混凝土橋梁病害分析及防腐加固研究

劉萬(wàn)昌

（江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司甘肅分公司，甘肅蘭州730000）

0 引言

隨著我國(guó)在基礎(chǔ)道路工程建設(shè)中的資源投入力度不斷提升，交通建設(shè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出較好的發(fā)展前景，路橋工程數(shù)量以及規(guī)模呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)也對(duì)施工質(zhì)量提出更高的要求，尤其是在橋梁安全性以及使用壽命方面。通過(guò)對(duì)近年來(lái)我國(guó)新建并投入使用的橋梁工程進(jìn)行梳理可知，梁板、墩臺(tái)等部分出現(xiàn)裂縫、鋼筋裸露等病害屢見(jiàn)不鮮，嚴(yán)重影響橋梁的使用安全性以及使用壽命。因此，加強(qiáng)對(duì)混凝土橋梁病害防控以及橋梁加固的研究已經(jīng)成為行業(yè)技術(shù)人員主要研究?jī)?nèi)容。

1 橋梁病害表現(xiàn)概述

通過(guò)對(duì)橋梁工程進(jìn)行梳理總結(jié)可知，其病害表現(xiàn)主要涵蓋以下幾方面內(nèi)容：其一，橋梁構(gòu)件混凝土表面不是堅(jiān)固狀態(tài)，使得內(nèi)部骨料以及鋼筋暴露在外界空氣環(huán)境中；其二，構(gòu)件表面呈現(xiàn)出粉末狀態(tài)，在外力作用影響下會(huì)出現(xiàn)脫落情況；其三，梁板的彎拉區(qū)段和柱墩臺(tái)縫隙較為集中的地方，混凝土產(chǎn)生縫隙的區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)大，大面積的出現(xiàn)掉落，鋼筋顯露在外面造成腐蝕，造成混凝土與鋼筋產(chǎn)生脫離現(xiàn)象，承重部件失去原有的功能[1]。

2 橋梁加固技術(shù)概述

2.1 粘貼鋼板加固法

該技術(shù)應(yīng)用原理為利用環(huán)氧樹(shù)脂等將鋼板這一抗拉強(qiáng)度較高的材料粘貼至橋梁中出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域，確保鋼板以及原結(jié)構(gòu)物之間形成一個(gè)完整的受力體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)橋梁原結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的目的。該技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾種情況：其一，橋梁梁板出現(xiàn)較為顯著的承載力下降情況；其二，縱向主筋存在嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題，導(dǎo)致其難以承受橋梁應(yīng)力；其三，橋梁主梁部分出現(xiàn)加大幅度的橫向裂縫，急需進(jìn)行修補(bǔ)。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以有效實(shí)現(xiàn)提升橋梁相應(yīng)部件抗彎、抗剪性能，進(jìn)而避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，影響橋梁安全性[2]。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

從本質(zhì)層面分析，該技術(shù)為后張法預(yù)應(yīng)力體系衍生出的技術(shù)分枝，應(yīng)歸屬于無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)一類。相較于傳統(tǒng)有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：其一，該結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)預(yù)應(yīng)力趨向進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，有效降低摩阻損失；其二，其實(shí)際發(fā)展過(guò)程中對(duì)混凝土構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行縮減處理，有效實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)自重目標(biāo)；其三，創(chuàng)新預(yù)應(yīng)力筋材料，利用防腐性能較好的鋼筋取代原有鋼筋材料，有效實(shí)現(xiàn)提升結(jié)構(gòu)耐久性的目的；其四，預(yù)應(yīng)力筋更換便捷度大幅提升，為后續(xù)運(yùn)維管理工作提供便利條件支持；其五，預(yù)應(yīng)力筋以及混凝土截面采用分離布置，可以提升澆筑質(zhì)量，即使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫也不會(huì)影響預(yù)應(yīng)力鋼束。由此，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于橋梁加固工程以及分段施工的橋梁建設(shè)之中。圖1 為該技術(shù)簡(jiǎn)圖。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力加固體系簡(jiǎn)圖

