T型梁橋橋面裂縫病害及處治方案分析

作者簡(jiǎn)介：謝元芝（1991—），工程師，主要從事公路養(yǎng)護(hù)和計(jì)劃管理工作。

摘要：文章以石龍大橋改造工程為依托，歸納總結(jié)T型梁橋橋面裂縫病害，對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地加強(qiáng)薄弱部位，提高T梁間整體受力。研究成果可為類(lèi)似的公路T梁橋改造工程橋面裂縫處理提供參考。

關(guān)鍵詞：公路；T型梁；橋面裂縫；病害分析；鉸縫處治

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.23⁺1A441533

0 引言

為確保運(yùn)營(yíng)安全，部分早期建設(shè)的公路橋梁開(kāi)始進(jìn)行加固改造，這就涉及既有T型梁橋的維修加固處置，其中的橋面裂縫問(wèn)題尤為突出。受限于建設(shè)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，早期的T型梁橋多采用淺鉸縫結(jié)構(gòu)，按建設(shè)時(shí)期的交通流量及車(chē)輛荷載，淺鉸縫結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足安全運(yùn)營(yíng)要求。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量快速增長(zhǎng)，超載車(chē)輛占比越來(lái)越大，此類(lèi)型橋梁橋面病害開(kāi)始顯露，給管養(yǎng)護(hù)單位帶來(lái)越來(lái)越大的維護(hù)工作量。因此，在公路橋梁加固改造工程中對(duì)既有T型梁橋橋面鋪裝層裂縫病害情況的總結(jié)分析并對(duì)其進(jìn)行加固處治勢(shì)在必行。

本文依托G209線(xiàn)石龍大橋加固改造工程，總結(jié)既有公路T型梁橋橋面裂縫病害并對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，根據(jù)病害內(nèi)因“對(duì)癥下藥”，到達(dá)“標(biāo)本兼治”的目標(biāo)，為類(lèi)似公路橋梁改造工程中的橋面裂縫處理提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

G209線(xiàn)石龍大橋建成于1984年，全長(zhǎng)578.4 m，橋面總寬12 m，上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T型剛構(gòu)橋+預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁混組合結(jié)構(gòu)，橋跨組合為（1×25） m+（8×40） m+（1×53） m+（1×81） m+（1×53） m+（1×25） m。引橋25 m邊跨及主橋半掛梁和全掛梁橫橋向布置5片T梁，引橋40 m跨每跨橫橋向布置7片T梁。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車(chē)-20級(jí)、掛車(chē)-100級(jí)，人群荷載為250 kg/m²。

建成至今，僅對(duì)出現(xiàn)的局部病害進(jìn)行過(guò)處治，未進(jìn)行過(guò)大的維修加固改造。

2 橋面裂縫病害情況

根據(jù)2017年檢測(cè)結(jié)果^［1］，橋面鋪裝主要病害為：橋面現(xiàn)澆鋪裝層共計(jì)存在51道縱向裂縫，長(zhǎng)度共計(jì)1 222.30 m，長(zhǎng)度范圍為2.4～38.7 m，大多數(shù)裂縫長(zhǎng)度均超過(guò)20 m，部分已貫通全跨，縫寬0.60～3.50 mm；裂縫均出現(xiàn)在引橋和主橋掛梁的鉸縫對(duì)應(yīng)處； 25 m跨徑T梁和主橋掛梁T梁處橋面鋪裝縱向裂縫較40 m跨徑的引橋T梁嚴(yán)重。該橋在2014年的檢測(cè)中技術(shù)狀況評(píng)定為2類(lèi)； 在2017年檢測(cè)中技術(shù)狀況評(píng)定為3類(lèi)（其中橋面系技術(shù)狀況評(píng)定為4類(lèi)），技術(shù)狀況惡化趨勢(shì)明顯。見(jiàn)圖1。

3 橋面裂縫病害原因分析

根據(jù)2017-11-17象州養(yǎng)護(hù)管理站的24 h不間斷大型貨車(chē)交通量統(tǒng)計(jì)：24 h內(nèi)通行石龍大橋的大型貨車(chē)有658輛、特大型貨車(chē)有900輛、集裝箱車(chē)有64輛;特大型貨車(chē)通行集中于20：00-05：00。由此可見(jiàn)，大量超載車(chē)輛經(jīng)過(guò)石龍大橋是橋面病害產(chǎn)生的客觀(guān)原因。至今為止，對(duì)該橋梁結(jié)構(gòu)造成結(jié)構(gòu)性的損傷為：檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分橋跨存在T梁鉸縫處滲水污染、鉸縫砂漿剝落等病害，鉸縫處滲水污染表明鉸縫處橋面鋪裝層已形成貫通性裂縫。

