鋼筋混凝土蓋梁頂裂縫的加固方法分析

龐浩

摘要：在公路橋梁建設中，橋墩蓋梁大多采用了鋼筋混凝土結構。而在使用過程中，由于多種因素的影響，經過一段時期的運營，橋墩蓋梁多有開裂裂縫等病害發生，影響結構安全。本文依據某工程橋墩蓋梁加固實例，分析蓋梁受力，對幾種加固措施進行比較，選用最合理加固方法，取得較好效果，以期對類似工程實踐起到參考作用。

關鍵詞：橋梁;蓋梁;加固措施;粘帖鋼板;增大截面

引言

在我國公路橋梁建設中，小跨徑橋梁數量較多、分布廣泛，在小跨徑橋梁中，橋墩蓋梁、橋臺臺帽或蓋梁大多采用了鋼筋混凝土結構。由于蓋梁所處的下部結構，在整體橋梁結構中不僅受到上部結構傳遞的荷載，同時又受到下部結構的影響，在使用過程中，多發生開裂、破損、露筋等病害，且往往是這幾種病害同時存在，嚴重影響結構安全，為橋梁運營帶來隱患。筆者長期工作在橋梁運營一線，本文依據某工程橋墩蓋梁加固實例，分析橋梁蓋梁受力狀況，針對性提出幾種加固措施和思路，并結合實際進行分析比較，選擇最優加固方式予以實施，以期對類似工程實踐能起到參考作用。

一、工程實例概況

某大橋中心樁號K0+95656，橋梁全長329.5米，橋面全寬12m。該橋為曲線橋，第7跨上部結構為預應力混凝土空心板梁，其他橋跨的上部結構為鋼筋混凝土整體現澆空心板梁，跨徑組合為220×16m;下部結構為重力式橋臺，雙柱式橋墩，1-111#橋墩為樁基礎，122-19#橋墩為擴大基礎，橋面鋪裝采用鋼筋混凝土結構。橋梁建成后運營至今已有20年之久， 在實際運運營養護過程中，該橋曾做過局部部構件的維修加固。

二、橋梁檢測情況與分析

2020年7月，檢測公司對大橋進行了外觀檢查、專項檢測。大橋技術狀況綜合評分Dr=68.35分，評分達到3類橋梁標準，但該橋多個橋墩立柱存在較嚴重的環向開裂現象，其技術狀況評定為4類，已影響該橋結構安全，故該橋按主要構件的最差缺損狀況，主要構件有大的缺損，嚴重影響橋梁使用功能評定為4類。

該橋橋墩蓋梁存在68條豎向裂縫和40條斜向裂縫，其中大部分裂縫分布在橋墩立柱頂部，且裂縫形態基本為上寬下窄，裂縫長度介于0.3至1.2m不等，裂縫寬度最大為0.5mm，裂縫寬度已超限。

該橋橋墩蓋梁存在28處破損、銹脹露筋現象，總面積為2.89m?。3#墩頂左側擋塊受3#跨梁體擠壓頂死，且全橋橋墩蓋梁均存在滲水、滲白漿等現象。

從檢測結果可以發現，橋墩蓋梁豎向及斜向裂縫主要分布在立柱頂部，呈上寬下窄形狀，沿蓋梁側面自上而下開裂，部分裂縫寬度嚴重超限。根據資料顯示，橋梁運營期間，蓋梁產生此類裂縫的主要原因可能有4種。

1.橋梁設計過程中蓋梁計算錯誤，導致蓋梁配筋不足，尤其是蓋梁計算軟件普及以前，當柱間距、橋梁寬度等設計參數改變時，設計人員直接套用標準圖，而未進行計算，導致配筋不足，尤其是抗裂鋼筋不足;

2.設計理論考慮不足，設計時僅按照抗彎極限承載能力配筋，未進行抗裂設計，導致抗裂鋼筋不足，裂縫超限。

3.對于連續的彎起鋼筋，如果水平長度太短，不能作為抗彎鋼筋計算，有些設計人員將短鋼筋作為抗彎、抗裂鋼筋計入，導致柱頂抗裂配筋不足，出現裂縫。

4.運營期隨著經濟增長，超載車輛增加，在超載的影響下，使用荷載效應大于設計荷載效應導致蓋梁抗力不足，出現開裂。

三、橋墩蓋梁常用加固措施

從上面分析來看，橋墩蓋梁主要病害為裂縫病害，而裂縫主要存在于橋墩立柱的頂部位置。根據相關資料和加固經驗，常采用的加固處置措施有以下幾種：

1.對裂縫采用灌縫封閉處理。灌縫主要解決裂縫所引起的次生病害，對裂縫產生的原因不能起到加固作用。

2.針對荷載引起的受力裂縫，采用粘帖鋼板加固。但粘帖鋼板屬于被動加固，在荷載狀態下，首先會由混凝土提供抗力，混凝土產生變形后，鋼板起到輔助作用。

3.當荷載提升幅度較大時，建議采用增大截面和增設預應力的加固方式。增大截面不僅可以提升蓋梁結構的自身受力性能，同時可以封閉和修復蓋梁存在的裂縫、缺損、露筋等病害，但是，增大截面也同時會增加結構自重，增加下部墩柱的荷載。

