大跨徑預應力混凝土連續箱梁橋裂縫成因分析與加固質量檢測

陳湘亮， 王燦輝， 熊 浩

1湖南城市學院土木工程學院（413000） 2湖南金路方圓工程咨詢檢測有限公司（410013）

目前,加固后的橋梁一般通過荷載試驗驗證其承載能力是否滿足規范要求。雖然橋梁加固后在短期試驗荷載下能滿足承載能力要求,但對加固部位局部受力狀況以及對加固質量的評價卻很少提及,使橋梁的耐久性能難以準確的評價。一些特殊的加固工程，如由于橋梁縱向開裂，容易導致鋼筋銹蝕以及橋面防水困難，從橋梁耐久性方面考慮，橋梁的加固質量對其耐久性尤為重要。本文按照現行規范對既有預應力混凝土（PC）連續箱梁的加固質量進行檢測。

1 加固工程概況

某橋主橋為62m+5×105m+62m預應力混凝土（PC）變截面連續箱梁，箱梁為單箱單室截面，箱梁高度、底板厚度均按二次拋物線變化,梁高變化為6.0～2.8m,頂板厚0.28m，底板厚0.8～0.28m，底板寬5.5m，頂板寬10m。懸澆連續梁混凝土采用C50。橋面寬度:凈（9+20.5）m；設計荷載：公路—II級，人群3 kN/m2。橋型布置圖見圖1,截面布置圖見圖2。

自從在施工過程中發現該橋箱梁底板病害以來,主橋頂板、底板以及橫隔板多次出現裂縫，個別梁段在預應力施加后甚至出現局部崩裂現象。對主橋裂縫進行全面檢測發現，主梁混凝土縱向開裂嚴重，7跨共計頂板裂縫404條,其中最大裂縫長度為350 cm，最大裂縫寬度為0.35mm，最大裂縫深度為25mm；橫隔板裂縫共計25條，其中最大裂縫長度為150 cm，最大裂縫寬度為0.23mm，最大裂縫深度為43 mm；底板裂縫共計73條，其中最大裂縫長度為320 cm，最大裂縫寬度為0.52mm，最大裂縫深度為31mm。

2 裂縫成因分析

箱梁多處出現縱向裂縫,主要是由于箱梁橫向強度不足,根據設計圖紙，采用大型通用有限元程序SAP2000對7～13號段箱梁進行詳細的局部應力分析,采用實體單元建立空間有限元模型，結構單元離散圖如圖3所示。

經計算分析，跨中合攏后7～13號段考慮自重及預應力作用下，箱梁底板最大橫向應力出現在8號塊，底板最大橫向應力為1.05 MPa;箱梁頂板最大橫向應力出現在12號塊，頂板最大橫向應力為1.01 MPa。以上應力值均滿足規范要求，結合施工過程以及現場檢測報告，認為該主橋裂縫成因主要有以下幾點:

1）雖然該橋設計滿足規范要求，但由于箱梁橫向未配置橫向預應力束，箱梁橫向可以視作鋼筋混凝土結構，橫向最大拉應力達1.05 MPa，為C50設計抗拉強度的0.57，接近規范限值，若施工中稍有不慎，很容易導致混凝土開裂。

2）由于底板配置較多的大規格預應力束，而梁高采用拋物線變化，底板預應力束的張拉勢必產生較大的徑向力，雖然箱梁底板設計圖上設置了拉筋（起架立筋及抵抗徑向力作用），橫向布置7道，順橋向60 cm設置一道，但根據現場檢測情況發現很少設置該鋼筋。

3）從發生局部崩裂處的混凝土來看，波紋管上下有波動起伏，局部被混凝土擠壓變形破損；同時箱梁頂、底板未按設計設置定位鋼筋，說明波紋管的線形與定位存在問題。

4）由于橋寬10 m，底寬5m，預應力波紋管布置間距相對較小，如果施工不認真細致，容易造成底板混凝土澆筑、振搗困難，混凝土骨料難以到達底板底面，對底板底面混凝土的性能造成不利影響。

5）在施工過程中，塑料波紋管材料性能、混凝土配合比、混凝土收縮、澆筑質量的好壞，都容易造成混凝土裂縫的產生與開展。

3 加固處治方案

3.1 增設橫肋

由于跨中附近截面通過的底板束多，鋼束彎曲半徑小，徑向力大，故在主橋每跨9～11號梁段底板上部增設一道高35 cm，寬50 cm，混凝土標號為C30的橫肋，提高其橫向強度和剛度，減少其彎曲變形以及底板最大橫向拉應力。

3.2 裂縫處治方法

1）處治思路

針對該主橋的病害現狀，箱梁頂、底板裂縫均為縱向裂縫，與預應力方向一致，對這些裂縫的處治思路是以封閉裂縫為主，注膠填充為輔；對于裂縫相對集中的節段，封閉或注膠后再粘貼雙層寬度為12.5 cm寬的碳纖維布補強；對于跨中橫隔板裂縫，與箱梁頂、底板裂縫處治方法相同，同時為了增加其剛度，對其進行粘貼鋼板條處理。

