連續箱梁裂縫檢測評估與診治研究
——以同安大道橫四路跨線橋為例

程 曦，劉 華

1.南京市城市建設投資控股（集團）有限責任公司，江蘇 南京 210008

2.中鐵橋隧技術有限公司，江蘇 南京 210061

1 項目概況

同安大道橫四路跨線橋為南北走向，上跨橫四路，平面位于直線上。根據縱斷面設計，橋梁縱斷面位于4%上坡及4%下坡路段上，曲線半徑為1600m。采用（3×30+4×30+3×30）m預應力混凝土現澆連續箱梁，全橋共3聯，梁高均為1.8m，斜腹板，采用單箱三室截面。橫斷面布置為單幅橋，橋梁寬18m。橫斷面布置如下：18m=0.5m（防撞護欄）+8.0m（機動車道）+1.0m（鋼護欄）+8.0m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）。該檢測評估對象為橫四路跨線橋第二聯，即4×30m預應力混凝土連續梁橋。橋型布置如圖1所示。

圖1 第二聯橋梁總體布置圖（單位：cm）

因橋梁工程建設需要，建設單位對同安大道橫四路跨線橋進行了橋梁靜、動載試驗。在試驗過程中發現，第二聯（4×30m）連續梁第三孔（P05～P06橋墩之間）梁底跨中截面前后各5m范圍內共發現8條橫向裂縫，裂縫長度最長約為8m，最寬約為0.12mm。對其中1條裂縫進行試驗加載監測，空載狀態裂縫寬度為0.10mm，滿載狀態裂縫寬度增大至0.13mm，卸載后裂縫寬度恢復到空載狀態寬度。為進一步查明箱梁裂縫特征，判斷裂縫性質，檢驗橋梁承載能力，評估該橋的實際結構狀態，有必要對第二聯橋梁進行檢測試驗評估和維修方案設計。

2 檢測試驗結果

2.1 計算模型

采用Midas Civil 2015軟件建立該項目橋梁的空間桿系模型，計算模型如圖2所示。計算分析包括以下內容：

圖2 第二聯預應力混凝土連續箱梁計算分析模型

（1）計算設計荷載作用下的箱梁關鍵截面內力值；

（2）計算試驗車輛荷載作用下的箱梁關鍵截面內力值和應力、撓度理論值；

（3）計算結構理論自振特性參數。

根據Midas理論計算結果，分別在第二跨跨中、第三跨跨中和P05墩墩頂設置控制截面，分別記作A、B、C截面，隨后在該截面進行實測。控制截面布置如圖3所示。

一詞多譯,在本文指一個術語有多個譯文版本的現象,既包含語義無實質偏差的譯文,也包含存在語義偏差的譯文。

圖3 第二聯橋梁靜載試驗控制截面布置圖（單位：cm）

2.2 應力測試結果及分析

在對稱荷載作用下，A截面主要測點實測應變介于21～30με，主要測點撓度校驗系數介于0.53～0.72；B截面主要測點實測應變介于22～32με，主要測點撓度校驗系數介于0.53～0.76；C截面主要測點實測應變介于-19～-13με，主要測點撓度校驗系數介于0.46～0.67。在偏心荷載作用下，A截面主要測點實測應變介于9～24με，主要測點撓度校驗系數介于0.67～0.77；B截面主要測點實測應變介于8～18με，主要測點撓度校驗系數介于0.47～0.68。分析可得，主要測點撓度校驗系數均小于1，表明結構強度滿足設計要求；卸載后，主要測點殘余變形率均小于20%，表明結構處于彈性工作狀態。

2.3 撓度測試結果及分析

試驗荷載作用下，主梁第二跨和第三跨跨中截面實測撓度對比如圖4、圖5所示。

圖4 對稱荷載作用下跨中撓度對比圖

圖5 偏心荷載作用下跨中撓度對比圖

從上述實測撓度對比分析可知，在相同的對稱荷載作用下，第二跨和第三跨跨中截面實測撓度方向一致、量值相當；在相同的偏心荷載作用下，第二跨和第三跨跨中截面左右側實測撓度方向一致、量值相當。說明上述兩跨箱梁縱向抗彎剛度和橫向剛度基本相當，表明第三跨梁底裂縫對箱梁剛度無明顯影響。