這幾種方式都屬于常規加固方式，且在使用過程中會根據橋梁具體情況采用，往往不是一種方式的單獨使用，而是兩種或多種共同使用。尤其是封閉裂縫的方式，往往作為貼鋼或增大截面的前序加固方法使用。

四、橋墩蓋梁加固與分析

該大橋蓋梁病害較發育，且超限裂縫較多，根據加固設計思路，首先對原橋的蓋梁配筋進行復核性計算。由于抗彎鋼筋水平長度過短時，在結構抗彎抗裂中不能起到作用，因此，在復核計算中，該部分鋼筋不能計入。

1.計算參數

（1）環境條件：使用除冰鹽環境，Ⅱ類環境，相對濕度0.7;

（2）結構砼強度：蓋梁 C25，墩柱 C25;

（3）非預應力鋼筋：鋼筋采用 HRB335;

（4）計算荷載：結構重力混凝土容重按26KN/m?，程序自動計入;二期恒載包括橋面鋪裝和欄桿構件;活載按單向兩車道公路-Ⅰ級車道荷載;

（5）荷載組合：按照公路-Ⅰ級車道荷載，考慮荷載組合如下：

承載能力極限狀態：1.2恒載+1.4活荷載。正常使用極限狀態：1.0恒載+0.7活荷載。

2.蓋梁結構分析計算

本橋蓋梁結構分析計算中，根據加固方法按照5種情況進行分析：原結構復核計算、蓋梁頂貼鋼4cm、蓋梁側貼鋼4cm、蓋梁側加厚10cm和蓋梁側加厚20cm。本橋加固方案中，蓋梁頂面貼鋼板規格為長度2.65m，寬度1.2m，單個蓋梁共計2根立柱，貼鋼2.65×1.2×2=6.36m?。蓋梁側面貼鋼板規格為長度2.65m，高度0.6m，單個蓋梁共計2根立柱，2個側面，貼鋼2.65×0.6×2×2=6.36m?。也就是說，蓋梁頂貼鋼和蓋梁側貼鋼用鋼量相等。

本文采用midas civil分析軟件進行建模計算，正常使用狀態下裂縫包絡圖如下：

3.加固結果比較與分析

根據計算，得出5種計算情況下蓋梁頂最大裂縫計算結果，進行對比。

5種情況計算結果對比表

從表中數據對比，可以得出如下結論：

（1）原結構正常使用狀態下，裂縫嚴重超限，證明原設計配筋不足。

（2）蓋梁側加厚10cm，尚不能滿足裂縫要求，厚度偏薄。

（3）蓋梁頂貼鋼4cm、蓋梁側貼鋼4cm和蓋梁側加厚20cm均滿足裂縫要求。且蓋梁側貼鋼4cm和蓋梁側加厚20cm加固效果相當，而蓋梁頂貼鋼4cm加固效果由于其他兩種方法。

實際中，由于橋梁上部結構未采用頂升、吊升等工藝，蓋梁頂貼鋼加固可操作性差。從加固方法的可行性來看，側面貼鋼和蓋梁加厚工藝均可采用。另外，本橋除明顯的裂縫病害外，檢測顯示存在較多的破損和露筋病害，因此選用蓋梁側加厚的加固方法更為合適，加厚厚度選用20cm。

結束語

本文從實際工程出發，根據結構計算，分析了蓋梁頂貼鋼、蓋梁側貼鋼、蓋梁側加厚3種加固方法的加固效果，并結合橋梁具體情況，選用最優的加固方法實施加固，經過一段時間的運營，取得較好的效果。根據本橋加固實踐可以得出幾個結論，供類似工程參考。

1.在相同用鋼量下，蓋梁頂貼鋼對于蓋梁頂裂縫的抵抗力提升優于蓋梁側貼鋼的方法。

2.蓋梁側貼鋼與蓋梁側加厚混凝土，加固效果相當，但混凝土厚度對加固效果影響明顯。

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