2）處治原則

寬度小于等于0.1 mm的裂縫，采用表面涂層封閉法處理；寬度大于0.1 mm的裂縫，均采用壁可法處理，全橋共計碳纖維布面積388.98m2。

3.3 崩裂處治方法

預應力張拉后底板6-5-10#塊、10-10-10#塊和11-11-10#塊附近發生崩裂現象,針對底板發生崩裂破損的部分，鑿除病害混凝土至完整的混凝土面，在相應區域底板上鑿出混凝土澆筑孔，底板立模，與橫肋混凝土一并澆筑進行修復，對于未發生破裂的底板面，在對應橫肋的位置鑿出底板底面鋼筋以便設置箍筋,澆筑完橫肋后再用環氧砂漿填補鑿除的混凝土保護層。

4 加固質量檢測

為了全面了解采用各種方法加固箱梁的質量，真實評價施工質量，參照文獻[1-6]提供的方法對各處治方法進行了專項檢測。

4.1 裂縫壁可法處治質量檢測

采用壁可法處治后的箱梁頂、底板縱向裂縫，按文獻[2]需采用鉆芯法鉆取芯樣，并進行劈裂試驗，檢驗注漿效果。但由于在對箱梁頂板下緣和底板鉆芯時,芯樣由下向上鉆取，鉆機無法固定，鉆取困難。全橋共鉆取了9個芯樣，且芯樣不完整，無法按照規范對其進行劈裂實驗。從部分強行從頂板鉆取的芯樣來看,芯樣裂縫處注漿較飽滿，無明顯空隙。

4.2 粘貼碳纖維布處治質量檢測

粘貼碳纖維布處治后的箱梁頂、底板采用以下方法進行檢測:

1）采用文獻[4]規定方法檢驗碳纖維布與混凝土之間的粘結質量。碳纖維片材加固混凝土結構黏結強度共檢測7組，施工質量判定合格6組。限于篇幅，列出兩組測試結果，見表1。

表1 碳纖維片材加固混凝土結構黏結強度現場檢測情況

2）采用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面檢驗是否有空鼓等不密實現象，按文獻[4]碳纖維粘貼空鼓面積應小于5%。在檢測中發現碳纖維布粘貼總體較密實，只有局部空鼓現象，空鼓面積小于5%，滿足規范要求。

4.3 粘貼鋼板處治質量檢測

粘貼鋼板處治后的跨中橫隔板裂縫,首先目測鋼板邊緣的溢膠，看其色澤是否均勻，膠體有無固化；然后采用敲擊的方法檢測鋼板的有效黏結面積。鋼板的有效面積應不小于95%。根據檢測情況，第7、8、9跨橫隔板鋼板有效黏結面積率分別為86.7%、83.0%、94.7%，不滿足規范要求；第10、11跨橫隔板鋼板有效黏結面積率大于95%，滿足規范要求。

4.4 表面涂層法處治質量檢測

采用封閉處治后的箱梁頂、底板縱向裂縫，主要用目測法。抽取20%的裂縫封閉處治區域進行檢測，觀察表面封縫材料是否均勻、平整，有無出現裂縫，有無脫落。封閉處治的裂縫，其封縫材料均勻、平整，沒有出現裂縫、無脫落現象。但有部分裂縫未進行注膠、封閉處治。

4.5 橫肋質量檢測情況

通過橫肋加固的各跨主梁底板，主要檢測其回彈強度。檢測結果見表2。

表2 加勁肋回彈強度檢測情況

5 結語

1）本橋的加固方案改善了原有箱梁橫向強度薄弱的缺點，增加了結構的橫向剛度和整體性，使箱梁頂、底板應力趨于均勻和降低。

2）通過裂縫成因分析，在施工中應準確定位波紋管，對設計文件的細節（如底板拉筋）應引起重視。

3）采用壁可法處治的橋梁檢測，按規范所提供的鉆芯法難以實現。

4）現運營的PC連續箱梁橋中，有許多是由于橫向剛度和強度不足，使箱梁出現縱向裂縫，本橋的加固及檢測方法具有一定的借鑒作用。

[1] 交通部基本建設質量監督總站編.橋涵工程試驗檢測技術[M],人民交通出版社,2004

[2] JTG/T J22-2008,路橋梁加固設計規范[S]

[3] JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術規范[S]

[4] 碳纖維布加固修補結構施工及驗收規范,同濟大學

[5] 吳劍,李運江,彭惠明.碳纖維加固中小型舊橋的加固效果檢測[J].三峽大學學報(自然科學版),2005,27(3):230-233

[6] 陶舍輝,項貽強,吳明.預應力混凝土箱梁橋橫向受力分析方法的研究比較[J].公路交通科技.2005