貴陽市某匝道橋橫梁開裂原因分析及處理方案

蘇 龍 ，胡章立 ，楊 絮

（1.貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州省建筑設計研究院，貴州 貴陽 550002）

0 前言

貴陽市某匝道第三聯孔跨布置為28 m+28.3 m+28 m，聯長84.3 m，橋梁結構采用等高預應力鋼筋混凝土連續箱梁，結構寬8.9 m，梁高1.6m，箱梁結構寬度比橋面寬度窄70 cm，兩側各預留35 cm外掛式防撞護欄的寬度，匝道橋面寬度均為9.6 m（包括帶花池防撞墻）。為了滿足下方行車的需求，該橋9#橋墩采用橫梁結構形式，支座設置在加長的橫梁兩端，D9橫梁計算跨徑為24 m，截面高度為3 m，C50混凝土，預應力混凝土結構，其結構見圖1。施工完畢后，橫梁在支架和模板拆除過程中，發現其側面混凝土表面有多條豎向裂縫。

圖1 橫梁結構示意圖（單位：cm）

1 橫梁檢測及原因分析

為了進一步了解該橋D9橫梁裂縫的開展對該結構構件的影響程度，經業主、設計、監理、檢測和施工單位共同協商，主要對D9橫梁的裂縫開展、混凝土勻質性、鋼筋保護層厚度和混凝土強度等指標進行現場檢測，對檢測數據進行綜合分析，分析橫梁開裂的原因及處理措施。

1.1 裂縫檢測

裂縫檢測主要包括以下內容：（1）側面裂縫分布位置測量，采用鋼尺量測側面裂縫位置，并對其裂縫分布的位置進行分析；（2）側面裂縫寬度測量，對每條側面裂縫各取5處典型位置采用裂縫觀測儀進行寬度測量；（3）側面裂縫深度測量，采用超聲波平測法測試裂縫寬度最大處的裂縫深度；（4）底部裂縫觀測。

檢測結果表明，橫梁共發現8條裂縫，其兩側的裂縫基本呈對稱開展，橫梁側面裂縫表現為中間段較寬、兩端逐漸變窄、未端細的形狀，裂縫最寬位置位于橫梁5#裂縫中段位置，縫寬達0.3 mm，裂縫最深位于橫梁1#裂縫處，深度達到153 mm。

1.2 超聲波均勻性測試

超聲波均勻性測試包括三個方面內容：（1）D9橫梁整體的超聲均勻性測試，根據實測的聲速值對橫梁混凝土的密實度、均勻性進行評定。（2）預應力孔道的超聲測試，其目的是為了檢測預應力孔道是否有明顯空隙，根據施工圖紙標出預應力孔道直線段位置，采用對測法對預應力孔道位置進行聲速測試，將孔道處聲速值與橫梁整體的實測聲速值進行對比，從而判定預應力孔道是否有明顯孔隙。（3）縱梁與橫梁相交處橫隔板超聲均勻性測試。

檢測結果表明測區混凝土勻質性較好。N2～N5預應力孔道測試的聲速數據與整體20 cm×20 cm網格所測聲速無明顯差異，說明預應力孔道測線處無明顯空隙。經施工單位對N3～N5波紋管內鋼絞線進行查看，發現鋼絞線數量與設計相符，但波紋管內未注漿，故推定預應力孔道測線處聲速無異常是由于超聲波沿鋼束傳播（該檢測手段不能反映預應力孔道的灌漿程度），而N1預應力孔道測線處聲速有較大異常，相對整體20 cm×20 cm網格所測聲速明顯變小，推定是由于N1孔道測線接近橫梁底部，而橫梁底部存在橫向細小裂縫導致聲速明顯降低。箱梁和橫梁相交處的橫隔板混凝土聲速無異常，勻質性較好。

1.3 鋼筋保護層厚度測試

對橫梁兩側采用鋼筋掃描儀進行鋼筋保護層厚度測試，每側面測試10處位置的保護層厚度，測試結果表明滿足設計要求。

1.4 橫梁混凝土強度回彈測試

在橫梁的兩個側面各布置10個測區，采用回彈儀對混凝土強度進行測試，推定強度值為51.6 MPa，換算強度平均值為58.7 MPa，滿足規范要求。

經過現場檢測和調查，發現該橫梁的部分預應力錨索未按設計要求進行張拉，導致預應力不夠，下緣拉應力超標，導致裂縫開展。

2 橫梁處理措施

該橫梁施工事故發生后，通過對該橫梁強度、保護層厚度、裂縫長度、深度、位置的檢測及現場調查，分析裂縫產生的原因是部分預應力張拉不到位。設計方先后考慮了五個處理方案，并進行了完整的結構計算，其中包括：

