軌道交通(30+40+40+30)m雙線連續U梁狀態評估及病害處治研究

劉夕曦，張 勇

(1.長安大學,陜西 西安 710021;2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

青島軌道交通(30+40+40+30)m雙線連續U梁的梁體采用膺架法現澆施工。梁體截面對稱，取其一半，梁段劃分如圖1所示，混凝土施工順序為先施工現澆A段、B段，再施工C段。

圖1 梁段劃分(單位：mm)

典型斷面左右對稱，取其一半，如圖2所示。

圖2 典型斷面(單位：mm)

主梁邊支點設3個支座，支座橫向間距為 4.29 m；中支點設2個支座，支座橫向間距為5.0 m。主梁采用C60混凝土，采用縱向預應力體系。

荷載：地鐵B型車輛，4輛編組，設計最高行車速度120 km /h[1]。

軌道：無砟軌道。

2 存在的問題

主梁施工完成后，巡檢時發現下述問題：①底板混凝土龜裂，敲擊后局部有空響；②混凝土塊掉落。病害原因是外加劑與膠凝材料適應性較差，混凝土離析，包裹性能差。

對梁外觀進行詳細檢查，發現主梁底板主要病害為：網狀裂縫、局部脫空、蜂窩麻面、夾渣等。第1跨至第4跨網狀裂縫面積分別占底跨全面積的18.0%，11.1%，35.4%及12.8%。第4跨還有約66%面積的底板進行了鑿除和環氧砂漿修補，鑿除厚度在5～20 cm。另外第1跨至第3跨蜂窩麻面、夾渣等面積占底跨全面積的3.6%，0.6%及4.0%。主梁腹板中腹板及邊腹板端部頂面均出現多條縱向裂縫，裂縫長度在0.35～0.90 m，寬度在0.06～0.12 mm。腹板內側出現多條施工縫痕跡，部分施工縫開裂，其中左腹板裂縫3條，長度在4～8 m，寬度在0.04～0.11 mm；右腹板裂縫4條，長度在4～11 m，寬度在0.06～0.11 mm。

采用鉆芯法對混凝土內部質量進行檢查，發現：①主 梁底板存在混凝土粗骨料和細骨料離析情況，特別是在第1跨和第4跨較為明顯，鉆取的芯樣下端部無粗骨料層厚度在10～30 cm；另外在該2跨鉆芯試件也存在上部無骨料情況。②底板存在大面積網狀裂縫，與網狀裂縫對應的芯樣均有不同深度的開裂，深度在5～20 cm。③主梁腹板施工縫各部位開裂深度不一，其中左腹板第4跨施工縫芯樣高9 cm(由于該位置有鋼絞線，芯樣未能鉆深),縫交界面兩側混凝土平整且無黏結，呈脫離狀態；右腹板第2跨施工縫芯樣裂縫深度約25 cm；右腹板第1跨施工縫裂縫深度約5 cm。④較多芯樣存在不同數量的氣孔，根據抗壓強度試驗結果，氣孔對試件抗壓強度略有影響，氣孔較多的芯樣抗壓強度受到的影響較大。

鉆芯法混凝土強度檢測結果表明：107個有效芯樣中，芯樣強度≥60 MPa有89個，占芯樣試件總數量的83.18%。芯樣抗壓強度<60 MPa的均集中在底板。

3 評估思路

為準確把握結構狀態，給后期結構的處治提供依據，擬定采用荷載試驗對結構狀態進行評估[2-3]。由于底板混凝土病害比較嚴重，鉆取芯樣的無粗骨料層厚度個別達到了30 cm,橋梁橫向為普通混凝土體系，結構橫向承載能力也存在問題。因此，荷載試驗工作首先應檢驗結構橫向受力是否滿足要求，然后才能進行縱向受力性能的測試[4]。這樣在全面評定結構受力的同時，能避免荷載試驗對結構造成傷害。

評估工作主要內容如下：

1)首先進行橫向受力性能靜載試驗[5]，對結構的橫向受力性能進行評估。

2)在橫向受力評估結果的基礎上，對該聯橋進行縱向受力性能靜載試驗，試驗加載效率為1.2。重點檢驗結構的抗裂性，同時對結構剛度進行評價。

3)對該聯橋進行脈動試驗，測試其自振頻率和振動模態，對結構剛度作出評價[6-7]。

4 檢測評估

4.1 橫橋向受力

共選取10個截面對梁體底板橫向受力性能進行測試。具體截面分布見圖3。

圖3 橫向測試截面分布(單位：cm)

在截面底板底面對應線路中心線下方2.3 m寬范圍內連續布置15個應變測點和1個大標距測點。左右線對軸布置，左線橫向測點布置見圖4。

圖4 左線橫向測點布置(單位：mm)

橫向局部沖擊系數取1.4，橫向受力加載軸重需要達到19.6 t。實際試驗加載效率達到了1.017。

試驗結果表明：梁體底板橫向受力處于彈性工作狀態；在各級試驗荷載作用下，底板下緣未出現可見裂縫，說明底板受力滿足運營荷載的承載能力要求；但實測應變大于理論應變，說明底板實際剛度偏弱；底板受力狀態有一定的離散性；對稱荷載作用下，左右線平均應變相當；左右線底板受力相互影響不顯著。

4.2 縱橋向受力

選取第1,4跨0.4L(L為跨度)截面、第2,3跨0.5L截面進行正彎矩應變測試及結構撓度測試。選取44#,45#墩墩頂截面進行負彎矩應變測試，見圖5。

圖5 縱向測試截面分布示意(單位：cm)

以測試截面為中心在截面受拉區沿縱向連續布置7個應變測點和1個大標距測點，測試截面的抗裂性。

受現場加載條件的限制，僅正彎矩截面加載彎矩達到了設計活載彎矩的1.2倍，負彎矩截面(墩頂截面)加載彎矩僅達到設計活載彎矩的0.8左右。

測試結果表明：梁體縱向受力處于彈性工作狀態；正截面在1.2倍設計活載的作用下未出現開裂；46#—47#墩橋跨剛度較其他橋跨弱；實測截面平均應變及撓度均小于理論值，但有一定的離散性；對稱荷載作用下結構響應具有對稱性。

4.3 脈動試驗

從實測情況看，結構實測豎向基頻大于理論值，說明結構實際剛度大于理論剛度。

4.4 評估結論

試驗橋梁梁體縱向總體承載能力滿足1.2倍設計活載的要求；梁體底板橫向受力處于彈性工作狀態，但較設計狀態偏弱，為保證結構的運營安全應對底板進行加固補強[8]。

5 結論與建議

測試與分析結果表明：該結構主要存在的問題是底板橫向承載能力下降，耐久性降低。建議采用加厚底板的方式對底板承載能力進行補強，采用底板底部粘貼鋼板和碳纖維的方式限制底板混凝土開裂和掉塊的發生，改善結構的耐久性。