橋梁病害及加固技術(shù)探究

1、橋梁病害及加固技術(shù)探究【摘要】某大橋主橋為52m+3x80m+52m預(yù)應(yīng)力混凝土連 續(xù)箱梁，在橋梁使用中發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)大量裂縫，且病害還在 不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)耐久性和承載力逐漸下降，已嚴(yán)重影響到行 車安全。故采取腹板加厚和增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力及裂縫灌漿、粘 貼鋼板、粘貼碳纖維布等技術(shù)措施，對該橋進(jìn)行維修加固?！娟P(guān)鍵詞】連續(xù)箱梁；病害；維修加固1工程概況主橋結(jié)構(gòu)形式為變截面連續(xù)箱梁，跨徑布置為52m+3 x 80m+52mo橫斷面形式為單箱單室箱形截面，箱寬8m,兩側(cè) 翼緣板懸出3.85m。支點箱梁高5m,中孔跨中及邊孔墩附近 梁高為2. 4mo箱梁下緣按二次拋物線變化。箱梁底板和腹板 厚度由中孔墩頂向兩側(cè)

2、遞減，中孔墩兩側(cè)底板和腹板厚度均 為60cm,在中孔跨中和邊孔墩頂附近，底板厚度為30cm, 腹板厚度為35cm。連續(xù)箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)：縱向預(yù)應(yīng)力采用7q15 鋼絞線，錨具為0vm15-7和ym15-7；橫向預(yù)應(yīng)力采用24d5 碳素鋼絲，張拉端為弗氏錨，固定端用徹頭錨錨板；豎向預(yù) 應(yīng)力采用精扎螺紋粗鋼筋，錨具為ygm錨。箱梁為原50號 混凝土，采用掛籃懸臂澆筑法施工。橋面寬度：凈-15m+2 x 0. 5m防撞護(hù)欄；設(shè)計荷載：汽-20、掛-100,人群3. 5kn/m2o2病害狀況該橋于1997年7月建成通車投入使用以來，由于種種 原因，主跨連續(xù)箱梁出現(xiàn)不同程度的病害。箱體出現(xiàn)較多裂 縫

3、，橋面鋪裝破損嚴(yán)重，伸縮縫破損并老化變形、漏水問題 尤為突出，己危及橋梁的安全。為此我們對該橋主橋分別進(jìn) 行了質(zhì)量檢測和荷載試驗，主要結(jié)果如下：2.1橋面系及附屬設(shè)施2. 1. 1橋面鋪裝出現(xiàn)大量縱、橫向裂縫，大面積網(wǎng)裂、 破碎，導(dǎo)致橋面防水效果降低、行車舒適性差。2. 1.2全橋伸縮縫功能失效，橡膠板斷裂、松動、下 沉，型鋼松動、缺失，跳車嚴(yán)重。2. 1.3防撞護(hù)欄混凝土表面風(fēng)化嚴(yán)重，金屬構(gòu)件普遍 嚴(yán)重銹蝕，個別部位有外傾現(xiàn)象。2. 1.4大多數(shù)燈頭發(fā)生扭曲變形，燈頭缺失、燈柱嚴(yán) 重銹蝕。2.2箱梁2. 2. 1與竣工資料相比，箱梁各跨實測的縱向線形有 較大下?lián)稀?. 2. 2混凝土表觀質(zhì)量

4、較差，存在大面積蜂窩、麻面, 局部有孔洞、露筋、鋼筋銹蝕，部分施工節(jié)段接縫不平順， 頂板掛籃孔滲水嚴(yán)重。2. 2.3箱梁腹板內(nèi)側(cè)有較多斜向裂縫，傾角從跨中向 支座逐漸加大，在跨中附近裂縫走向近于水平，而腹板外側(cè) 裂縫較少。底板底面有較多縱向裂縫；頂板縱向裂縫分布在 跨中附近；橫隔板裂縫分布無規(guī)律性。箱梁共發(fā)現(xiàn)裂縫2552 條，箱內(nèi)裂縫寬度超過0.2mm的有764條，裂縫寬度超過 0. 5mm的有23條。2. 2.4實測箱梁混凝土強度推定值大于設(shè)計值，但由 于裂縫多而密，導(dǎo)致箱梁整體性較差；箱梁混凝土碳化深度 小于鋼筋的保護(hù)層厚度；大部分混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度偏 薄，檢測部位的混凝土保護(hù)層厚度多數(shù)

