六律邕江連續剛構橋維修加固方案研究

摘要：文章介紹了六律邕江連續剛構橋主橋存在的典型病害類型，分析了其病害成因，提出了相應的維修加固措施，并對橋梁加固效果進行評價。實踐研究表明，該維修加固方案效果良好。

關鍵詞：連續剛構；病害類型；成因分析；加固措施；效果評價

中圖分類號：U445.7+2 A 25 080 5

0 引言

橋梁在使用一定年限后，不可避免會產生各種病害，需要對其進行維修加固。本文結合六律邕江大橋工程實例，根據其橋梁類型及相應病害類型，提出了針對性的加固措施，為同類型橋梁的維修加固提供參考。

1 工程概述

泉南高速公路六律邕江大橋（舊橋）位于南寧市邕寧區境內，是一座連續剛構橋，于1999年10月通車。全橋為分離式雙幅對稱結構，單幅橋梁總長為 482 m，橋面單幅寬為 14 m。橋面單幅寬布置為： 0.5 m（防撞墻）+ 12.5 m（橋面凈寬）+ 0.5 m（防撞墻）+ 0.5 m（一半中央分隔帶）= 14 m。橋面為混凝土鋪裝，中央分隔帶下設置懸吊式人行道。

主橋上構為（80+125+80）m預應力混凝土變截面連續剛構，設計為二次拋物線梁底線形，采用單箱單室直腹板箱梁截面，箱頂部設計寬度為 13.5 m，箱梁底部設計寬度為 7.0 m，箱梁兩側設計懸臂長度均為 3.25 m。在主墩和邊墩處設橫隔板，支座采用盆式橡膠支座，橋墩為薄壁墩、樁基礎。兩岸引橋上構各為3× 30 m預應力混凝土先簡支后連續T形梁，每跨6榀，板式橡膠支座，雙柱式墩、樁基礎，重力式U型橋臺、擴大基礎。 8 cm厚的C30混凝土橋面鋪裝，0#臺、3#墩、6#墩、9#臺設置模數式伸縮縫。

2019年12月對六律邕江大橋進行了橋梁外觀檢測，結合病害情況以及橋梁技術狀況評定結果表明：主橋綜合技術狀況等級評定為“3類”，為保證全橋結構的安全性和耐久性，以及適應后續改擴建的需求，依據外觀檢測結果，需對六律邕江大橋（舊橋）進行維修加固處治。

2 橋梁主橋主要病害

2.1 箱梁頂底板裂縫

箱梁頂底板發現多條縱向裂縫，沒有發現斜向裂縫。右幅箱室內部頂板出現8條縱向裂縫，累計縫長為 21.3 m，最大縫寬為 0.10 mm；右幅箱室外部底板出現7條縱向裂縫，合計裂縫長度為 13.7 m，最大的裂縫寬度為 0.12 mm；在左幅箱梁室內頂板位置處分布了4條縱向裂縫，累計縫長為 15.5 m，最大縫寬為 0.08 mm；左幅箱室外部底板出現7條縱向裂縫，累計縫長為 13.6 m，最大縫寬為 0.16 mm。

2.2 箱梁腹板裂縫

箱梁腹板內外側均出現裂縫，左右幅箱室內外部裂縫一般≤10條，且大部分裂縫寬度＜ 0.20 mm。右幅箱室內部腹板出現2條沿45°斜向裂縫，累計縫長為 2 m，最大縫寬為 0.12 mm；右幅箱室外部腹板出現2條沿45°斜向裂縫，累計縫長為 5.5 m，最大縫寬為 0.13 mm；右幅箱室內部R5-13#節段右腹板倒角出現1條縱向裂縫，縫長為 1.2 m，最大縫寬為 0.10 mm；左幅箱室內部腹板出現11條沿45°斜向裂縫，累計縫長為 17.9 m，最大縫寬為 0.13 mm；左幅箱室內部腹板出現3條縱向裂縫，累計縫長為 5 m，最大縫寬為 0.08 mm；左幅箱室外部腹板出現8條沿45°斜向裂縫，累計縫長為 13.4 m，最大縫寬為 0.18 mm；左幅箱室外部L5-11#節段右腹板出現1條縱向裂縫，縫長為 3.1 m，最大縫寬為 0.16 mm。