3 案例概述

為詳細(xì)闡明混凝土橋梁加固技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，本文選取某大型橋梁作為案例進(jìn)行具體說(shuō)明。案例工程為某地區(qū)大型橋梁。該橋梁全長(zhǎng)280m，寬度為12m，主體采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)設(shè)計(jì)，橋孔設(shè)計(jì)規(guī)格為35m+60m+90m+60m+35m。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 橋梁設(shè)計(jì)指標(biāo)

該橋梁使用歷史已經(jīng)達(dá)到20年，橋梁養(yǎng)護(hù)單位在對(duì)其進(jìn)行常規(guī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，橋梁中跨出現(xiàn)較為顯著的下?lián)犀F(xiàn)象，導(dǎo)致欄桿、主梁等出現(xiàn)波浪起伏態(tài)勢(shì)，同時(shí)梁體部分也出現(xiàn)較為嚴(yán)重的開(kāi)裂情況。技術(shù)人員在對(duì)案例橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)以及病害成因分析后，提出如下所示橋梁加固方案：第一，采用粘貼鋼板法加固橋梁結(jié)構(gòu)斜截面，降低腹板主拉應(yīng)力，同時(shí)限制裂縫進(jìn)一步發(fā)展，提升結(jié)構(gòu)耐久度；第二，通過(guò)張拉體外預(yù)應(yīng)力筋對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，改善橋面線形。

4 加固方案執(zhí)行要點(diǎn)

4.1 體外預(yù)應(yīng)力加固

案例工程中，技術(shù)人員在對(duì)橋梁實(shí)際情況進(jìn)行深入研究后，確定以下幾方面思路：其一，通過(guò)合理方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)降低腹板部分主拉應(yīng)力目的；其二，對(duì)跨中截面以及墩頂截面進(jìn)行處理，降低其正彎矩以及負(fù)彎矩參數(shù)；其三，在橋梁上采取有力手段，降低因鋪裝層加厚等操作導(dǎo)致的荷載增加情況，切實(shí)提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；其四，為有效解決原梁中存在的裂縫，設(shè)定通過(guò)施加體外預(yù)加力的方式提升橋梁原梁抗裂性能，確保橋體結(jié)構(gòu)承載能力以及耐久性得到有效提升；其五，最大限度地降低施工過(guò)程中對(duì)橋梁交通的影響，降低堵塞程度?；谏鲜瞿繕?biāo)，技術(shù)人員在綜合各方面因素后決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，具體內(nèi)容主要涵蓋如下環(huán)節(jié)。

4.1.1 體外預(yù)應(yīng)力束布置設(shè)計(jì)

案例工程中，施工單位依據(jù)橋梁加固設(shè)計(jì)方案以及使用要求，決定采用可調(diào)換式體外預(yù)應(yīng)力錨具，在體外束方面則采用具備多重防護(hù)功能的體外預(yù)應(yīng)力鋼束。在實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)可調(diào)換式預(yù)應(yīng)力錨具可以實(shí)現(xiàn)換索操作，并對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，為后續(xù)橋梁維護(hù)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此次施工過(guò)程中，采用光面鋼絞線作為體外索，其優(yōu)勢(shì)在于滿足美國(guó)ASTMA416-90A 標(biāo)準(zhǔn)提出的高強(qiáng)度、低松弛標(biāo)準(zhǔn)，其抗拉強(qiáng)度參數(shù)達(dá)到1860MPa，且在抗侵蝕性方面存在顯著優(yōu)勢(shì)。

案例工程在實(shí)際進(jìn)行體外束布置過(guò)程中，利用規(guī)格為9Φ15.24 的鋼索在邊跨部分設(shè)置6 束體外束，使其余張拉、錨固錨具形成相配合態(tài)勢(shì)。在次邊跨以及中跨部分則采用規(guī)格為12Φ15.24 的鋼索，并在相關(guān)區(qū)域設(shè)置8 束體外束。工程技術(shù)人員在實(shí)際工作中嚴(yán)格地將體外束控制張拉應(yīng)力控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的60%，即1116MPa。

