某T梁橋病害成因分析及加固維護

■王華生

（龍巖市公路局上杭分局，龍巖 364200）

某T梁橋病害成因分析及加固維護

■王華生

（龍巖市公路局上杭分局，龍巖 364200）

本文以石圳橋T梁橋的加固維護為背景，依據外觀檢測、材質專項檢測、荷載試驗實測數據以及結構檢算評定成果等，對橋梁存在的主要病害進行成因分析，并據此開展針對性的維修加固設計與施工。實際加固效果良好，并且加固后采取了積極的預防性管養措施，可供其他類似橋梁病害處置借鑒。

T梁 病害分析 加固維修

1 工程概況

某梁橋跨徑組合為9×20m，上部結構采用結構簡支、橋面連續的T形梁（圖1）。橋寬11.5m=0.5m（護欄）+1.5m（人行道）+7.5m（行車道）+1.5m（人行道）+0.5m（護欄）。下部結構采用鋼筋混凝土樁柱式結構體系。支座為板式橡膠支座，橋面鋪裝采用水泥混凝土鋪裝形式。

該橋于1996年建成通車，設計荷載等級為汽車-20級，掛車-100級。橋址所處地區跨越某淡水水庫，除兩側橋臺位于陸地區外，其余7個橋墩均位于水中，正常蓄水狀況平均水深2.0m。

上部主梁由 7片預應力混凝土 T梁組成，梁高1.3m，支點位置腹板寬度35cm，L/4～3L/4之間腹板寬度18cm，采用直線型過渡。橋面板懸臂根部厚14cm，端部厚10cm，翼緣板長度70cm。T梁之間間隙2cm，橫隔板采用鋼板式接頭（圖2），分別在跨中、四分點及梁端布置。

圖1 上部結構示意圖

圖2 梁間鋼板式接頭示意圖

該橋為當地聯系兩岸的咽喉工程，通車運營后承擔了繁重的交通負擔，且重車比例較高，在運營過程中出現了一系列影響運營安全和行車舒適性的問題。為此管養單位在2015年委托檢測單位對該橋開展了外觀檢測、材質專項檢測以及荷載試驗等一系列工作，并在此基礎上對其承載能力進行了檢算，技術狀況評定為4類橋梁。依據現行規范的要求，對于4類橋梁需要及時開展大修或改造。因此委托設計單位開展了針對性的維修加固設計與施工，后經加固后檢測驗證，加固效果良好。

2 關鍵病害及成因分析

2.1 關鍵病害

2015年檢測過程中所發現的關鍵病害問題包括：

（1）結構受力性開裂

梁體存在較多的受力性裂縫，包括腹板密集的豎向裂縫（圖3）、斜向裂縫以及底板橫向裂縫等。部分橫向及豎向裂縫貫通形成U形裂縫。裂縫主要分布在梁體中段L/4至3L/4跨徑范圍，且呈現兩側對稱發展。寬度大多在0.2mm以下，最寬達到0.34mm。依據現行《公路橋涵養護規范》（JTG H11-2004）對裂縫限值的要求，該橋外觀狀況已不滿足規范要求。

結構裂縫是表征橋梁受力狀態的“晴雨表”，腹板豎向及橫向裂縫（特別是寬度超限裂縫）的出現，表征著梁體正截面抗彎承載能力的不足；腹板斜向裂縫（特別是寬度超限裂縫）的出現，表征著梁體斜截面抗剪承載能力的不足。裂縫的出現還會對結構的耐久性產生影響，導致腐蝕性水汽進入混凝土內部，加劇內部鋼筋的銹蝕等。

圖3 腹板豎向裂縫

（2）支撐及約束體系問題

橋梁支座在上下部結構之間起到重要的傳力和協調變形作用。該橋支座采用板式橡膠支座，通過橡膠支座本身的豎向承載能力傳遞上部恒活載作用，通過其剪切變形能力來適應梁體變形需求。由于重載交通的沖擊作用以及橡膠本身的老化問題，導致該橋支座出現了較多的鼓包、開裂（圖4）以及過大的剪切變形等問題，嚴重的影響到上下部結構之間正常傳力及梁體變形需求。

圖4 支座開裂

（3）荷載橫向傳遞偏弱

該橋橫橋向由7片T梁拼裝而成，之間通過橫隔梁連接。橫隔梁布置在跨中、四分點及梁端位置，每跨共計5處橫隔梁。橫梁之間間隙2cm，其間采用鋼板式接頭。

外觀檢測中發現橫隔板預埋及蓋接鋼板存在剪切變形、銹蝕嚴重（圖5），橫隔梁之間縫隙未采用水泥砂漿填充。不同工況下各梁的荷載試驗結果如表1所示，其中5#、7#梁在中載及偏載工況下，應變及撓度校驗系數均超設計值，存在單片梁受力的問題。

