連續(xù)箱梁裂縫檢測評估與診治研究
——以同安大道橫四路跨線橋為例

程 曦，劉 華

1.南京市城市建設(shè)投資控股（集團）有限責任公司，江蘇 南京 210008

2.中鐵橋隧技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210061

1 項目概況

同安大道橫四路跨線橋為南北走向，上跨橫四路，平面位于直線上。根據(jù)縱斷面設(shè)計，橋梁縱斷面位于4%上坡及4%下坡路段上，曲線半徑為1600m。采用（3×30+4×30+3×30）m預應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，全橋共3聯(lián)，梁高均為1.8m，斜腹板，采用單箱三室截面。橫斷面布置為單幅橋，橋梁寬18m。橫斷面布置如下：18m=0.5m（防撞護欄）+8.0m（機動車道）+1.0m（鋼護欄）+8.0m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）。該檢測評估對象為橫四路跨線橋第二聯(lián)，即4×30m預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。橋型布置如圖1所示。

圖1 第二聯(lián)橋梁總體布置圖（單位：cm）

因橋梁工程建設(shè)需要，建設(shè)單位對同安大道橫四路跨線橋進行了橋梁靜、動載試驗。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，第二聯(lián)（4×30m）連續(xù)梁第三孔（P05～P06橋墩之間）梁底跨中截面前后各5m范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)8條橫向裂縫，裂縫長度最長約為8m，最寬約為0.12mm。對其中1條裂縫進行試驗加載監(jiān)測，空載狀態(tài)裂縫寬度為0.10mm，滿載狀態(tài)裂縫寬度增大至0.13mm，卸載后裂縫寬度恢復到空載狀態(tài)寬度。為進一步查明箱梁裂縫特征，判斷裂縫性質(zhì)，檢驗橋梁承載能力，評估該橋的實際結(jié)構(gòu)狀態(tài)，有必要對第二聯(lián)橋梁進行檢測試驗評估和維修方案設(shè)計。

2 檢測試驗結(jié)果

2.1 計算模型

采用Midas Civil 2015軟件建立該項目橋梁的空間桿系模型，計算模型如圖2所示。計算分析包括以下內(nèi)容：

圖2 第二聯(lián)預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁計算分析模型

（1）計算設(shè)計荷載作用下的箱梁關(guān)鍵截面內(nèi)力值；

（2）計算試驗車輛荷載作用下的箱梁關(guān)鍵截面內(nèi)力值和應(yīng)力、撓度理論值；

（3）計算結(jié)構(gòu)理論自振特性參數(shù)。

根據(jù)Midas理論計算結(jié)果，分別在第二跨跨中、第三跨跨中和P05墩墩頂設(shè)置控制截面，分別記作A、B、C截面，隨后在該截面進行實測。控制截面布置如圖3所示。

一詞多譯,在本文指一個術(shù)語有多個譯文版本的現(xiàn)象,既包含語義無實質(zhì)偏差的譯文,也包含存在語義偏差的譯文。

圖3 第二聯(lián)橋梁靜載試驗控制截面布置圖（單位：cm）

2.2 應(yīng)力測試結(jié)果及分析

在對稱荷載作用下，A截面主要測點實測應(yīng)變介于21～30με，主要測點撓度校驗系數(shù)介于0.53～0.72；B截面主要測點實測應(yīng)變介于22～32με，主要測點撓度校驗系數(shù)介于0.53～0.76；C截面主要測點實測應(yīng)變介于-19～-13με，主要測點撓度校驗系數(shù)介于0.46～0.67。在偏心荷載作用下，A截面主要測點實測應(yīng)變介于9～24με，主要測點撓度校驗系數(shù)介于0.67～0.77；B截面主要測點實測應(yīng)變介于8～18με，主要測點撓度校驗系數(shù)介于0.47～0.68。分析可得，主要測點撓度校驗系數(shù)均小于1，表明結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求；卸載后，主要測點殘余變形率均小于20%，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

2.3 撓度測試結(jié)果及分析

試驗荷載作用下，主梁第二跨和第三跨跨中截面實測撓度對比如圖4、圖5所示。

圖4 對稱荷載作用下跨中撓度對比圖

圖5 偏心荷載作用下跨中撓度對比圖

從上述實測撓度對比分析可知，在相同的對稱荷載作用下，第二跨和第三跨跨中截面實測撓度方向一致、量值相當；在相同的偏心荷載作用下，第二跨和第三跨跨中截面左右側(cè)實測撓度方向一致、量值相當。說明上述兩跨箱梁縱向抗彎剛度和橫向剛度基本相當，表明第三跨梁底裂縫對箱梁剛度無明顯影響。

2.4 自振特性試驗

將通過Midas計算得出的理論模態(tài)振型與實測模態(tài)振型進行對比，自振特性參數(shù)如表1所示。

表1 理論與實測自振特性參數(shù)對比表

由自振特性參數(shù)測試結(jié)果可以看出，實測振型與理論振型吻合度較好，實測各階頻率均大于相應(yīng)理論計算頻率值，表明橋梁實際整體剛度較好。

2.5 動力響應(yīng)試驗

當試驗車以不同速度通過該橋時，對沖擊系數(shù)進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 不同車速沖擊系數(shù)表

