空心板橋維修加固處治應用研究

付雷 周旭 肖凱東

(貴州高速公路集團有限公司，貴州貴陽 550000)

某橋于2005年12月竣工，原橋設計荷載:汽車—超20級，掛—120;地震烈度:6度;計算行車速度:60km/h。左幅橋上部構造為10 m×16 m整體式鋼筋混凝土空心板，右幅橋上部構造為13 m×16 m整體式鋼筋混凝土空心板，上部構造采用簡支體系，橋面連續;下部構造為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，樁基礎，片石混凝土重力式U形橋臺。

1 病害概況及成因分析

1)全橋整體現澆空心板板底出現縱向裂縫，縱向裂縫最大寬度0.32mm，裂縫處均有滲水、泛堿。成因分析:早期整體現澆空心板受經濟因素制約，空心板底板較薄，本橋底板設計厚度7.5cm，順橋向間距15cm布設Φ14鋼筋。經調查該橋施工時，空心板內空腔模板采用竹籠制作，施工時內模板竹籠如定位不準下沉也將會導致底板厚度變薄。薄壁結構在縱向受力時其截面將發生畸變變形，同時在底板上下緣產生畸變彎曲應力，當畸變拉應力超過混凝土的抗拉強度，勢必導致底板產生縱向開裂。需要對裂縫進行封閉或灌漿處理，以保證空心板的整體性及剛度。

2)全橋整體現澆空心板板底均出現多條橫向裂縫，橫向裂縫最大寬度0.22mm，部分裂縫滲水，出現泛白、結晶等現象。成因分析:整體現澆板底面出現多條橫向裂縫，大部分橫向裂縫出現在跨中附近位置，結構計算結果表明空心板跨中抗彎承載能力不足，導致板底出現橫向裂縫(見圖1)。需要對裂縫進行處理，同時對空心板進行補強。

圖1 整體現澆板底板裂縫

3)空心板裂縫存在滲水、泛堿、結晶鐘乳石現象，部分空心板空腔內積水。成因分析:板底裂縫滲水、結晶形成鐘乳石現象，分析為雨水經橋面鋪裝裂紋下滲至空心板內腔圓孔內(本橋未設置防水層)，再由板底裂縫下滲所致。雨水對空心板鋼筋具有腐蝕作用，造成空心板耐久性減弱。需要對空心板橋橋面鋪裝進行改造，增設防水層，以防止橋面污水繼續下滲。另需要在空心板板底較低側打孔排水，防止空心板空腔內積水侵蝕空心板內鋼筋(如圖2所示)。

圖2 空心板板腔積水

4)橋面系存在12處病害，病害類型為橋面鋪裝層7處橫向開裂，2處坑槽、橫向開裂，3處破損、露筋。成因分析:橋面鋪裝病害位于墩頂橋面連續位置。因簡支橋橋面連續位于主梁變形最大的部位，要承受梁體的轉動和梁體的伸縮引起的變形，加上由于相鄰橋孔出現的橡膠支座彈性壓縮不同步而引起的錯動變形，致使橋面連續處的受力復雜容易引起開裂、破損等病害。

2 橋梁結構驗算

基于《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的承載能力折減系數計算，該橋建成年代較久遠，橋梁出現了不同程度的耐久性病害，削弱了結構承載力。因此橋梁目前的實際承載能力應根據檢測結論進行合理的折減，以評估其目前實際承載能力。結合橋梁檢測評估結論，引入承載能力折減系數(含承載能力驗算系數Z1和承載能力惡化系數)，用以評估結構實際承載力相對設計結構承載力的削弱。

參考檢測報告結論，選取以下系數:

1)基于檢測的承載能力檢算系數Z1:根據檢測結論檢算系數Z1=1.0。

2)承載能力惡化系數。

根據耐久性惡化各項檢測指標的檢測結果，考慮混凝土表觀缺損、鋼筋自然電位、混凝土碳化深度、混凝土保護層厚度等確定惡化狀況評定值。橋址的環境特取“干、濕交替、凍、無侵蝕性介質”環境，經計算，得到該橋惡化系數為0.075 4(如表1所示)。