5、小于設(shè)計要求；鋼筋 有銹蝕活動性，但銹蝕狀態(tài)不確定。2. 2.5預(yù)應(yīng)力管道普遍存在未壓漿現(xiàn)象，未壓漿預(yù)應(yīng) 力鋼束（鋼筋）都存在銹蝕，有些預(yù)應(yīng)力管道積水，加速了 預(yù)應(yīng)力鋼束的銹蝕速度。2. 2.6實測橋跨結(jié)構(gòu)頻率低于計算值，說明箱梁剛度 偏低。2. 2. 7在各控制截面最不利載位加載時，各控制截面 的實測撓度小于理論計算撓度，撓度校驗系數(shù)在0.40.98 之間；各控制截面混凝土實測彈性應(yīng)力基本小于理論計算應(yīng) 力，校驗系數(shù)差異較大，一般在0. 75左右，但個別點校驗 系數(shù)大于lo2. 2.8箱梁腹板裂縫寬度加載后有所擴展，卸載后彈 性恢復(fù)。3病害原因分析加固設(shè)計單位對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的驗收，并對該

6、橋主 橋的裂縫成因進(jìn)行了定性的分析：3. 1該橋主梁箱底較寬，跨徑與底板寬度比值較大（l /b=10）,且中間無橫隔板，在遠(yuǎn)離支座位置底板的內(nèi)力直 接傳向腹板，不沿橋跨縱向傳遞內(nèi)力。3.2跨中底板較厚（30cm）,因此底板在自重狀態(tài)下將 產(chǎn)生較大的自重力彎矩。3.3跨中梁高較矮（跨中截面梁高2.3m,箱內(nèi)凈高 1.67m,倒角問的腹板凈高lm）,腹板的橫向抗彎剛度很大， 因此腹板將分配較大的底板產(chǎn)生的側(cè)向撓曲彎矩。3.4跨中截面腹板厚度較?。?5cm）。綜合以上原因，底板自重產(chǎn)生較大的橫向撓曲空間效 應(yīng)，跨中位置的腹板上由底板自重引起了較大腹板側(cè)向彎 矩。又由于腹板較薄，因此在腹板內(nèi)側(cè)產(chǎn)生較大

7、的豎橋向拉 應(yīng)力，腹板外側(cè)產(chǎn)生較大的豎橋向壓應(yīng)力，導(dǎo)致了腹板內(nèi)側(cè) 大量地存在著以水平縫為主的裂縫。底板裂縫主要是由于其 自重力產(chǎn)生的橫橋向拉應(yīng)力產(chǎn)生的。4維修加固措施針對大橋主橋的病害現(xiàn)狀，我們擬定了多種維修加固方 案。通過方案比選，經(jīng)多方分析論證，決定采取以腹板加厚 并增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力為主的各項維修加固措施。4.1箱梁腹板加厚、增設(shè)橫隔板、施加體外預(yù)應(yīng)力根據(jù)黃渝大橋病害情況和計算分析結(jié)果，箱梁腹板是其 薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)增加腹板強度，減小活載、溫差等產(chǎn)生的主拉 應(yīng)力，限制裂縫繼續(xù)開展。對本橋梁采用以下加固措施：4. 1. 1加大截面加固腹板在箱梁腹板內(nèi)表面植筋，綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑15cm混凝 土加厚腹

8、板。實施過程中加厚腹板采用12cm厚混凝土，以 減輕恒載。4.1.2增設(shè)橫隔板箱梁采用單箱單室，箱寬較大，寬箱效應(yīng)明顯，增設(shè)橫 隔板，減小寬箱效應(yīng)。4. 1. 3施加體外預(yù)應(yīng)力腹板加厚、增設(shè)橫隔板增加了箱梁自重，且頂、底板鋼 絞線存在銹蝕，其截面面積有損失，在箱內(nèi)施加體外預(yù)應(yīng)力, 改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。4.2封閉箱梁裂縫，修復(fù)混凝土局部缺陷箱梁裂縫將使結(jié)構(gòu)剛度降低，加速鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束的 銹蝕，削弱結(jié)構(gòu)的耐久性。同時使截面應(yīng)力發(fā)生重分布，導(dǎo) 致箱梁較為薄弱的部位產(chǎn)生新的裂縫，并使原有裂縫的長度 和寬度繼續(xù)發(fā)展。針對混凝土缺陷，采取鑿除疏松混凝土， 封閉箱梁腹板、頂板、底板裂縫，提高結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的剛度

9、和整 體性。本橋梁采用鑿除表面疏松混凝土鑿除，與孔洞、蜂窩、 麻面等病害一起采用丙乳砂漿或丙乳混凝土修、補?；炷?裂縫采用粘度低、可灌性好、韌性好、固化后體積收縮小， 固化時間可按施工工藝要求調(diào)節(jié)及耐久性好的樹脂類材料 進(jìn)行灌縫。4.3箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋補張拉由箱梁腹板開裂情況、雷達(dá)探測結(jié)果和以往經(jīng)驗，腹板 豎向預(yù)應(yīng)力筋很多未張拉，該鋼筋對結(jié)構(gòu)沒有貢獻(xiàn)。本橋梁 采用對豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋補張拉，并對豎向預(yù)應(yīng)力筋管道補壓 漿，增加腹板強度。4.4開裂區(qū)段的腹板及頂、底板補強箱梁腹板及頂板開裂，表明開裂區(qū)段混凝土應(yīng)力已超過 混凝土抗裂強度。僅對現(xiàn)有裂縫進(jìn)行封閉不能提高該區(qū)段混 凝土的抗拉能力，也不能

