汕頭海灣大橋混凝土箱梁頂板病害診治技術(shù)

林佳漫

(廣東汕頭海灣大橋有限公司，廣東 汕頭 515000)

1 橋梁概況

汕頭海灣大橋(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大橋”)是我國(guó)第一座現(xiàn)代化大跨度懸索橋，于1995年12月28日建成通車(chē)。大橋?yàn)榭绾９反髽颍沁B結(jié)廣東省深圳市、廣東省汕頭市、福建省廈門(mén)市3個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)的重要交通紐帶及經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈，全長(zhǎng)2 500 m，包括正橋、南引橋、北引橋三部分。正橋?yàn)槿珉p鉸預(yù)應(yīng)力混凝土懸索橋，跨徑布置為(154 m+452 m+154 m)。加勁主梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱形結(jié)構(gòu)，每間隔6 m布置一組吊索。

2 加勁梁結(jié)構(gòu)

加勁箱梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱形結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)為60號(hào)。梁體截面外輪廓為似橄欖的流線(xiàn)形狀，橋面寬24.2 m，梁中線(xiàn)高2.2 m，兩側(cè)邊腹板高0.9 m，箱梁頂板做成與路面橫坡一致的坡面。加勁梁節(jié)段平面圖見(jiàn)圖1，立面圖見(jiàn)圖2。

圖1 加勁梁節(jié)段平面圖(單位：cm)

圖2 加勁梁節(jié)段立面圖(單位：cm)

對(duì)應(yīng)梁上的吊點(diǎn)，在縱向每隔6 m設(shè)置一道實(shí)心主橫梁，相鄰主橫梁中間設(shè)空腹式副橫梁。

加勁梁分共計(jì)121節(jié)段，所有節(jié)段在工地預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)空腹式副橫梁現(xiàn)澆形成整體。預(yù)應(yīng)力體系：①橫向預(yù)應(yīng)力：在主橫梁下翼緣兩側(cè)設(shè)置鋼絞線(xiàn)，Rby=1860 MPa；②體內(nèi)預(yù)應(yīng)力：箱梁頂板內(nèi)配置7-7φ5 mm體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束；③體外預(yù)應(yīng)力：箱梁底板配置7-7φ5 mm體外高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)預(yù)應(yīng)力束。

3 頂板狀況

加勁梁部分箱室頂板存在縱向開(kāi)裂現(xiàn)象，除個(gè)別裂縫最大寬度>0.15 mm外，其余裂縫寬度一般≤0.10 mm。

出現(xiàn)頂板開(kāi)裂較多的箱室主要分布在N1墩(北邊墩)、S1墩(南邊墩)伸縮縫以及主塔過(guò)渡梁橋面板兩側(cè)。如圖3所示。

圖3 箱室內(nèi)頂板縱向裂縫

4 頂板受力分析

4.1 計(jì)算模型

采用ANSYS建立全橋空間桿系模型，分析的梁節(jié)段采用實(shí)體單元建立，實(shí)體節(jié)段模型中預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)采用三維桿單元模擬。橋梁有限元計(jì)算模型如圖4～5所示。

圖4 全橋整體模型

圖5 加勁梁節(jié)段實(shí)體模型

4.2 荷載工況及計(jì)算結(jié)果

1)荷載工況。重車(chē)荷載按照規(guī)范重量為55 t，實(shí)際情況下存在超重車(chē)現(xiàn)象，按照110 t考慮(據(jù)調(diào)查在設(shè)置治超站前每日有10%以上的車(chē)輛在55 t以上，少數(shù)超載車(chē)重量超過(guò)100 t)。