綜合橋梁歷次檢測(cè)結(jié)果可知，橋面鋪裝病害一直存在，且有加劇趨勢(shì)。2017年檢測(cè)發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝縱向裂縫急劇增多，位置與T梁接縫位置對(duì)應(yīng)；同時(shí)，橋面鋪裝出現(xiàn)縱向裂縫位置對(duì)應(yīng)的T梁鉸縫和橫隔板連接處均有開(kāi)裂。下文從結(jié)構(gòu)受力角度出發(fā)對(duì)該病害進(jìn)行分析。

根據(jù)原橋設(shè)計(jì)圖紙^［2］，該橋T梁通過(guò)設(shè)置在翼板和橫隔板的預(yù)埋鋼板焊接形成橫向聯(lián)系，焊接鋼板縱向間距為2.43 m，橫隔板縱向間距為4.86 m。其中40 m跨T梁橫隔板為中空結(jié)構(gòu)，上下由鋼板焊接連接；25 m跨T梁橫板僅靠下端鋼板焊接連接（見(jiàn)圖2）。兩片T梁僅靠焊接預(yù)埋設(shè)置的鋼板傳遞橫向力，橫向聯(lián)系顯得較為薄弱。同時(shí)，現(xiàn)澆混凝土層厚8～10 cm，僅設(shè)置直徑為8 mm、間距為20 cm的鋼筋網(wǎng)，未額外設(shè)置橫向連接加強(qiáng)鋼筋。可見(jiàn)T梁間橫向連接剛度小、可靠性差，梁間連接薄弱。

由于T梁橫向連接薄弱，在超載車(chē)輛荷載反復(fù)作用下，梁間鉸縫損傷，進(jìn)而出現(xiàn)兩側(cè)T梁變形不協(xié)調(diào)，T梁間的橫向傳力作用由橋面現(xiàn)澆鋪裝層進(jìn)行部分代償，而橋面鋪裝層配筋較少，導(dǎo)致橋面鋪裝層抗力不足而產(chǎn)生縱向裂縫；橋面鋪裝現(xiàn)澆層產(chǎn)生縱向裂縫后，T梁間橫向連接作用進(jìn)一步被削弱，荷載沖擊作用下導(dǎo)致鉸縫砂漿剝落，橋面鋪裝層形成貫通性裂縫，進(jìn)而出現(xiàn)鉸縫滲水。

因?yàn)殇佈b層貫通性裂縫，鉸縫損壞進(jìn)一步加劇，橋面縱向裂縫在車(chē)輛荷載作用下隨之不斷擴(kuò)張發(fā)展，導(dǎo)致橋面狀況惡化，這又加劇了汽車(chē)的沖擊效應(yīng)，如此惡性循環(huán)，更加劇了橋面及鉸縫病害的發(fā)展^［3］。橋面鋪裝層裂縫病害發(fā)展速度越來(lái)越快，對(duì)橋梁橫向連接性能會(huì)產(chǎn)生更大影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致T梁?jiǎn)瘟菏芰Γ绊懡Y(jié)構(gòu)安全。

由此可見(jiàn)，為防止鉸縫橫向連接作用失效造成橋面出現(xiàn)縱向裂縫進(jìn)而導(dǎo)致單梁受力，影響結(jié)構(gòu)安全，對(duì)該類(lèi)T梁橋的橫向連接進(jìn)行加固處治勢(shì)在必行。

4 病害處治方案

根據(jù)前文分析，為徹底解決該類(lèi)橋梁橋面縱向裂縫問(wèn)題，必須對(duì)橫向聯(lián)系進(jìn)行加固處理，擬定以下兩個(gè)方案^［4］。

4.1 濕接縫連接法

在橋面鋪裝現(xiàn)澆層更換施工時(shí)，鑿除T梁局部翼緣板及橫隔板連接處混凝土，新增橫向連接鋼筋通過(guò)焊接與翼緣板及橫隔板鋼筋連接，再現(xiàn)澆C50混凝土形成橫向濕接縫及整塊橫隔板，同時(shí)橋面鋪裝現(xiàn)澆層采用D10鋼筋焊網(wǎng)，以此來(lái)加固原T梁橫向聯(lián)系，增強(qiáng)連接剛度，保證各T梁整體受力（見(jiàn)圖3）。