2.3 其他常規病害

箱梁頂板、腹板混凝土觀感質量差，右幅箱室內部R4-16#節段左腹板1處蜂窩露筋，面積為 0.18 m2；右幅箱室外部1處破損露筋，累計面積為 6.7 m2；左幅箱室L5-16#節段頂板1處破損露筋，面積為 0.08 m2；左幅箱室外部L6-16#節段底板1處蜂窩麻面，面積為 0.20 m2。

3 病害成因分析

3.1 箱梁頂底板裂縫成因

腹板斜向裂縫主要位于主橋中跨10#～14#施工節段，約呈45°角，與腹板出現斜裂縫的位置相對應。因此該類裂縫可能是由于豎向預應力失效，且長期在重型車輛的作用下，導致主拉應力過大而產生的。

3.2 箱梁頂板縱向裂縫成因

箱梁頂板出現的裂縫均是縱向裂縫，其主要集中分布在邊跨、中跨靠近合龍段的區域，該類裂縫屬于較為典型的因混凝土懸臂澆筑與合龍段澆筑的齡期差引起的收縮裂縫。

3.3 箱梁底板縱向裂縫成因

（1）由于泊松比效應，在混凝土自重力、縱向預應力的雙重作用下，橫向的拉應力會出現在箱梁底板位置處，當其應力大于混凝土容許抗拉的強度時，使底板混凝土位置處產生了縱向裂縫。

（2）在鋼筋保護層較薄的箱梁底板處，橫向拉應力產生裂紋，縱向開裂由此出現在箱梁底部。

（3）由于施工期間局部施工或養護不到位造成的開裂。

4 主橋加固方案

主橋主要病害表現在中跨大小樁號兩側10#～14#節段腹板內外側出現斜向裂縫，部分節段頂底板為縱向裂縫。結合裂縫成因分析，本次擬對主橋中跨10#～14#節段腹板斜裂病害及其他混凝土結構表面裂縫、破損等進行常規修復。主要采取以下加固措施：對腹板斜向裂縫進行封閉處治，后期加強監測；對其他裂縫采用表面封閉或壓力注漿封閉處理；對混凝土表面缺陷進行常規修復。

4.1 混凝土表面缺陷

在混凝土破損和混凝土部露筋部位，對松散的混凝土進行破除，在該處使用阻銹劑進行涂刷，最后采用聚合物水泥砂漿進行修補。

4.1.1 鋼筋外露銹蝕處理

鋼筋外露銹蝕處理工藝流程如圖1所示。

4.1.2 混凝土剝落、孔洞處理

混凝土剝落、孔洞處理流程如圖2所示。

4.2 裂縫封閉

對于該橋上部結構及下部結構的裂縫，采取如下方式進行處理。

4.2.1 表面封閉法

表面封閉法處理主要工藝流程為：

第一步：表面處理。清除混凝土表面粉塵、油垢，用丙酮或酒精擦拭混凝土表面。

第二步：封閉裂縫。待干燥后用排筆反復涂刷裂縫修補膠，涂層厚度達 1 mm左右。

4.2.2 壓力注漿法

壓力注漿法處理流程為：

第一步：表面清理。清除混凝土表面裂縫兩側粉塵，再用丙酮擦拭干凈。

第二步：埋設注膠嘴。沿裂縫方向騎縫埋設注膠嘴。

第三步：封閉裂縫。用環氧膠泥或環氧樹脂膠液貼托玻璃絲布直接封縫。

第四步：灌注裂縫。配置灌注膠，按從下向上的注膠次序對裂縫進行灌注。

第五步：封口處理。拆下灌膠嘴或灌膠盒等設備，再用固化膠液把灌膠嘴處抹平封口。

5 加固后主橋承載能力評定

5.1 分項檢算系數

為了檢驗主橋維修加固后質量狀況，對主橋進行了承載能力評定，在結構計算時，引入了相應的Z1、ξe、ξs和ξc等評定各分項檢算系數，以驗算橋梁受力性能是否滿足設計規范要求，如表1所示。