2.4 自振特性試驗

將通過Midas計算得出的理論模態振型與實測模態振型進行對比，自振特性參數如表1所示。

表1 理論與實測自振特性參數對比表

由自振特性參數測試結果可以看出，實測振型與理論振型吻合度較好，實測各階頻率均大于相應理論計算頻率值，表明橋梁實際整體剛度較好。

2.5 動力響應試驗

當試驗車以不同速度通過該橋時，對沖擊系數進行測試，結果如表2所示。

表2 不同車速沖擊系數表

3 裂縫成因分析

3.1 裂縫性質判斷

（1）根據收集到的施工、監理資料，主梁模板工程按照施工方案要求施工，未見截面尺寸不合規、混凝土超方和截面特性薄弱情況。

（2）根據收集到的施工、監理資料，第二聯橋梁箱梁混凝土強度滿足設計要求。

（3）根據收集到的施工、監理資料，第二聯橋梁主梁預應力均已張拉，且張拉控制參數滿足施工規范要求。

（4）第二跨（跨中區域無裂縫）和第三跨（跨中區域有裂縫）跨中截面主要測點應力校驗系數且較為接近，主要測點撓度校驗系數較為接近，殘余應變/變形率均小于20%；跨裂縫測點在試驗車輛荷載作用下，應變測點應變明顯增大，裂縫寬度變化為0.01～0.02mm，卸載后，裂縫處應變和寬度基本恢復原狀；主梁基頻約為4.432Hz，大于理論計算值3.77Hz。試驗表明主梁均處于彈性工作狀態，裂縫處截面能共同參與結構受力。

（5）計算分析顯示，由縱向預應力損失造成的底板拉應力量值和分布應致使邊跨裂縫較中跨嚴重，且邊腹板下緣較中腹板下緣嚴重，這與該橋底板裂縫實際分布情況不符。

（6）計算分析顯示，即使第二聯第三跨底板縱向預應力鋼束不張拉，恒載狀態下其底板混凝土仍處于受壓狀態，再計入試驗車輛荷載作用，第三跨底板混凝土接近消壓狀態，但仍然未出現拉應力。綜上所述，同安大道橫四路跨線橋第三聯底板橫向裂縫為非結構受力裂縫。

3.2 成因分析

結合上述因素分析，第二聯橋梁底板橫向裂縫主要成因如下：

（1）橋跨箱梁采用縱向分段、豎向分層現澆施工，由于分層澆筑時間間隔較長，且部分橋跨為高溫澆筑，第一層澆筑的底板混凝土已臨近初凝，后續腹板和頂板澆筑的混凝土相當于外荷載作用于底板上，此時底板強度尚未形成，從而導致開裂；

（2）施工采用鋼管柱支撐加貝雷片作為支架系統，該支架未經預壓，存在非彈性變形，在后續施工的腹板和頂板混凝土連續澆筑加載作用下，底板模板隨同支架系統發生變形，導致箱梁底板開裂；

（3）第三跨底板澆筑時間為正午時分，氣溫較高，且經過連續長時間施工，在澆筑振搗操作可能存在一定的懈怠，導致局部區域混凝土發生離析，混凝土內部勻質性降低，導致混凝土各部位的收縮不一致，容易使混凝土出現裂縫。

4 維修處治方案

4.1 裂縫處治

（1）裂縫灌漿：裂縫寬度≥0.15mm時，進行灌漿處理。裂縫灌漿目的是靠黏結劑的黏結力將結構內部組織重新結合為整體，恢復應有的強度。同時阻斷空氣和水分進入梁體，避免腐蝕鋼筋和混凝土，提高結構耐久性和抗滲性。

（2）裂縫封閉：裂縫寬度＜0.15mm時，進行封閉處理。封縫材料固化后必須能有效地將裂縫封閉，防止水汽侵入，銹蝕鋼筋，需說明的是在粘貼碳纖維范圍內可不做裂縫封閉處理。

4.2 粘貼碳纖維布

采用專用結構膠將碳纖維布一層縱向粘貼于主梁混凝土底表面，使之與結構形成整體，共同工作，其作用如下：

（1）防止箱梁底板繼續開裂。粘貼在結構表面的碳纖維布能主梁結構共同承擔活載作用，防止在后期運營車輛荷載作用下箱梁底板裂縫繼續發展以及新的裂縫產生；

（2）箱梁底板存在較多細小裂縫及其他缺陷，通過粘貼碳纖維布及其表面防護，提高橋梁耐久性；

（3）適當提高橋梁承載能力。箱梁頂板底面粘貼碳纖維布相當于增設了抗拉鋼筋，通過纖維布和原有構件的共同作用，提高橋梁的承載力。

5 結束語

為了解某箱梁結構的實際工作狀況和具體病害特征，文章對該橋上部結構進行檢測評估，通過收集資料，全面了解橋梁施工建造和歷次檢測情況，并結合外觀和裂縫檢測，了解箱梁裂縫分布情況及特征參數，為結構評估提供了支撐。在此基礎上進行了荷載試驗，測試箱梁關鍵截面的應力、撓度、自振及動力性能參數，為評價箱梁結構整體強度和剛度提供了技術依據。通過分析檢測結果，對主橋箱梁結構進行了檢算評估，為橋梁維修處治提供了參考依據。最后，根據評估結果，對箱梁現有裂縫提出了處治維修方案。