10、阻止該區(qū)段出現(xiàn)新的裂縫，必須對 開裂區(qū)進(jìn)行補強。本橋梁采用在腹板內(nèi)表面粘貼豎向鋼板， 鋼板條貼過頂板的梗腋。在底板下緣粘貼橫橋向的碳纖維 片，邊跨體外預(yù)應(yīng)力錨固段處底板粘貼鋼板。4.5更換主橋的鋪面鋪裝和全橋伸縮縫舊橋橋面混凝土鋪裝層厚度約10cm,大部分開裂，多處 出現(xiàn)破碎，且防水效果差。此次維修加固將鑿除原橋面鋪裝 層，在箱梁頂面植筋，綁扎鋼筋網(wǎng)，重新澆筑混凝土橋面鋪 裝，并酌情調(diào)整橋面鋪裝橫坡和厚度，控制橋面鋪裝重量。由于伸縮縫表面磨損很大，與周圍產(chǎn)生較大的高差，有 跳車現(xiàn)象，對主梁的受力不利。因此全橋伸縮縫進(jìn)行更換。5主要加固措滋施工工藝對于本橋主要加固措施是施加體外預(yù)應(yīng)力，體外預(yù)應(yīng)力

11、 施工質(zhì)量的好壞直接影響到全橋的加固效果。體外預(yù)應(yīng)力施 工工藝主要流程為：施工方案編制施工機具準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向塊安裝 體外索穿索穿人限位裝置安裝錨頭張拉體外索防松裝置保 護(hù)罩的安裝保護(hù)罩及錨頭內(nèi)防護(hù)。5. 1張拉順序體外預(yù)應(yīng)力張拉按照先跨中、后邊跨的順序進(jìn)行對稱張 拉。為使體外預(yù)應(yīng)力張拉平衡，具體順序為：中跨張拉1/2 （中索）一次邊跨張拉1 /2 （中索）一完成中跨張拉（邊索） 一邊跨張拉1/2 （中索）一完成次邊跨張拉（邊索）一完成 邊跨張拉（邊索）。5. 2張拉準(zhǔn)備5. 2. 1施工現(xiàn)場機具配套完整，千斤頂與油表經(jīng)過國 家有關(guān)質(zhì)檢部門 對應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，使用時千斤頂與其對應(yīng) 標(biāo)定好的油表配套使用，不

12、能混淆亂用。5. 2.2施工機具和工作錨板運到工作現(xiàn)場后，用棉紗 頭清理工作錨板內(nèi)孔的灰塵和油漬。5. 2.3確定梁體混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的85%以 后，安裝錨具及夾片，每根鋼絞線孔位對齊，錨具緊貼錨墊 板，并注意保護(hù)各組裝件不受污漬。5. 2.4張拉機具的安裝順序：限位板一千斤頂一工具 錨板一工具夾片。注意工具錨板安裝前清理錨板內(nèi)孔，工具 錨板內(nèi)孔和工具夾片表面都涂上退錨靈。張拉機具安裝時， 盡量使千斤頂?shù)膹埨饔镁€與索的軸線重合一致，確保受力 合理。5. 2. 5把千斤頂、油泵用油管連接好，安裝與千斤頂 對應(yīng)配套標(biāo)定的油表，油泵電源接好，試好油泵的開機和關(guān) 機，確保機具能正常使用，并注意

13、油泵液壓油是否夠用。5. 2.6按上述步驟安裝好兩根體外索4個錨端的張拉 機具設(shè)備。5. 2.7按照設(shè)計要求順序，對稱交替張拉體外索。張拉過程中注意控制千斤頂活塞的伸長量應(yīng)盡量做到 兩端同步，除采用油壓控制外，各張拉端及時測量千斤頂活 塞伸長值不超出每端的每級計算值，太快或太慢都要及時調(diào) 整油泵進(jìn)油量，確保每束兩端的總伸長值基本一致。張拉過程中指定專人檢查錨頭預(yù)埋管、索體全長各轉(zhuǎn)向 部位、限位裝置安裝部位的受力和變形情況，出現(xiàn)異常及時 通知停機處理。張拉過程出現(xiàn)異常的響聲或明顯的斷絲滑絲 現(xiàn)象也應(yīng)立即停機處理。5.3張拉應(yīng)力的控制5. 3.1體外索的張拉控制應(yīng)力符合設(shè)計要求。當(dāng)施工 中體外索需要超張拉或計人錨圈口預(yù)應(yīng)力損失時，可比設(shè)計 要求提高3%5%,但在任何情況下不得超過規(guī)范規(guī)定的最 大張拉控制應(yīng)力。5. 3. 2體外索采用應(yīng)力控制方法張拉時，以伸長值進(jìn) 行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值必須符合設(shè)計要 求，并控制在±6%