對某橋梁工程存在病害及處治措施探討

楊啟眾

摘 要：筆者結合工程案例，主要分析了橋梁存在的病害及橋梁病害檢測，并提出了相應的維修補強措施，僅給予同類工程參考；

關鍵詞：大橋病害；橋梁工程；裂縫；防治措施

隨著現代橋梁工程施工技術的飛速發展，橋梁工程的內在施工質量已經有了明顯的提高，而外觀質量已成為反映施工企業技術水平的最重要的因素。

由于車輛，特別是超重車輛行駛，以及外界各種因素作用和影響，常常導致橋梁結構產生病害、出現缺陷，嚴重時甚至會影響到橋梁正常使用。然而，加強橋梁養護管理、對發現的病害及時進行針對性的處理可以較好的保證橋梁使用狀況得到恢復或改善。裂縫的出現不僅僅影響工程質量甚至會導致橋梁垮塌。如何提高混凝土的外觀質量減少裂縫亦成為建設單位、監理部門及施工企業要解決的重要問題。

一、工程概況

該橋梁全長553m，主橋為跨徑2×60m的預應力混凝土獨塔單面板拉橋，結構新穎、造型獨特，主橋箱梁截面型式為單箱四室，一般斷面處梁高1.9m，下部結構塔下為矩形空心墩、 端部為排架式薄壁墩，鉆孔樁基礎。該橋設計荷載為汽-20、掛-100級，于1992年底建成通車。2000年、2001年浙江省公路工程質量監測站例行檢查發現，該大橋主要存在以下病害：

（1）支座壓縮變形嚴重，已呈現老化狀態；

（2）箱梁斜腹板端部斜裂縫多且寬，間距30～80cm不等，距主墩18m處也發現斜裂縫；

（3）箱梁內部兩邊室所有橫隔板均發現裂縫分布，最寬達0.20mm；

（4）斜拉板裂縫較多，主要分布在中間部位下方，根據相關方面介紹情況，斜拉板裂縫在施工期間已被發現。

二、橋梁病害檢測

該大橋已運營多年，普查結果也表明橋梁部分構件已有局部損傷，為評定其結構的耐久性、保證結構在目標使用年限內的安全和合理使用，主體結構耐久性調查，對構件表觀病害如裂縫及缺陷、混凝土抗壓強度及碳化情況及鋼筋銹蝕情況進行檢測十分必要，其目的是調查裂縫的現狀與所處狀態，初步確定構件工作狀況和裂縫的病害程度和發展趨勢，并結合調查分析結果判斷病害的成因。同時，工程結構裂縫形狀多種多樣，對于橋梁重要構件（如主梁）裂縫發展的程度（具體位置、數量及深度）和規律性必須引起重視，為橋梁的全面評估以至維修提供實驗依據。

采用NAK2精密水準儀檢測橋梁縱橫向標高，結果表明與竣工時候基本相同。采用瑞士Proceq公司生產N and NR型回彈儀，在箱梁內部及墩頂共選取20個測區檢測混凝土墻頭，各測點回彈法強度推定值最大為56.1MPa，最小為49.6MPa，大于梁體C45混凝土強度設計值。裂縫寬度量測儀器采用上海浦東物理光學儀器廠生產的JC4-10型讀數顯微鏡，測微鼓最小讀數為0.005mm。檢查發現，裂縫發生的部位如圖2、圖3所示，其中，斜腹板端部斜裂縫多沿支座30～50°向上發展，最大寬度2.53mm。

圖1 橋梁現狀檢測

圖2 大橋斜拉板及箱梁斜腹板裂縫分布

三、結構仿真分析及裂縫成因分析

1.結構仿真分析

工程結構裂縫問題也是十分復雜的，許多情況下，無法用單一或十分明確的原因加以解釋，為詳細分析和檢驗橋梁原有結構（出現局部損傷前）和現有結構（出現局部損傷后）的性能，采用詳細的組合有限單元方法進行計算分析。建模、計算和后處理采用ALGOR（14.06版）大型軟件完成，單元總數量為181，932個，全橋模型如圖4所示。

（1） 橋梁原有結構按照施工過程各節段順序迭加計算，成橋后期考慮混凝土收縮、徐變和溫度變化；分別計算混凝土收縮、徐變作用，將計算結果與成橋狀態的計算結果迭加，

（2） 成橋后期與汽車荷載作用的計算，根據目前通行車輛的實際情況和合同要求，汽車荷載采用城-A級荷載；

（3） 考慮了成橋后期與體系升溫和降溫作用的計算，計算橋梁梁體正溫差和負溫差（采用BS 5400混凝土箱梁正、負溫差模式）作用；

（4） 對于橋梁現有結構則分析考慮出現的損傷（主要是大于0.3mm）的裂縫；分別進行了開裂作用的計算、開裂作用與汽車荷載作用的計算。

圖3 全橋計算模型

根據分析計算數據，得出結論如下：

（1） 成橋狀態、成橋后期狀態恒載作用下，梁體和拉板的應力水平總體上不高。橋梁的變形整體上較小，結構整體性較好、剛度較大。

（2） 成橋后期和體系降溫、汽車荷載（檢算采用城-A荷載，總體上比設計荷載大，比較接近實際通行的重車情況）作用下，橋梁梁體部分部位最大正應力和最大主應力超過2.7MPa、剪應力超過2.5MPa，拉板部分部位最大主應力超過2.7MPa：應力水平偏高。

