于文章篇幅有限，這里只列出工況三的應變和撓度試驗數據(見表4、表5)。

表4　實測應變值表

表5　撓度值表(單位：mm)

各級荷載下實測與計算撓度對比圖如圖9所示。

圖9　試驗撓度值與計算撓度值比較圖

從表4～5中可以看出，布置在截面下緣的測點相對殘余應變均≤0.20，在設計規(guī)范的范圍內，即該預應力橋梁結構進行加固后，處在彈性工作狀態(tài)，說明加固后的橋梁整體性能好，滿足承載能力要求。

5.3撓度校驗系數

在最大級荷載作用下，取截面左右兩側撓度測點實測彈性變位值Se，將兩者數據平均得出截面中心的彈性變位值Se中，再與理論計算結果進行比較。具體數據見表6。

表6　撓度校驗系數表

從表6可以看出，校驗系數分別為0.73、0.63、0.88，說明該橋粘貼鋼板后，鋼板與混凝土共同發(fā)揮了作用，結構整體剛度滿足要求。

6結語

投入使用后的橋梁隨著時間的推移，其結構會在各種荷載的作用下發(fā)生不同程度、不同類別的損害。對使用已久的橋梁結構進行檢測，有利于掌握橋梁結構的工作狀態(tài)，避免出現因橋梁損害造成行車不安全的現象發(fā)生；對于已經出現問題的橋梁，則需結合檢測的結果采取有效的加固措施，進行橋梁結構的加固。本文結合具體的工程實例，分析預應力混凝土橋梁結構的檢測與加固關系，在加固前檢測，以便選擇適當的加固措施；在加固后檢測，以確定該加固措施對橋梁損害的修復效果，為后續(xù)類似工程提供參考。

參考文獻

[1]張廣元.預應力混凝土橋梁檢測評定與加固設計的研究探索[D].北京市市政工程研究院，2015.

[2]夏占武.橋梁檢測與加固技術應用[D].吉林：吉林大學，2004.

[3]朱德宏.預應力混凝土箱式橋梁加固前后使用狀態(tài)分析研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2008.

[4]張帥.預應力混凝土橋梁損傷評估及仿真加固分析研究[D].北京：北京交通大學，2009.

摘要：文章結合工程實例，通過橋梁檢測分析預應力混凝土橋梁投入使用后的結構性能變化及病害原因，提出了相應的加固處治方案，并對加固效果進行評價，探討舊橋加固的實用方法。

Analysis on Testing and Reinforcement Practices of Prestressed Concrete Bridge

CHEN Xue-fen

(Guangdong Hualu Transportation Technology Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong，510420)

Abstract：Combined with the engineering practices，this article analyzed the structure performance change and disease reasons of prestressed concrete bridge after put into use through bridge inspection，proposed the corresponding reinforcement treatment measure，evaluated the reinforcement effect，and discussed the practical old bridge reinforcement method.

Keywords：Prestressed concrete bridge；Bridge inspection；Reinforcement

作者簡介

中圖分類號：U445.7

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.016

文章編號：1673-4874(2016)04-0054-04

收稿日期：2016-03-26

陳雪芬(1978—)，工程師，研究方向：公路橋梁檢測。