考慮到案例工程中增設(shè)體外束數(shù)量較多，由此，工程技術(shù)人員在實(shí)際進(jìn)行布局設(shè)計(jì)中采用沿箱梁底板以及頂板分散布置的方案，具體如圖2所示。

圖2 縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖

4.1.2 張拉錨固及轉(zhuǎn)向裝置

案例工程中，施工單位在實(shí)際進(jìn)行體外束布置作業(yè)過(guò)程中，首先依托于橋端以及墩頂部分橫隔梁開(kāi)展拉張錨固作業(yè)，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，施工人員首先在原橋臺(tái)背墻部分鑿出相應(yīng)的區(qū)域，為端橫隔梁錨固提供便利條件。技術(shù)人員在針對(duì)墩頂部分進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中決定采用交叉錨固方式。錨固區(qū)域采用混凝土或鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。受限于錨塊受力幅度較大，因此在實(shí)際施工過(guò)程中，施工單位利用混凝土結(jié)構(gòu)將墩頂部分兩個(gè)橫梁進(jìn)行連接處理，促使其形成一個(gè)受力整體。

除此以外，技術(shù)人員在邊跨體外束進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，決定在1 號(hào)墩頂部分采用一端張拉方式，而次邊跨以及中跨體外束則設(shè)計(jì)采用兩端張拉方案。技術(shù)人員對(duì)此方案成效進(jìn)行計(jì)算，最終結(jié)果顯示體外束張拉作業(yè)完成后，主跨跨中截面、次邊跨以及邊跨三部分可分別上撓12.8mm、5.2mm 以及0.8mm。

4.1.3 采用自密實(shí)混凝土

案例工程，施工單位為切實(shí)提升后加轉(zhuǎn)向裝置以及原梁之間的連接可靠性，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量做出重點(diǎn)關(guān)注，考慮到墩頂錨固裝置受體積限制以及鋼筋密集影響，施工作業(yè)面較為狹小，難以進(jìn)行振搗作業(yè)，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土澆筑質(zhì)量難以得到有效控制。因此，施工單位在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中采用自密實(shí)混凝土澆筑技術(shù)，具體施工過(guò)程中采用強(qiáng)度規(guī)格為C60 的混凝土，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)對(duì)混凝土配比進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 腹板粘貼鋼板加固要點(diǎn)

案例工程中，技術(shù)人員依據(jù)實(shí)際情況決定在橋梁腹板兩側(cè)粘貼鋼板條，以實(shí)現(xiàn)對(duì)斜截面進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)目的。施工單位在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中首先針對(duì)斜裂縫較為嚴(yán)重的橋段進(jìn)行灌縫處理，隨后在腹板兩側(cè)進(jìn)行豎向鋼板條粘貼作業(yè)。針對(duì)增設(shè)轉(zhuǎn)向橫隔板的橋段，施工單位依照先粘貼鋼板后進(jìn)行澆筑的順序進(jìn)行作業(yè)。而其他梁段則依照先體外預(yù)應(yīng)力張拉后粘貼鋼板的順序進(jìn)行作業(yè)。此次施工過(guò)程中采用尺寸規(guī)格為100mm×10mm 的A3 鋼板，依照150mm 間距沿腹板全高度進(jìn)行粘貼作業(yè)。粘貼作業(yè)完成后對(duì)相關(guān)區(qū)域涂?jī)蓪蛹t丹底漆以及一層防銹漆進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前新時(shí)期背景下，加大橋梁加固技術(shù)研究以實(shí)現(xiàn)提升橋梁使用安全性已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，對(duì)推動(dòng)民眾出行安全以及提升區(qū)域聯(lián)系性方面具有重要意義。本文所研究案例在應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力束加固以及鋼板粘貼后，裂縫問(wèn)題得到有效控制，橋梁安全性顯著提升，由此可見(jiàn)本文所研究的加固技術(shù)具備推廣應(yīng)用價(jià)值。