（3） 圖中的A、B和C區域的主拉應力普遍偏大，這與已經檢查發現的混凝土局部開裂應有直接聯系。D和F區域的主拉應力和E區域下緣的拉應力也偏大。

（4） 已經出現主要裂縫對橋梁變形增加較小，對腹板剪應力和最大主應力有一定增加。

圖4 成橋后和體系降溫、汽車荷載（城-A）作用下主拉應力普遍偏大區域分布

2、病害原因分析

根據檢測結果及仿真分析，結合該大橋的實際車輛通行情況，結論如下：該大橋出現的裂縫主要分為兩類：

（1）施工期間產生的裂縫，如斜拉板中部近垂直于下緣的裂縫，其特征為裂縫多橫向貫通，發現時間早，施工拆模后即有發現。

（2）后期在高應力區因收縮徐變、溫度及汽車活載作用下產生的裂縫，如斜拉板下部產生的斷續、細長的裂縫，局部十字形裂縫，與墩柱結合附近的十字形裂縫，其特征為裂縫寬度小、但逐漸緩慢發展。箱梁斜腹板斜裂縫：該大橋處于交通要道，隨著經濟發展，近年來交通量急劇加大，實際上通行重車甚至超重車輛數量也很頻繁，由于箱梁斜腹板厚度較小，富裕量有限，長期在過大的活載作用下出現裂縫。橫隔板裂縫：在箱梁的設計中，與頂、底板或腹板比較，橫隔板的含筋率較低，構件本身又為鋼筋混凝土結構（不含預應力筋），在使用一定年限后，比較容易產生裂縫，這在連續箱梁橋中也比較常見。

四、維修補強設計

以保證構件的耐久性為指導思想，通過抑制裂縫的繼續發展、防鋼筋（預應力鋼絞線）腐蝕，借助壓注粘合劑修補封閉裂縫、粘貼補強材料恢復箱梁已開裂截面剛度，確保構件整體性；支座附近及拉板下方內側的箱梁斜腹板粘貼豎向鋼板及腹板加厚來共同承受活載、溫度等產生的主拉應力，并提高維修范圍內斷面抗剪極限承載能力。

1.斜拉板裂縫修補

⑴ 裂縫封閉或壓注修補：裂縫周圍打磨清理后，采用環氧樹脂類材料修補及封閉，要求采用的修復材料的強度高于C40混凝土，和易性好，與鋼材、混凝土的附著性強（抗拉剪強度≥10MPa），對于寬度<0.15mm的裂縫，可選用SB-101等高分子材料封閉，寬度≥0.15mm的裂縫，要求壓注低粘度、高強度的環氧類粘結膠，修復后的有效填充率應在90%以上，可選擇的材料有BL-GROUT，E-206等裂縫修復專用材料。

⑵ 蜂窩麻面的處理：表面清理后采用與封閉裂縫相同的材料填平修復，如有外露鋼筋則應除銹后涂刷一層KONY BOND RS滲補劑后再填平修復。

⑶ 補強：為增強構件的抗裂能力，提高結構的耐久性，對出現裂縫的區域進行補強，即在斜拉板的下緣、兩側（局部）及與墩柱結合處附近采用碳纖維布粘貼。

2.塔柱后澆封錨混凝土處裂縫修補

塔柱后澆封錨混凝土與塔柱混凝土間的裂縫發展對埋置的鋼構件銹蝕的保護影響較大。為此，應對裂縫進行封閉，采取裂縫壓注低粘度、高強度的環氧類粘結膠，塔柱頂部清理鑿毛后、植筋澆筑20～35cm鋼筋混凝土盡快排出積水，側面上部4m范圍橫向粘貼一層碳纖維布封閉。

3.橫隔板裂縫修補

橫隔板的斜向裂縫在箱梁結構中比較常見，也容易被養護單位忽視，然而，如果裂縫延伸至頂板范圍內時就會導致降水透過路面微裂縫下滲，嚴重時也會對結構耐久性產生不利影響。對于橫隔板裂縫修補采用與“斜拉板裂縫修補”方法相同。

4.斜腹板維修補強

根據已發現裂縫的情況，箱梁斜腹板需要維修補強的部位為主梁端部斜腹板（共4處，每處長5.0m）、拉板內緣下斜腹板（共4處，每處長5.0m），采用裂縫壓注灌漿+補強的措施，同時，采用腹板外側粘貼鋼板、內側澆筑鋼筋混凝土方式補強。

在斜腹板外側需要維修補強的部位，植入錨固螺栓，外側安裝鋼板（8mm厚16Mn鋼），采用壓注法粘貼，有效粘貼面積應在98%以上，鋼板粘貼后涂裝5道氟碳漆防銹。內側采用植筋掛φ16@20×20、φ12@20×20雙層鋼筋網澆筑25cm厚混凝土補強。

結語

該大橋維修加固已完工，經過近兩年的跟蹤檢測，斜拉板及原有裂縫密閉、沒有出現新的裂縫，表明該橋病害原因分析正確，加固措施得當，施工質量良好，達到了預期目的。