4.2 鋼橫梁連接法

在原橫格板間增設(shè)鋼橫梁，在腹板粘貼錨固鋼板耳塊，鋼板耳塊設(shè)置加勁板增大剛度，上下端采用鋼板將兩片T梁間鋼耳塊焊接連接構(gòu)成新增鋼橫梁，以此增加T梁的橫向連接剛度，形成整體受力（見(jiàn)圖4）。

由表1比較分析可知，混凝土濕接縫法與鋼橫梁法均能較好地解決原鉸縫連接薄弱的問(wèn)題，各有優(yōu)缺點(diǎn)。綜合考慮施工便利性、整體施工質(zhì)量控制、外觀(guān)及后期維護(hù)，推薦采用濕接縫法。

為驗(yàn)證其整體加固效果，選擇典型的25 m、40 m橋跨分別進(jìn)行處治前后的橫向分布系數(shù)計(jì)算，以此分析其處治后橫向受力性能。處治前因橫向連接為淺鉸縫連接且橋面普遍存在縱向裂縫，連接類(lèi)似鉸接，采用鉸接板梁法計(jì)算；處治后因設(shè)置橫向連接加強(qiáng)鋼筋，并現(xiàn)澆混凝土形成濕接縫及橫隔板，接近剛接效果，故采用剛接板梁法計(jì)算。T梁橫向連接處處治前后橫向分布系數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2理論計(jì)算結(jié)果可知：25 m、40 m橋跨T梁橫向連接采用濕接縫法加固處治后，中間梁段理論計(jì)算橫向分布系數(shù)明顯較處治前減小，說(shuō)明T梁橫向受力性能得到加強(qiáng)，整體性明顯提高，達(dá)到整體受力的目的。在車(chē)輛荷載作用下，各T梁能共同受力協(xié)同變形，產(chǎn)生的豎向位移一致，可有效防止橋面縱縫的產(chǎn)生。

5 處治效果

2019年10月加固施工完成后對(duì)石龍大橋進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，將加固后的實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與2018年加固前的專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，25 m、40 m跨T梁應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5～8。

由圖5～6可知，在25 m跨主梁跨中截面最大正彎矩荷載工況下，處治加固后T梁校驗(yàn)系數(shù)更趨均勻；處治后控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變?yōu)樘幹吻暗?7.2%，實(shí)測(cè)撓度為處治前的87.9%；應(yīng)變和撓度降低幅度均達(dá)10%以上。

由圖7～8可見(jiàn)，在40 m跨主梁跨中截面最大正彎矩荷載工況下，處治加固后T梁校驗(yàn)系數(shù)更趨均勻；處治后控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變?yōu)樘幹吻暗?8.3%，實(shí)測(cè)撓度為處治前的77.2%；應(yīng)變和撓度降低幅度均達(dá)20%以上，這表明40 m跨加固后效果更明顯。

由此可見(jiàn)，新增橫向連接鋼筋通過(guò)焊接與翼緣板及橫隔板鋼筋連接，再現(xiàn)澆C50混凝土形成橫向濕接縫及整塊橫隔板，同時(shí)橋面鋪裝現(xiàn)澆層采用D10鋼筋焊網(wǎng)，使石龍大橋的T梁橫向受力性能得到加強(qiáng)，整體性明顯提高，達(dá)到整體受力的目的。

根據(jù)管養(yǎng)單位反饋，該橋采用上述濕接縫法加固改造T梁橫向連接后，T梁整體受力性能明顯提高。開(kāi)放交通三年多，引橋及主橋T梁橋面未再出現(xiàn)縱向裂縫病害，結(jié)構(gòu)使用功能正常，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)車(chē)輛的通行要求，表明處治設(shè)計(jì)方案取得了滿(mǎn)意的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于公路既有T梁橋橋面裂縫，應(yīng)在專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)病害分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修處治設(shè)計(jì)。根據(jù)病害內(nèi)因“對(duì)癥下藥”，加強(qiáng)薄弱部位，提高各梁間整體受力，可有效防止裂縫的產(chǎn)生，到達(dá)“標(biāo)本兼治”的目標(biāo)。本文研究結(jié)果可為類(lèi)似的公路T梁橋改造工程橋面裂縫處治提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］廣西交通工程檢測(cè)有限公司.石龍大橋檢測(cè)報(bào)告［R］.2018.

［2］廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.石龍大橋設(shè)計(jì)圖［Z］.1983.

［3］羅 彥，吳志隆，唐 賡.空心板橋橋面裂縫病害分析及處治方案［J］.中外公路，2020（4）：151-153.

［4］廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司.石龍大橋加固改造工程一階段施工圖設(shè)計(jì)［Z］.2018.