（1）考慮在D9橫梁下加墩柱方案；

（2）考慮D9橫梁拆除重建方案；

（3）重新穿束張拉18束方案（9束φs15-12，張拉應力為0.75 fpk、另9束φs15-15，張拉應力為0.78 fpk；

（4）重新穿束張拉18束方案（9束φs15-12，張拉應力為0.75 fpk、另9束φs15-15，張拉應力為0.75 fpk；

（5）重新穿束張拉 20束（20束 φs15-12，張拉應力為 0.75 fpk）。

基于所有預應力孔道均未灌漿，施工現場重新穿束的可行性，以及綜合考慮工期、造價和社會影響等因素，設計方最終決定重新穿束張拉20束（20束φs15-12，張拉應力為0.75 fpk）方案為橫梁開裂問題的處理方案，并征得現場業主、施工單位的同意，迅速予以落實、實施。

3 橫梁復檢

施工單位根據檢測結果及時按照設計要求對該橫梁進行了預應力錨索的張拉工作，為保證橫梁的施工質量，張拉完畢后對該橫梁進行了復檢。

復檢結果表明：（1）橫梁兩側原有8條裂縫在預應力錨索重新張拉后均明顯閉合，僅在原4#裂縫局部長度（約6 cm）可見裂縫痕跡，裂縫痕跡的寬度約為0.07～0.08 mm，由外表檢查知，該處裂縫痕跡是因裂縫水泥砂漿脫落所致。（2）通過超聲法對該橫梁采取措施后整體勻質性進行檢測，其聲速平均為4 870 m/s，聲速標準差98 m/s，聲速離差值為2.01，與第一次檢測結果相近，根據規范的相關規定，可推定測區混凝土勻質性較好，所測區域密實性較好。

由于橫梁裂縫的產生對構件的整體性和耐久性有一定影響，盡管目前已經閉合，但仍然需要按照相關規范要求對裂縫進行封閉處理。

4 裂縫封閉處理

橫梁裂縫擬采用賽柏斯（XYPEX）進行封閉處理，使用時以適當的比例與水泥混合后，以灰漿的形式涂刷或噴刷到混凝土基層表面，利用混凝土本身的成分在混凝土內部發生反應，生成不溶性纖維狀的結晶物，遍布在混凝土內的微孔和毛細管道中，由于它和水有著良好的親和性，可在施工后及很長一段時間里，沿混凝土基層的微細小裂縫和毛細孔道管的滲透水向內層反應發展，生成枝蔓狀結晶體，填塞細小的滲漏水管道，從而取得提高混凝土強度和堵水防水的效果。

具體施工工藝為：基層處理→基面濕潤→制漿→涂刷賽柏斯灰漿→檢驗→養護→驗收。

5 成橋荷載試驗檢測

在對該橫梁預應力重新張拉和裂縫處理完畢后，為進一步了解橋梁及D9橫梁在設計荷載作用下的受力情況及變形情況是否滿足設計和規范的要求，在竣工驗收前對該橋進行了全橋荷載試驗檢測，其中重點對該橫梁進行了承載能力檢測。

5.1 靜載試驗

靜載試驗選取全橋橋跨及D9橫梁進行試驗檢測評定，主要測試各跨正負彎矩最不利截面在相應控制荷載作用下的變形以及應力情況。試驗的主要測試項目有：

（1）主梁最不利截面的撓度、應變測試；

（2）對主梁最不利截面觀察可能發生的裂縫并監控其發展情況；

（3）橫梁最不利截面的撓度、應變測試。

5.1.1 加載工況

本次試驗采用彎矩等效方法進行理論分析，由空間結構分析軟件MIDAS/Civil計算得出全橋彎矩包絡圖，首先確定最大內力構件。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（報批稿）的規定，進一步在試驗構件上確定內力控制斷面。工況設置見表1，橫梁工況的應變測點和撓度測點布置見圖2、圖 3。

表1 試驗工況設置

圖2 D9橫梁截面應變測點布置圖（單位：cm）

圖3 D9橫梁撓度測點布置圖（單位：cm）

5.1.2 荷載效率系數

經計算，荷載試驗方案確定由單向2車道公路-I級設計荷載控制，本次靜載試驗共采用5輛重約38 t重車進行加載，由此根據MIDAS/Civil計算得到各工況荷載效率，見表2。

