某現澆連續箱梁橋裂縫原因及加固技術分析

楊杰平

(湖南常德路橋集團有限公司， 湖南 常德 415100)

服役多年的橋梁在設計、施工、環境等因素耦合作用下會產生結構開裂、表面剝落等病害，影響結構的正常使用，甚至降低結構的極限承載力。由于橋型的多樣性、病害的復雜性，很難找到通用的加固方案，因而舊橋加固具有靈活、多變的特征。下面以某現澆連續梁橋為例，分析橋梁裂縫產生原因，探討橋梁加固處理技術。

1 工程概況

某分離式橋跨徑組合為11 m×30 m，上部結構采用現澆預應力砼連續箱梁，箱梁截面為單箱單室，底板設置與橋面一致的橫坡。箱梁高1.5 m，頂板寬16.15 m、底板寬7.65 m，跨中截面頂板厚25 cm、底板厚20 cm。箱梁標準橫斷面見圖1。

圖1 箱梁標準橫斷面示意圖(單位：cm)

該橋左幅橋實測基頻與理論頻率相比偏小，部分裂縫寬度超限，部分裂縫修補后有繼續延伸趨勢，少量裂縫修補后重新開裂(見表1)。對第11跨左幅橋右側腹板與梗斜連接處縱向裂縫進行鉆芯取樣及內窺鏡確認，左幅橋右側腹板與梗斜連接處縱向裂縫長8.9 m(接近跨長的1/3)，縫寬0.7 mm，貫穿整個腹板厚度。雖然短期內不會直接發生橋梁垮塌等次生災害，但持續的汽車沖擊會加劇裂縫的發展，降低橋梁的整體剛度，影響行車舒適性。若裂縫持續發展，可能使鋼筋與砼之間的粘結性能進一步損壞，造成腹板豎向箍筋疲勞破壞。在極限情況下，鋼筋可能屈服，導致梁體錯位。最終評定主梁的技術狀況為四類，主梁結構承載能力有明顯下降趨勢，已不能滿足正常使用功能，必須進行維修加固。

表1 裂縫病害分布 條

注：括號內、外數字分別表示新發現裂縫數量及裂縫總數量。

2 裂縫成因分析

2.1 腹板縱向裂縫

2.1.1 裂縫分布

裂縫位于承托與腹板外側交接處，沿著縱向延伸，基本分布于1/4跨～3/4跨(見圖2)。該類裂縫共計10條，第11跨和第10跨右幅7條，第3跨和第8跨3條。其中第11跨左幅裂縫長度達8.9 m，寬度0.7 mm，深度方向在檢測位置貫穿腹板。根據檢測報告，該類裂縫仍未穩定，依然在發展中。

圖2 箱梁腹板與倒角交界面箱外裂縫

2016年10月，第11跨箱梁開孔后進入箱內檢測，發現箱內對應位置存在裂縫且更嚴重(見圖3)。

圖3 箱梁腹板與倒角交界面箱內裂縫

2.1.2 成因分析

根據橋梁施工及監理日志，該橋第10跨、11跨箱梁豎向分2次澆筑，第一次澆筑底板及腹板，第二次澆筑頂板，倒角與腹板交界面為2次澆筑的分界面，第11跨右幅2次澆筑的時間間隔為6 d。由于交界面處理不嚴格導致新舊砼未能有效粘結，砼材料收縮、徐變等特性促使該位置產生的裂縫加速擴展。此外，該橋結構設計參數中，底板寬度偏小，翼緣寬度較大，易導致腹板結構的抗彎剛度和承載能力不足，在后期運營過程中，箱梁產生的撓度及行車振動會加劇裂縫的發展。

綜合分析，該裂縫主要由施工不嚴格及設計不合理等因素引起，后期砼收縮徐變、運營期間箱梁的下撓及行車振動加劇了裂縫的發展。

2.2 底板橫向裂縫

2.2.1 裂縫分布

箱梁底板上橫向裂縫共計158條，每跨都有分布，多分布在1/4跨～3/4跨。其中新發現裂縫50條(集中在第5、6、7、8、10、11跨)，經過修補的裂縫86條，修補后重新開裂的裂縫2條，修補后繼續延伸的裂縫20條。

2.2.2 成因分析

該橋梁高偏小、底板厚度也偏小，導致其結構承載能力下降。同時該橋平均每天約有2.5萬輛車輛通過，其中違章超載的車輛高達3 000余輛，橋梁處于超負荷運營狀態。箱梁底板在超載作用下產生彎曲變形，砼縱向拉應力超過其抗拉強度，致使箱梁底板出現橫向裂縫。這種裂縫屬于典型的受力裂縫。其他可能原因還包括設計、施工及材料等，設計理念、理論的不完善，施工方法及工藝的不成熟等均有可能導致箱梁出現受力裂縫。

2.3 施工垂直接縫

在距離支座6 m處箱梁普遍存在環形裂縫，部分裂縫延伸貫通底板、腹板、翼緣板。該橋分11個梁段現場澆筑，施工節段接縫距離支座6 m。據此判斷該裂縫主要是由施工時節段接縫處理不當、前后節段砼材料特性差異所引起。