橫向聯系的薄弱會導致各片梁受力的不均勻，嚴重時會出現單片梁受力問題，導致個別梁片所承擔的作用超過其承載能力，引起橋梁的毀壞。

圖5 橫隔梁鋼板式接頭病害

表1 荷載試驗實測應變校驗系數

除了上述反映結構受力狀況及影響結構約束體系的病害外，該橋還存在了影響安全運營的其他問題，包括：橋臺護坡破損、臺背填土脫空；伸縮縫堵塞；橋面標線缺失；保護層厚度偏薄，混凝土耐久性性能偏差的問題。

2.2病害成因分析

針對上述關鍵病害問題，結合橋梁結構形式及受力特點進行病害成因分析。

（1）結構開裂成因分析

腹板豎向裂縫及底板橫向裂縫主要分布在梁體中段L/4至3L/4跨徑范圍，且呈現兩側對稱發展。橋梁支撐體系采用簡支結構體系，恒活載作用下，跨中位置附近彎矩最大（圖6）。由于受到車輛超載、長期預應力損失等因素綜合影響，跨中區域一定范圍內，永存預壓應力不足以抵抗荷載作用產生的拉應力，導致出現梁體開裂。

腹板斜裂縫（圖7）主要分布在兩側支點位置至L/4范圍內。橋梁支撐體系采用簡支結構體系，恒活載作用下，該區域范圍內剪力較大，組合而成的主拉應力較大。由于受到車輛超載、長期預應力損失及預應力彎起束布置不合理等因素綜合影響，支點一定范圍內，永存預壓應力不足以抵抗荷載作用產生的主拉應力，導致出現梁體開裂。

圖6 豎向、橫向裂縫及彎矩包絡示意圖

圖7 斜向裂縫及剪力包絡示意圖

（2）支撐及約束體系問題病害成因分析

橡膠支座鼓包、開裂、剪切變形過大等病害產生的主要原因是由于重載交通的沖擊作用以及橡膠本身的老化造成的。通行的重載交通對支座產生巨大的沖擊力，超過橡膠支座本身的承載能力；另一方面由于橋梁建成至今已接近20年，基本達到橡膠支座的使用壽命期限，橡膠本身出現材質老化變異問題。

（3）荷載橫向傳遞偏弱成因分析

橫梁聯系采用鋼板式接頭形式，由于施工期間遺留缺陷，橫梁之間間隙未用砂漿填充，導致該橋先天橫向傳力能力較弱。另一方面，由于重載交通的偏載作用，預埋鋼板與蓋接鋼板負荷超過其設計極限，導致接頭位置剪切變形，繼而出現單片梁受力問題。

3 維修加固處置措施

綜合上述關鍵病害問題及其成因分析，開展有針對性的維修加固處置。維修加固處置總體原則及思路是：提高結構承載能力、恢復結構耐久性、提升結構運營功能。具體而言，主要維修加固處置措施包括：

3.1 提高結構承載能力

針對結構受力性開裂、支座功能性病害及橫向聯系薄弱等結構體系方面問題，采取裂縫封閉、梁底粘貼碳板、橫隔板對拉鋼板等處置措施予以加固。

（1）裂縫封閉

依據 《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）的相關規定，對于≥0.15mm的裂縫進行灌膠封閉，對于＜0.15mm的裂縫進行封縫處理。

①封縫工藝：采用環氧樹脂封縫膠對寬度<0.15mm的裂縫進行封閉處理。根據不同裂縫情況，封縫前先對裂縫部位進行表面處理或在裂縫處開V型槽，然后用封縫材料將裂縫表面或V型槽封閉。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。

②灌封工藝：采用環氧樹脂灌封膠對寬度≥0.15mm的裂縫進行封閉處理。施工工序包括：混凝土基面清理→粘貼注膠口→裂縫表面封閉，形成封閉帶→密閉性檢查（壓氣試驗）→裂縫灌膠（配制灌注膠、灌膠、封口處理）→質量檢驗。

③本次維修加固所用封縫及灌封膠材料性能滿足規范中A類膠技術標準。

（2）粘貼高強材料（碳纖維板）

腹板豎向裂縫及底板橫向裂縫表征結構正截面抗彎承載能力不足，采取粘貼高強材料（碳纖維板）的方式進行補強并約束裂縫發展。施工工序包括：混凝土基面清理（保證基面平整、干燥）→配制底膠、粘浸膠及裁剪碳纖維板→粘貼碳纖維板→固定碳纖維板（壓條固定）→固化與質量檢驗→維護（粉刷聚合物水泥砂漿）。

（3）支座同步頂升更換

對全橋板式橡膠支座采用同步頂升方式予以更換，施工工序包括：施工準備→支座復查→施工平臺搭建→頂升基面選擇及整理→千斤頂安裝→試頂升與調節→正式頂升→臨時支撐設置→舊支座拆除→新支座接觸面整理→新支座就位與調節→臨時支撐去除→落梁→檢查與驗收。