5.2 計算參數及荷載組合

（1）混凝土自重： 26 kN/m3。

（2）二期恒載： 8 cm水泥混凝土鋪裝+防撞欄桿+懸吊式人行通道；同時考慮后期加鋪 3 cm瀝青罩面。

（3）收縮徐變：按10年， 3 650 d考慮。

（4）支座沉降： 5 mm。

（5）汽車荷載：《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）取汽車-超20、掛車-120級。

（6）人群荷載： 3.0 kN/m2，單幅橋考慮 1.0 m寬懸吊式人行道。

（7）溫度效應：整體升降溫按 20 ℃考慮；梯度溫度：《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）取頂板升溫 5 ℃。

（8）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）體系組合

①組合Ⅰ：恒載+汽車+人群。

②組合Ⅱ：恒載+汽車+人群+支座沉降+溫度。

③組合Ⅲ：恒載+掛車。

5.3 結構有限元模型

對六律邕江大橋主橋的預應力連續剛構變截面橋型進行建模，采用Midas Civil 2019檢算其結構。有限元計算時將主梁結構離散為94個單元，如圖3所示。

5.4 正截面抗彎強度驗算

5.4.1 正截面抗彎強度驗算

圖4～6為三種組合作用下的主梁彎矩包絡圖。

由表2可知，進行承載力修正后，最不利荷載組合下，各控制截面正截面抗彎承載能力均滿足規范要求。

5.4.2 斜截面抗剪強度驗算

圖7～9為三種組合下主梁剪力包絡圖。

由表3可知，進行承載力修正后，最不利荷載組合下，各控制截面斜截面抗剪承載能力均滿足規范要求。

5.5 正常使用極限狀態

5.5.1 正應力驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）第5.2.21～5.2.22條關于全預應力混凝土現澆構件的規定進行驗算［1］，三種組合作用下，主梁截面正應力驗算結果見表4～5。

由表4～5可知，主梁正截面上下緣最大拉應力及最大壓應力均小于規范限值。

5.5.2 主應力驗算

由表6可知，主梁最大主壓及主拉應力均小于規范限值。

5.5.3 撓度驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）第4.2.3條規定，以汽車荷載（不計沖擊力）計算的上部構造的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600。

由表7可知，邊跨、中跨最大撓度均小于規范限值。

5.6 主橋承載力結果

對《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）體系下驗算結果總結如下：

承載能力極限狀態，在最不利荷載組合作用下，斜截面抗剪承載力以及正截面抗彎承載力均大于作用組合，滿足規范要求。根據試驗檢測結果，引入各檢算系數進行修正計算后，各結構抗力均大于作用組合，滿足規范要求。

正常使用極限狀態，在最不利荷載組合作用下，截面主應力、正應力均小于規范的限值，以汽車、掛車荷載（不計沖擊力）計算的最大撓度亦小于規范限值。

6 主橋加固后裂縫監測結果

主橋加固后進行裂縫發展監測以來，橋梁質量狀況穩定，裂縫修補后未繼續發展。

7 結語

對連續剛構橋典型病害和維修加固方法的研究探討頗具社會價值，本文以六律邕江大橋為例，對連續剛構橋典型病害類型、成因、加固措施、加固效果進行了實踐和研究，加固后橋梁能夠維持穩定，主橋承載能力滿足規范要求，說明加固效果理想。

參考文獻

［1］JTJ023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

收稿日期：2022-11-23