表2 試驗工況荷載效應

5.1.3 測試內容與測試方法

（1）應力（應變）測試

箱梁及橫梁應力控制截面混凝土表面應力（應變），采用兩種測試手段：a.在混凝土表面粘貼SZZX-BXXX智能振弦式數碼應變計，匹配SZZX-ZH綜合測試儀進行數據采集；b.在混凝土表面粘貼JMZX-212智能弦式數碼應變計，匹配JMZX-3003綜合測試儀進行數據采集。

（2）橋面撓度

箱梁控制斷面橋面撓度采用精密水準儀進行測量。

（3）橫梁撓度

橫梁控制截面撓度采用百分表進行測量。

5.1.4 實測數據整理及其分析

本橋主梁在加載荷載作用下跨中截面的最大撓度為7.62 mm，D9橫梁跨中截面的最大撓度為2.10 mm，小于《評定規程》限值，表明該聯橋結構的縱向剛度滿足設計荷載公路-I級要求，橫梁豎向剛度滿足公路-I級荷載要求。

在各工況作用下，主梁撓度校驗系數最大為0.95，應變校驗系數最大為0.89；D9橫梁撓度校驗系數最大為0.64，應變校驗系數最大為0.79，均在《評定規程》中給出的預應力混凝土橋撓度校驗系數的常值范圍為0.60～1.00，應變（應力）校驗系數的常值范圍為0.50～0.90，滿足《評定規程》的限值要求。其實測主要控制測點的相對殘余應變和相對殘余撓度均不大于0.20，符合《評定規程》規定的范圍內，說明結構屬于良好的線彈性狀態。

5.2 動載試驗

動荷載試驗是為了測定橋梁結構的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性，通過動載試驗評定該橋的行車性能以及行車安全和舒適度，本次主要測試內容有：

（1）動荷載本身動力特性：動荷載大小、方向、頻率及作用規律；

（2）橋梁結構在動力荷載下的強迫振動響應、振幅、動應力、沖擊系數。

由動載試驗結果得知，無障礙行車試驗最大動力系數為1.252，對應的動態應變增量系數為0.252；制動試驗最大動力系數為1.175，對應的動態應變增量系數為0.175。行車及制動的各項動力系數均在正常范圍內，滿足規范及其《公路橋梁承載能力檢測評定規程》要求，橋梁整體動力特性良好，行車性能滿足規范要求。

5.3 荷載試驗結論

經現場檢測，該匝道橋在試驗荷載作用下整體工作性能良好，處于彈性工作狀態，結構剛度、承載能力滿足設計要求，各項檢測指標滿足規范要求。D9橫梁在試驗荷載作用下，未出現新的裂縫，原有裂縫閉合后未見重新發展，結構剛度、承載能力滿足設計要求。結構驗收荷載試驗合格，橋梁滿足設計荷載標準（公路-Ⅰ級）要求，能交付正常使用。

6 結語

由于該橋橫梁在拆模時裂縫即被發現，及時檢測，第一時間分析其裂縫產生的原因，加之其處理措施得當、迅速，根據該橋成橋檢測試驗結果，表明該橫梁通過重新穿索的處理方案是合理的，效果是明顯的，達到了設計和規范的要求，沒有造成任何經濟損失。該橋橫梁施工事故的處理方法在類似的工程中具有借鑒意義。

[1]貴州工大土木工程試驗檢測中心股份有限公司.貴陽市某匝道橋D9橫梁混凝土施工質量檢測報告[R].2011.

[2]貴州省交通規劃勘察設計研究院試驗檢測中心.貴陽市某匝道橋橋梁荷載試驗報告[R].2011.

[3]徐日昶.結構振動測試[M].哈爾濱:東北林業大學出版社,1993.

[4]林鳴,蘇龍.貴州某T型梁舊橋的靜動載荷載試驗分析[J].山西科技,2008(6):110-112.

[5]中華人民共和國行業標準.公路橋梁承載能力檢測評定規程（報批稿）[Z].

[6]蘇龍,肖池,等.六盤水市白鶴高架橋荷載試驗及分析[J].公路工程,2010(10).

[7]姜增國,瞿偉廉.跑車試驗測定橋梁結構沖擊系數的理論和應用[J].武漢理工大學學報,2002,24(8).

[8]YC4-4/1982,大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].