大跨径预应力混凝土连续箱梁桥裂缝成因分析与加固质量检测

2010-07-25陈湘亮王灿辉

河南建材 2010年3期

陈湘亮，王灿辉，熊浩

1湖南城市学院土木工程学院（413000） 2湖南金路方圆工程咨询检测有限公司（410013）

目前,加固后的桥梁一般通过荷载试验验证其承载能力是否满足规范要求。虽然桥梁加固后在短期试验荷载下能满足承载能力要求,但对加固部位局部受力状况以及对加固质量的评价却很少提及,使桥梁的耐久性能难以准确的评价。一些特殊的加固工程，如由于桥梁纵向开裂，容易导致钢筋锈蚀以及桥面防水困难，从桥梁耐久性方面考虑，桥梁的加固质量对其耐久性尤为重要。本文按照现行规范对既有预应力混凝土（PC）连续箱梁的加固质量进行检测。

1 加固工程概况

某桥主桥为62m+5×105m+62m预应力混凝土（PC）变截面连续箱梁，箱梁为单箱单室截面，箱梁高度、底板厚度均按二次抛物线变化,梁高变化为6.0～2.8m,顶板厚0.28m，底板厚0.8～0.28m，底板宽5.5m，顶板宽10m。悬浇连续梁混凝土采用C50。桥面宽度:净（9+20.5）m；设计荷载：公路—II级，人群3 kN/m2。桥型布置图见图1,截面布置图见图2。

自从在施工过程中发现该桥箱梁底板病害以来,主桥顶板、底板以及横隔板多次出现裂缝，个别梁段在预应力施加后甚至出现局部崩裂现象。对主桥裂缝进行全面检测发现，主梁混凝土纵向开裂严重，7跨共计顶板裂缝404条,其中最大裂缝长度为350 cm，最大裂缝宽度为0.35mm，最大裂缝深度为25mm；横隔板裂缝共计25条，其中最大裂缝长度为150 cm，最大裂缝宽度为0.23mm，最大裂缝深度为43 mm；底板裂缝共计73条，其中最大裂缝长度为320 cm，最大裂缝宽度为0.52mm，最大裂缝深度为31mm。

2 裂缝成因分析

箱梁多处出现纵向裂缝,主要是由于箱梁横向强度不足,根据设计图纸，采用大型通用有限元程序SAP2000对7～13号段箱梁进行详细的局部应力分析,采用实体单元建立空间有限元模型，结构单元离散图如图3所示。

经计算分析，跨中合拢后7～13号段考虑自重及预应力作用下，箱梁底板最大横向应力出现在8号块，底板最大横向应力为1.05 MPa;箱梁顶板最大横向应力出现在12号块，顶板最大横向应力为1.01 MPa。以上应力值均满足规范要求，结合施工过程以及现场检测报告，认为该主桥裂缝成因主要有以下几点:

1）虽然该桥设计满足规范要求，但由于箱梁横向未配置横向预应力束，箱梁横向可以视作钢筋混凝土结构，横向最大拉应力达1.05 MPa，为C50设计抗拉强度的0.57，接近规范限值，若施工中稍有不慎，很容易导致混凝土开裂。

2）由于底板配置较多的大规格预应力束，而梁高采用抛物线变化，底板预应力束的张拉势必产生较大的径向力，虽然箱梁底板设计图上设置了拉筋（起架立筋及抵抗径向力作用），横向布置7道，顺桥向60 cm设置一道，但根据现场检测情况发现很少设置该钢筋。

3）从发生局部崩裂处的混凝土来看，波纹管上下有波动起伏，局部被混凝土挤压变形破损；同时箱梁顶、底板未按设计设置定位钢筋，说明波纹管的线形与定位存在问题。

4）由于桥宽10 m，底宽5m，预应力波纹管布置间距相对较小，如果施工不认真细致，容易造成底板混凝土浇筑、振捣困难，混凝土骨料难以到达底板底面，对底板底面混凝土的性能造成不利影响。

5）在施工过程中，塑料波纹管材料性能、混凝土配合比、混凝土收缩、浇筑质量的好坏，都容易造成混凝土裂缝的产生与开展。

3 加固处治方案

3.1 增设横肋

由于跨中附近截面通过的底板束多，钢束弯曲半径小，径向力大，故在主桥每跨9～11号梁段底板上部增设一道高35 cm，宽50 cm，混凝土标号为C30的横肋，提高其横向强度和刚度，减少其弯曲变形以及底板最大横向拉应力。

3.2 裂缝处治方法

1）处治思路

针对该主桥的病害现状，箱梁顶、底板裂缝均为纵向裂缝，与预应力方向一致，对这些裂缝的处治思路是以封闭裂缝为主，注胶填充为辅；对于裂缝相对集中的节段，封闭或注胶后再粘贴双层宽度为12.5 cm宽的碳纤维布补强；对于跨中横隔板裂缝，与箱梁顶、底板裂缝处治方法相同，同时为了增加其刚度，对其进行粘贴钢板条处理。

2）处治原则

宽度小于等于0.1 mm的裂缝，采用表面涂层封闭法处理；宽度大于0.1 mm的裂缝，均采用壁可法处理，全桥共计碳纤维布面积388.98m2。

3.3 崩裂处治方法

预应力张拉后底板6-5-10#块、10-10-10#块和11-11-10#块附近发生崩裂现象,针对底板发生崩裂破损的部分，凿除病害混凝土至完整的混凝土面，在相应区域底板上凿出混凝土浇筑孔，底板立模，与横肋混凝土一并浇筑进行修复，对于未发生破裂的底板面，在对应横肋的位置凿出底板底面钢筋以便设置箍筋,浇筑完横肋后再用环氧砂浆填补凿除的混凝土保护层。

4 加固质量检测

为了全面了解采用各种方法加固箱梁的质量，真实评价施工质量，参照文献[1-6]提供的方法对各处治方法进行了专项检测。

4.1 裂缝壁可法处治质量检测

采用壁可法处治后的箱梁顶、底板纵向裂缝，按文献[2]需采用钻芯法钻取芯样，并进行劈裂试验，检验注浆效果。但由于在对箱梁顶板下缘和底板钻芯时,芯样由下向上钻取，钻机无法固定，钻取困难。全桥共钻取了9个芯样，且芯样不完整，无法按照规范对其进行劈裂实验。从部分强行从顶板钻取的芯样来看,芯样裂缝处注浆较饱满，无明显空隙。

4.2 粘贴碳纤维布处治质量检测

粘贴碳纤维布处治后的箱梁顶、底板采用以下方法进行检测:

1）采用文献[4]规定方法检验碳纤维布与混凝土之间的粘结质量。碳纤维片材加固混凝土结构黏结强度共检测7组，施工质量判定合格6组。限于篇幅，列出两组测试结果，见表1。

表1 碳纤维片材加固混凝土结构黏结强度现场检测情况

2）采用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面检验是否有空鼓等不密实现象，按文献[4]碳纤维粘贴空鼓面积应小于5%。在检测中发现碳纤维布粘贴总体较密实，只有局部空鼓现象，空鼓面积小于5%，满足规范要求。

4.3 粘贴钢板处治质量检测

粘贴钢板处治后的跨中横隔板裂缝,首先目测钢板边缘的溢胶，看其色泽是否均匀，胶体有无固化；然后采用敲击的方法检测钢板的有效黏结面积。钢板的有效面积应不小于95%。根据检测情况，第7、8、9跨横隔板钢板有效黏结面积率分别为86.7%、83.0%、94.7%，不满足规范要求；第10、11跨横隔板钢板有效黏结面积率大于95%，满足规范要求。