表1 構件惡化系數評定指標

3)材料惡化系數:根據檢測結論混凝土截面折減系數為0.987，鋼筋折減系數為 0.975(見表2)。

表2 截面折減系數評定指標

經過計算，橋梁承載能力綜合折減。

2.1 加固前結構驗算

本次加固設計采用橋梁專用分析軟件MIDAS CIVIL對大橋進行計算分析，結構模型見圖3。

圖3 結構模型圖

加固前計算結果。依據JTJ 023—85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范對加固前鋼筋混凝土空心板進行驗算，結果如表3所示。

表3 加固前結構驗算結果

依據85規范，從橋梁現狀計算結果可以看出，主梁抗剪承載力滿足規范要求，但抗彎承載力和裂縫寬度不滿足規范要求。

2.2 加固后結構驗算

采用在板底順橋向粘貼11條20cm寬碳纖維板的方法來進行維修加固，見圖4。依據JTJ 023—85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范及JTG/T J22—2008公路橋梁加固設計規范對加固后鋼筋混凝土空心板進行驗算，結果見表4。

表4 加固后結構驗算結果一覽表

依據85規范，在承載能力極限狀態下，縱橋向跨中抗彎承載能力安全系數為1.157，加固后板跨中截面的抗彎承載能力滿足要求。在正常使用極限狀態下，整體式現澆空心板跨中裂縫驗算滿足規范要求。混凝土表層缺陷修補示意圖見圖5。

圖4 底板粘貼碳纖維板加固

圖5 混凝土表層缺陷修補示意圖

3 主要加固方法與內容

3.1 主要加固材料

1)粘貼鋼板用膠粘劑;2)混凝土裂縫修補用膠(注射劑);3)裂縫修補用聚合物水泥注漿料;4)混凝土表層缺陷修復用材料;5)阻銹劑;6)碳纖維板;7)聚丙烯腈纖維。所有加固專用材料安全、性能指標均應符合中華人民共和國行業標準JTG/T J22—2008公路橋梁加固設計規范和相關規范的要求。

3.2 主要維修加固的方法及步驟

1)裂縫封閉灌漿。施工流程:裂縫的檢查及標注→清縫及裂縫表面處理→粘貼灌漿嘴及裂縫表面封閉→壓氣實驗→灌注混凝土裂縫修補注漿料→灌注完畢待漿液聚合固化后拆除灌漿嘴→涂混凝土裂縫修補膠封閉。a.對于裂縫寬度小于0.15mm。采用聚合物水泥表面封閉法，聚合物水泥是在加固專用的改性環氧漿液配出后加入50 g 525號水泥攪拌均勻而成，封閉后要考慮結構表面的美觀。b.對于裂縫寬度不小于0.15mm。采用灌注混凝土裂縫修補膠液封閉裂縫法，將裂縫修補膠漿液壓注入結構物內部裂縫中去，以達到封閉裂縫，恢復并提高結構強度、耐久性和抗滲性的目的，使混凝土構件恢復整體性。

2)粘貼碳纖維板。按設計尺寸裁剪碳纖維板，施工準備→混凝土表面處理→底層樹脂配制并涂刷→找平材料配制并對不平整處修復處理→浸漬樹脂或粘貼樹脂的配制并涂刷→粘貼碳纖維板→表面防護。

3)種植鋼筋。定位→鉆孔→清孔→注膠→植筋→靜置固化。

4)橋面鋪裝及橋面連續改造。對原橋面標高進行測量→按設計圖紙拆除原橋面鋪裝→對橋面及空心板板端縫隙進行徹底清理，并按設計要求布置種植鋼筋→按要求布置橋面鋼筋網及橋面連續鋼筋網→澆筑新的橋面整體化層和橋面鋪裝瀝青層。

5)空心板打孔排水。a.打孔位置。孔位一:低縱坡一側距離板端頭1.0 m～1.5 m處;孔位二:板跨中或有明顯滲水區域，如圖6所示。b.打孔方式。首先應探測鋼筋位置，避開不利位置，電錘打孔，孔徑12mm。c.排水處理。打孔處自然排水，待積水排凈后，在排水孔處安裝PVC套管，PVC套管應至少伸出孔口3cm。

圖6 排水孔位

4 結語

通過本次加固維修明顯的改善了本橋的力學性能，保障了橋梁的正常營運和足夠的耐久性。對于此類板橋維修加固重點在于對施工材料和過程的控制，嚴格按照設計的要求進行施工是獲得理想處治結果的重要前提條件。

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