城市橋梁裂縫加固維修設計與施工研究

彭河星

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東濟南 250002）

1 工程概況

合肥市某跨線橋梁共全長480m，寬18m，共五聯(lián)，為雙向四車道，其中跨越路口處一聯(lián)為主橋，跨徑組合為36m+51m+36m，主梁為預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁，中支點處梁高3.0m，中跨跨中梁高1.8m，梁底為二次拋物線變化；其余四聯(lián)為引橋，跨徑組合均為31m+31m+31m，主梁為預應力混凝土等截面連續(xù)箱梁，梁高1.8m；下部采用柱形橋墩，一字墻式橋臺；基礎采用承臺加鉆孔灌注樁基礎，橋面鋪裝采用10cm 瀝青混凝土+8cmC40 防水混凝土。

自2013 年該橋建成并投入使用以來，根據(jù)每年定期進行的技術狀況監(jiān)測評估報告，并結橋梁病害檢測報告，總結主橋箱梁主要病害及發(fā)展情況如表1 所示。

主橋現(xiàn)澆箱梁腹板出現(xiàn)多道豎向及斜向裂縫，箱梁底板出現(xiàn)多道縱向貫通裂縫和多道由腹板延伸至底板的橫向裂縫，箱室內頂板出現(xiàn)多道縱向貫通裂縫。

2 病害分析

2.1 主梁有限元分析

主橋上部結構縱向計算采用平面桿系理論，利用MIDAS CIVIL 2019 建模，計算模型共分為130 個單元，147 個節(jié)點，如圖1 所示。

2.2 主梁計算結果

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）相關規(guī)定，圖2 顯示主梁抗彎承載能力滿足規(guī)范要求；圖3 顯示主梁斜截面抗剪承載能力滿足規(guī)范要求。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規(guī)范》第6.3.1 條規(guī)定，在頻遇值組合下主梁的正截面抗裂驗算滿足規(guī)范要求，斜截面抗裂驗算除支點附近位置部分截面不滿足規(guī)范要求外，其余斜截面驗算滿足規(guī)范要求；在準永久組合下主梁的抗裂驗算滿足規(guī)范要求。

2.3 橋面板計算

橋面板計算采用平面框架體系，取箱室跨徑最大斷面建模計算，共劃分182 個節(jié)點，180 個單元，橋面板按鋼筋混凝土構件驗算。根據(jù)計算結果，橋面板抗彎承載力滿足規(guī)范要求，橋面最大裂縫為0.1mm，滿足規(guī)范

2.4 主橋箱梁裂縫病害原因分析

根據(jù)上述計算結果可知主橋上部結構箱梁的強度、剛度、抗裂驗算均滿足規(guī)范要求，除箱梁橋面板計算出現(xiàn)縫寬0.10mm 的縱向裂縫外，其余位置并無出現(xiàn)縱向裂縫及橫向裂縫。計算表明主橋箱梁受力滿足規(guī)范要求，針對檢測出現(xiàn)的箱梁裂縫病害，結合施工日志及專家組相關意見，初步判定為施工前期混凝土收縮徐變及溫度變化等因素引起的變形裂縫。

表1 橋梁主要病害

圖1 有限元模型

圖2 主橋抗彎承載能力驗算（單位：kN·m）

圖3 主橋抗剪承載能力驗算（單位：kN）

表2 橋梁主要病害處理

3 裂縫加固維修方案

主橋箱梁梁體開裂，將影響結構耐久性，需對主橋箱梁開裂位置進行加固維修處理。針對箱室底板的縱向及橫向裂縫根據(jù)裂縫寬度和深度進行灌縫或封閉處理；箱室頂板內側縱向裂縫進行灌縫或封閉后，采用粘貼碳纖維布進行補強處理；箱室腹板豎向及斜向裂縫進行灌縫或封閉后，采用粘貼鋼板進行補強處理，即在腹板內側粘貼橫向鋼板條，通過與補強結構共同作用，提高其剛度，限制裂縫開展，改善鋼筋及混凝土的應力狀態(tài),如表2 所示。

4 施工工藝及要求

4.1 裂縫封閉

首先對裂縫進行全面的調查，現(xiàn)場標注裂縫數(shù)量、長度、寬度等；然后用鋼絲刷、錘子及鋼釬對裂縫縫口表面進行處理；最后再用丙酮擦洗干凈的裂縫及裂縫兩側50mm 左右范圍內混凝土表面上，涂抹一薄層環(huán)氧樹脂基液，待其初凝后，用環(huán)氧樹脂膠泥抹壓進行封閉處理，再用橡皮刮板將表面刮抹平整，防止產生小孔和氣泡，待環(huán)氧樹脂膠泥初凝后，表面涂刷二度環(huán)氧樹脂基液封閉完成。

4.2 灌縫

首先按封閉程序對裂縫進行封閉，然后進行壓力試驗，確保不漏氣后進行壓力灌膠法注膠，灌注膠固化后，拆除灌膠嘴。

4.3 粘貼碳纖維布

在開裂的箱梁頂板內側粘貼橫向碳纖維布，碳纖維布與橋梁軸向夾角為90°，碳纖維布橫向中心間距為25cm，采用膠結連接，并在橫向碳纖維布兩側及中間部位分別設置一道碳纖維布壓條；橫向碳纖維布及壓條幅寬均為10cm。

4.4 粘貼鋼板

在開裂的箱梁腹板外側粘貼縱向鋼板，鋼板與橋梁軸向平行，鋼板條縱向中心間距為40cm，采用膠結及化學錨栓與箱梁連接，并在縱向鋼板條左端、中間及右端部位分別設置一道鋼板壓條；縱向鋼板條寬為25cm，厚度為6mm，縱向鋼板壓條寬為18cm，厚度為6mm；同時，鋼板壓條與縱向鋼板在交叉位置采用錨栓連接，在壓條端部設置附加錨栓群，使縱向鋼板與縱向鋼板壓條形成有效剛架

5 總結

本次橋梁箱室出現(xiàn)的裂縫形式及位置都跟常規(guī)不一樣，有限元分析也未得出明確的結論，經(jīng)過長期觀察，裂縫數(shù)量及寬度基本穩(wěn)定，結合施工日志及專家組相關意見，初步判定為施工前期混凝土收縮徐變及溫度變化等因素引起的變形裂縫。為減小裂縫長期暴漏對結構耐久性的影響，同時保障交通的正常通行，通過對腹板外側豎向裂縫粘貼鋼板，箱室內裂縫下粘貼碳纖維布，其余裂縫均灌縫封閉的措施，保證施工快速順利的實施，并取得非常好的經(jīng)濟和社會效益。