該接縫處同時為箱梁預應力鋼束張拉及錨固、接長部位，一旦開裂對箱梁耐久性甚至受力影響較大。且部分裂縫已延伸至翼緣板，需在箱梁開孔后詳細檢測箱梁內部尤其頂板有無裂縫擴展跡象。

2.4 剛度退化

正常運營條件下，該橋最大實測動撓度出現在第11跨左幅，最大值為5.723 mm；最大實測沖擊系數也出現在第11跨左幅，最大值為1.321，大于理論基頻算出的沖擊系數1.189；第11跨左幅橋基頻實測值為2.95 Hz，小于理論值3.11 Hz。表明該橋整體剛度存在一定退化。

剛度是箱梁的重要力學指標，在一定程度上反映其整體性及承載能力。第11跨裂縫開展較嚴重，且裂縫依然處于發展中，是引起箱梁剛度下降的主要原因，已嚴重影響箱梁的應力狀態和動力特性。

3 加固技術

3.1 砼裂縫及缺陷處理

維修加固前對全橋裂縫進行普查，對裂縫分布及長度、寬度、深度等進行復核，繪制詳細的裂縫分布圖以便統計工程數量、進行分類處理。對寬度≥0.15 mm的裂縫，作壓力灌漿處理；對寬度<0.15 mm的裂縫，作表面封閉處理；箱梁底板粘貼碳纖維布的區域內，寬度<0.15 mm的裂縫不作處理。

對于砼表面缺陷，采用聚合物砂漿修補；對于鋼筋及預埋板外露，先進行表面除銹，涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補。

3.2 箱梁腹板縱向裂縫處理

該橋第11跨縱向裂縫開展較嚴重，長度達8.9 m，且開孔部位貫穿腹板。荷載試驗表明第11跨存在明顯的剛度降低，箱內檢測發現箱內病害比箱外更嚴重。綜合考慮第11跨現狀，主要針對第10跨、11跨(第9#～11#墩間跨)箱梁腹板縱向裂縫進行加固處理。處理措施：對腹板縱向裂縫進行壓力灌漿處理；在腹板內外側對稱粘貼加勁鋼板(見圖4)。

圖4 腹板內外側粘貼加勁鋼板橫斷面(單位：cm)

加勁鋼板采用Q345B級，粘貼鋼板寬度為200 mm，厚度為8 mm。為適應箱內倒角，鋼板采用熔透對接焊，加勁鋼板條與粘貼鋼板焊接為整體后進行粘貼施工。鋼板粘貼采用壓力灌注法。

鉆孔前探測箱梁內預應力鋼束及主筋位置，植入螺桿的位置根據實際情況進行適當調整以避開箱梁內預應力鋼束及主筋，保證鉆孔成功率。砼基體內孔位鉆制完畢、檢驗合格后，根據砼基體上實際孔位放樣粘貼鋼板中的孔位，并保證孔位精確對應。

植入鋼螺桿采用Q345級，直徑12 mm，植入深度為120 mm。鋼板粘貼完畢后，對箱梁腹板縱向裂縫進行壓力灌漿處理；對粘貼鋼板外露面進行防腐涂裝，涂裝防護體系見表2。

表2 鋼結構涂裝防護體系

3.3 箱梁底板開制進人孔

為滿足加固需要，在第11跨、第10跨左右幅箱梁底板開制進人孔，合計4個。進人孔距離墩中心6.2 m(和施工節段接縫對稱)，開孔直徑80 cm。開孔前，在開孔位置粘貼鋼板進行預加固，鋼板采用Q345B，鋼板厚度為8 mm。

3.4 箱梁底板橫向裂縫處理

箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進行加固處理，在底板砼缺陷及裂縫處理完畢后進行。碳纖維布粘貼完成并檢驗合格后對其表面進行防護涂裝，防護體系見表3。

表3 碳纖維布表面防護體系

3.5 節段接縫處理

該橋采用分段滿堂支架現澆施工，在距離墩中心6 m處設置節段接縫。接縫處普遍存在開裂現象，部分裂縫已貫通底板、腹板、翼緣板。該節段接縫為預應力鋼束錨固及連接位置，對結構安全影響較大。在接縫處開U形槽填充水泥基滲透結晶型防水材料，槽寬20 mm，深20 mm，騎縫開制(見圖5)。填塞水泥基滲透結晶型防水材料后進行養護，養護時間不少于72 h。

圖5 施工節段接縫處理示意圖(單位：mm)

3.6 砼表面防護涂裝

該橋所在地區大氣腐蝕環境為中腐蝕(Ⅱ)，砼涂裝防護體系按長效型設計，防護年限為20年。

4 結語

針對連續梁橋腹板通長貫穿裂縫、節段施工接縫等典型病害，根據其產生原因提出有針對性的加固措施：對砼表面缺陷采用聚合物砂漿修補；對鋼筋及預埋板外露，先進行表面除銹，涂刷阻銹劑后采用聚合物砂漿修補；對腹板縱向裂縫進行壓力灌漿處理，腹板內外側對稱粘貼加勁鋼板；對箱梁底板橫向裂縫采用粘貼碳纖維布進行加固處理；節段接縫處開U形槽填充水泥基滲透結晶型防水材料處理。