3 裂縫成因分析

3.1 裂縫性質(zhì)判斷

（1）根據(jù)收集到的施工、監(jiān)理資料，主梁模板工程按照施工方案要求施工，未見截面尺寸不合規(guī)、混凝土超方和截面特性薄弱情況。

（2）根據(jù)收集到的施工、監(jiān)理資料，第二聯(lián)橋梁箱梁混凝土強度滿足設(shè)計要求。

（3）根據(jù)收集到的施工、監(jiān)理資料，第二聯(lián)橋梁主梁預應(yīng)力均已張拉，且張拉控制參數(shù)滿足施工規(guī)范要求。

（4）第二跨（跨中區(qū)域無裂縫）和第三跨（跨中區(qū)域有裂縫）跨中截面主要測點應(yīng)力校驗系數(shù)且較為接近，主要測點撓度校驗系數(shù)較為接近，殘余應(yīng)變/變形率均小于20%；跨裂縫測點在試驗車輛荷載作用下，應(yīng)變測點應(yīng)變明顯增大，裂縫寬度變化為0.01～0.02mm，卸載后，裂縫處應(yīng)變和寬度基本恢復原狀；主梁基頻約為4.432Hz，大于理論計算值3.77Hz。試驗表明主梁均處于彈性工作狀態(tài)，裂縫處截面能共同參與結(jié)構(gòu)受力。

（5）計算分析顯示，由縱向預應(yīng)力損失造成的底板拉應(yīng)力量值和分布應(yīng)致使邊跨裂縫較中跨嚴重，且邊腹板下緣較中腹板下緣嚴重，這與該橋底板裂縫實際分布情況不符。

（6）計算分析顯示，即使第二聯(lián)第三跨底板縱向預應(yīng)力鋼束不張拉，恒載狀態(tài)下其底板混凝土仍處于受壓狀態(tài)，再計入試驗車輛荷載作用，第三跨底板混凝土接近消壓狀態(tài)，但仍然未出現(xiàn)拉應(yīng)力。綜上所述，同安大道橫四路跨線橋第三聯(lián)底板橫向裂縫為非結(jié)構(gòu)受力裂縫。

3.2 成因分析

結(jié)合上述因素分析，第二聯(lián)橋梁底板橫向裂縫主要成因如下：

（1）橋跨箱梁采用縱向分段、豎向分層現(xiàn)澆施工，由于分層澆筑時間間隔較長，且部分橋跨為高溫澆筑，第一層澆筑的底板混凝土已臨近初凝，后續(xù)腹板和頂板澆筑的混凝土相當于外荷載作用于底板上，此時底板強度尚未形成，從而導致開裂；

（2）施工采用鋼管柱支撐加貝雷片作為支架系統(tǒng)，該支架未經(jīng)預壓，存在非彈性變形，在后續(xù)施工的腹板和頂板混凝土連續(xù)澆筑加載作用下，底板模板隨同支架系統(tǒng)發(fā)生變形，導致箱梁底板開裂；

（3）第三跨底板澆筑時間為正午時分，氣溫較高，且經(jīng)過連續(xù)長時間施工，在澆筑振搗操作可能存在一定的懈怠，導致局部區(qū)域混凝土發(fā)生離析，混凝土內(nèi)部勻質(zhì)性降低，導致混凝土各部位的收縮不一致，容易使混凝土出現(xiàn)裂縫。

4 維修處治方案

4.1 裂縫處治

（1）裂縫灌漿：裂縫寬度≥0.15mm時，進行灌漿處理。裂縫灌漿目的是靠黏結(jié)劑的黏結(jié)力將結(jié)構(gòu)內(nèi)部組織重新結(jié)合為整體，恢復應(yīng)有的強度。同時阻斷空氣和水分進入梁體，避免腐蝕鋼筋和混凝土，提高結(jié)構(gòu)耐久性和抗?jié)B性。

（2）裂縫封閉：裂縫寬度＜0.15mm時，進行封閉處理。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，需說明的是在粘貼碳纖維范圍內(nèi)可不做裂縫封閉處理。

4.2 粘貼碳纖維布

采用專用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維布一層縱向粘貼于主梁混凝土底表面，使之與結(jié)構(gòu)形成整體，共同工作，其作用如下：

（1）防止箱梁底板繼續(xù)開裂。粘貼在結(jié)構(gòu)表面的碳纖維布能主梁結(jié)構(gòu)共同承擔活載作用，防止在后期運營車輛荷載作用下箱梁底板裂縫繼續(xù)發(fā)展以及新的裂縫產(chǎn)生；

（2）箱梁底板存在較多細小裂縫及其他缺陷，通過粘貼碳纖維布及其表面防護，提高橋梁耐久性；

（3）適當提高橋梁承載能力。箱梁頂板底面粘貼碳纖維布相當于增設(shè)了抗拉鋼筋，通過纖維布和原有構(gòu)件的共同作用，提高橋梁的承載力。

5 結(jié)束語

為了解某箱梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀況和具體病害特征，文章對該橋上部結(jié)構(gòu)進行檢測評估，通過收集資料，全面了解橋梁施工建造和歷次檢測情況，并結(jié)合外觀和裂縫檢測，了解箱梁裂縫分布情況及特征參數(shù)，為結(jié)構(gòu)評估提供了支撐。在此基礎(chǔ)上進行了荷載試驗，測試箱梁關(guān)鍵截面的應(yīng)力、撓度、自振及動力性能參數(shù)，為評價箱梁結(jié)構(gòu)整體強度和剛度提供了技術(shù)依據(jù)。通過分析檢測結(jié)果，對主橋箱梁結(jié)構(gòu)進行了檢算評估，為橋梁維修處治提供了參考依據(jù)。最后，根據(jù)評估結(jié)果，對箱梁現(xiàn)有裂縫提出了處治維修方案。