由于該橋為結構簡支、橋面連續的結構形式，因此在頂升過程中同一橋墩上的相連兩跨采取同步頂升的方式。

（4）橫向聯系加強

在橫隔梁上、中、下三個位置，采用對拉粘鋼方式加強T梁橫向聯系（圖8）。由于橫隔梁不共面、存在錯臺，施工過程中采用聚合物砂漿進行修補消除錯臺。鉆孔植螺桿過程中，應探明原有鋼筋位置，避免破壞橫梁內部鋼筋。

3.2 恢復結構耐久性

耐久性關乎結構的長期安全性能，前述裂縫封閉、粘貼碳板等措施可以有效封閉裂縫并約束其發展，對內部鋼筋起到一定的保護效果。除了上述措施外，對混凝土剝落露筋等位置采取除銹、阻銹方式進行鋼筋處理后，涂抹環氧砂漿層進行填充。

3.3 提升結構運營功能

對于該橋存在的影響結構運營安全和功能性的問題，在本次維修加固中一并處理。處置措施包括：橋臺壓力注漿；橋面標線恢復等。

采用橋臺側墻水平灌漿法，對橋臺脫空位置進行壓力注漿。灌漿材料采用水泥粘土砂漿，配合比為水泥∶水∶砂∶粘土=1∶1.2∶0.3∶1。并按照水泥用量的1%摻入具有早強、減水、微膨脹作用的外加劑。鉆孔位置根據設計圖進行布置。采用“先低后高，先邊緣后中間”的灌注施工順序。

4 維修加固效果

為了檢驗維修加固效果，在加固施工完成后，對該橋重新進行了靜動載試驗，試驗布載位置及工況與2015年試驗相同。將所測得的應變、撓度數據與2015年結果相對比進行分析，結果表明：

（1）應變及撓度校驗系數與2015年相比稍有減小，表明底板粘貼碳纖維板對截面的正截面抗彎提高有一定的幫助。試驗過程中，原有的裂縫沒有發展，表明加固措施對裂縫的約束作用較好。但通過分析可以看出，由于碳纖維板本身厚度較小（14mm），其對結構整體剛度的提升效果不明顯。

（2）各片梁實測應變及撓度表明加固后橫向聯系有一點程度的加強，橫向分布規律與理論值接近，協同受力能力得到改善。但5#實測結果仍然存在突變，仍較理論狀態偏弱（實測值/理論值=1.07）。由于本次維修加固中未對翼緣板縱向連接進行改造，僅依靠跨中、四分點位置橫隔梁對拉鋼板、梁端位置單側粘鋼進行橫向聯系加強處置，仍難以完全達到接近理想狀況的效果。

總體而言，通過本次維修加固橋梁承載能力、耐久性能以及運營功能得到了較大的提升，達到了設計目標，基本滿足現有交通通行需求。

5 預防性管養對策

在維修加固完成后，管養單位采取了一系列的預防性管養對策，重點在落實橋梁安全運營十項制度，確實保障該T梁橋的“暢、安、舒、美”，具體措施包括：

（1）由橋梁養護工程師牽頭，協調發動橋址周邊社會力量參與，對該橋進行例行檢查。除了開展經常檢查（1次/月）、定期檢查（1次/年）之外，計劃加固后三年內，每年進行一次橋梁的特殊檢測與承載能力評定。后續根據橋梁實際技術狀況定期開展特殊檢測與評定。并且將日

圖8 橫隔梁加固示意圖

常巡查制度納入該橋的管養過程中，每日進行結構巡查。

（2）針對該橋狀況完善了分類處置制度，制定了各種突發狀況應急預案。針對該橋歷史狀況沿革以及當前現狀，在風險分析的基礎上，制定了專門的橋梁養護手冊。

6 結論

本文結合工程實例，對某T梁橋關鍵病害進行了成因分析及維修加固設計，并跟蹤了施工、加固后管養全過程，得到的主要結論如下：

（1）通過加固前后的動靜載試驗數據分析對比可知，該橋在加固后其承載能力、耐久性及運營功能均得到了提升和恢復。

（2）采用橫隔梁粘鋼方式可以在一定程度上提高各片梁之間的橫向聯系，為了能夠進一步的提升各片梁之間的協同受力性能，建議可以結合翼緣板縱向連接的改造、新增橫隔板等方式進行綜合提升，進一步提升加固效果。

（3）從橋梁全壽命角度出發，加固后需要采取預防性的管養對策，以確保橋梁后續的安全運營。

[1]易建國.混凝土簡支梁（板）橋（第二版）——橋梁計算示例叢書[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[4]張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M].北京：人民交通出版社，2007.