嚴寒地區(qū)某座在建橋梁箱梁病害及處治措施

文/張宗愛

1 概述

該橋跨徑布置為70+2×120+70 (m)，上部結構為預應力砼變截面連續(xù)箱梁，采用單箱雙室結構，單幅箱梁頂寬18.49m，外側懸臂長為2.5m，內側懸臂長為2.49m，箱底寬為13.5m，懸臂端部厚0.18m，懸臂根部厚0.85m，中跨支點處梁高7m，中跨中梁高為3m，梁底按1.5 次拋物線變化，中跨2m 合攏段為3m 等高段，邊跨中支點處梁高為7m，邊跨引橋側為11m 長等高段，梁高3m，梁底按1.5 次拋物線變化，腹板變厚度0.9m（支點）到0.5m（跨中），底板變厚度0.7m（支點附近）到0.3m（跨中），頂板厚度為0.28m。0 號段各斷面尺寸適當增大，0 號段墩頂橫隔梁厚度為3m，邊橫梁厚度為2.5m[1]。下部結構為Y 型橋墩(立面呈花瓶形狀)，鉆孔灌注樁基礎。

2 箱梁主要病害情況

該橋箱梁的主要病害有箱梁腹板豎向裂縫、箱梁腹板豎向裂縫維修處理不當的二次病害、梁底支座墊石附近混凝土澆筑不密實三種。

2.1 箱梁腹板豎向裂縫

該橋上部結構每個橋墩分17（第0-16 號箱梁塊）個箱梁塊懸澆施工，第0 號與第4 號箱梁塊的施工時間均為10月中旬至12月上旬。箱梁塊的縱向預應力進行了張拉處理；豎向預應力亦進行張拉處理，但豎向預應力管道均未進行注漿處理。

第二年六月份，在準備懸臂分段施工第1、5 號箱梁塊時分別發(fā)現，第0、4 號箱梁塊腹板中間出現豎向裂縫；裂縫中間寬、兩端窄，最大縫寬達3.0mm，裂縫基本貫穿腹板高度(距腹板與頂底板倒角均約500mm)，個別腹板開展到錨墊板處，但縫寬較細，多數腹板裂縫未開展到錨墊板處。

調查箱梁施工記錄、統(tǒng)計當地的氣溫走勢及雨雪天氣情況、檢測豎向預應力管道、分析縱向預應力分批張拉的影響（采用Midas FEA空間有限元軟件進行結構仿真分析，模擬主橋梁的實際施工過程，并考慮腹板上的兩束鋼絞線分次張拉）。可知，由于混凝土局部質量缺陷（不密實、有空洞）、豎向預應力體系密封不好，在養(yǎng)生水、雨雪天氣補水的凍脹及凍融循環(huán)作用下使混凝土開裂。

同時對裂縫特性進行詳細檢測（超聲波無損檢測、取芯檢測及豎向預應力管注水檢測），發(fā)現，第0 號與第4 號箱梁塊腹板中間裂縫已經全部貫穿整個腹板。

2.2 裂縫處理不當的二次病害

發(fā)現裂縫后，施工單位采取張拉橫向預應力的方式對箱梁腹板豎向裂縫進行處理，由于張拉橫向預應力前未對箱梁腹板裂縫注膠處理，且橫向預應力筋非貫穿整個腹板，在張拉橫向預應力時產生新的裂縫[2]。

2.3 支座附近混凝土澆筑不密實

主橋箱梁外觀局部砼存在蜂窩麻面、空洞，鋼筋外露銹蝕現象，墩頂位置第0 號塊箱梁底板、梁底支座墊石及防震擋塊尤為嚴重，箱梁鋼筋保護層薄、間距較密，混凝土骨料不能進入鋼筋保護層、梁底支座墊石及防震擋塊區(qū)域，施工難度增大，出現漏振、欠振和超振的概率增加，拆除模板后砼出現麻面、空洞、鋼筋大面積外露銹蝕[3]。

3 箱梁病害的影響

由于混凝土局部質量缺陷（不密實、有空洞）、豎向預應力體系密封不好，在養(yǎng)生水、雨雪天氣補水的凍脹及凍融循環(huán)作用下使混凝土開裂[4]。腹板出現裂縫后，影響腹板整體性，減少腹板的有效寬度，降低截面抗剪能力，局部容易出現應力集中現象，存在安全隱患。

墩頂位置第0 號塊箱梁底板、梁底支座墊石，混凝土存在蜂窩麻面、空洞，鋼筋外露銹蝕現象，體系轉換，存在不可預估的豎向沉降及橫橋向不均勻沉降，存在重大安全隱患。

4 處治方案

該橋為在建橋梁，為減少社會影響、降低損失，須及時處理。

4.1 測量已施工箱梁塊的現存應力情況

由于腹板存在豎向裂縫，截面已不是整體有效斷面，應力重分布，弄清已施工箱梁塊的現存應力情況是整個橋梁處置方案的必要前提條件。

本橋采用應力釋放測試混凝土的應力情況，應力釋放測試是通過對混凝土截面進行鉆孔，以釋放預應力混凝土結構的不同位置處的應變量，從而推算出結構測試點的應力[5]。在鉆孔過程中是通過使用電阻式應變片測量鉆孔處表面的應變，通過鉆孔前后的變形差值反映到應變片上，得到被除數測點的應變大小，通過對不同鉆孔深度應變值的分析得到不同情況下應變與鉆孔深度的關系，從而得到應變釋放規(guī)律。

應力釋放測試結果對比理論分析結果，主橋實測應力為理論計算應力的82.2～119.6%。

4.2 腹板豎向裂縫處置方案

對腹板裂縫試驗性采用高滲透改性環(huán)氧膠液注膠，試驗結果滿足封閉要求效果后，對腹板裂縫進行注高滲透改性環(huán)氧膠液處理，裂縫處理后對腹板橫向加對拉錨栓補強措施，同時對箱梁腹板進行加大斷面處理[6]。把已澆筑的0-4 號塊箱梁當作新的0 號塊，重新設計。

4.3 箱梁底支座墊石混凝土澆筑不密實處置方案

利用鋼管混凝土的原理，解決梁底混凝土澆筑不密實的問題。在箱梁底支座墊石外圈設置圓形后澆段，采用壓力澆筑混凝土。

4.4 箱梁不可預估不均勻位移的處治方案

解決梁底支座墊石混凝土后，釋放臨時支撐，并壓重，先釋放部分不均勻沉降后，再重新設置臨時支撐。

4.5 改變體系轉換方式

本橋后期時，先合攏中跨，后合攏邊跨，雖然改變了傳統(tǒng)的先合攏邊跨的設計思路，但是避免了箱梁不均勻沉降產生的箱梁內力對箱梁的影響。

5 結語

本橋為嚴寒地區(qū)某座在建橋梁，橋梁病害嚴重且特殊，雖屬于個例，但后期的處理方案，值得各同仁參考研究，共同促進技術的改進與提升。