溫度梯度參考《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)，并考慮邊腹板外側(cè)升溫。

荷載組合一：110 t車(chē)(超載車(chē))；荷載組合二：110 t車(chē)+恒載；荷載組合三：110 t車(chē)+恒載+溫度梯度。

2)計(jì)算結(jié)果與分析。超重車(chē)單獨(dú)作用下的頂板應(yīng)力云圖如圖6～7所示。結(jié)果顯示，重車(chē)作用下主拉應(yīng)力峰值為2.45 MPa，超重車(chē)作用下主拉應(yīng)力峰值為5.83 MPa。

圖6 超載車(chē)作用頂板應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖7 (恒載+超載車(chē)+梯度溫度)頂板主應(yīng)力云圖(單位：MPa)

可以看出，在超載車(chē)作用下，頂板底面主拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，引起頂板開(kāi)裂，(恒載+超載車(chē)+正溫度梯度)組合作用下頂板底面主拉應(yīng)力峰值為3.63 MPa，與頂板底面出現(xiàn)的縱橋向開(kāi)裂現(xiàn)象是符合的。

5 維修設(shè)計(jì)

1)裂縫處理。如果裂縫的寬度超過(guò)0.15 mm,采取灌漿處理措施；如果裂縫的寬度在0.15 mm以?xún)?nèi)，則對(duì)所有裂縫作封閉處理。

2)缺陷修補(bǔ)。利用聚合物砂漿修補(bǔ)表層存在缺陷的混凝土。混凝土深層缺陷則需要使用環(huán)氧砂漿(混凝土)來(lái)修補(bǔ)。

3)粘貼碳纖維布。通過(guò)對(duì)開(kāi)裂頂板粘貼碳纖維布，使之與箱梁頂板形成整體，限制裂縫開(kāi)展，提高橋梁的耐久性。頂板底面粘貼碳纖維布，可與頂板一同受力，在一定程度上可提高結(jié)構(gòu)抗裂性，防止在超載及車(chē)輛沖擊荷載情況下底板再次出現(xiàn)裂縫。對(duì)頂板裂縫較多的箱室，采用粘貼碳纖維布進(jìn)行處理。頂板碳纖維布粘貼方案如圖8所示，碳纖維布共粘貼兩層，每幅寬度為50 cm，幅與幅之間重疊≥5 cm，幅條兩端分別設(shè)置一道壓條，碳布纖維方向與橫橋向平行。

4)粘貼碳纖維布施工。①基面處理，對(duì)粘貼區(qū)域混凝土表面全面打磨，除去表面雜物，保證表面平整清潔，暴露在基面外的鋼筋、預(yù)埋件及混凝土缺陷應(yīng)進(jìn)行處理，基層含水率要求<10%；②配制并涂刷底層樹(shù)脂，根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明嚴(yán)謹(jǐn)配制底層樹(shù)脂，在涂抹的過(guò)程中應(yīng)盡量做到薄且均勻，遇到鋼筋、凹凸不平等部位，需要多次涂刷，不過(guò)需注意涂刷的厚度應(yīng)控制在1 mm以?xún)?nèi)，待底層樹(shù)脂表面用手指觸摸發(fā)現(xiàn)已經(jīng)干燥后，則立即開(kāi)展下一道工序；③基面找平，涂刷樹(shù)脂后等待30～60 min，在基層中氣泡清除后，針對(duì)混凝土表面存在凹凸的部位行進(jìn)找平，通常使用2 m靠尺測(cè)量，應(yīng)保證平整度在3 mm以?xún)?nèi)且沒(méi)有棱角，同樣在找平工作完成后立即進(jìn)入下一道工序；④涂刷樹(shù)脂，將配制好的浸漬樹(shù)脂或粘貼樹(shù)脂均勻地涂抹在需要粘貼的混凝土表面上；⑤粘貼纖維布，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪纖維布，在指定部位粘貼好之后使用滾筒沿著纖維的方向反復(fù)滾壓，通過(guò)這種方式清除氣泡，注意滾壓過(guò)程中不能使纖維布受到損害，第一層纖維布表面干燥后要粘貼第二層，完成后在其表面涂抹浸漬樹(shù)脂；⑥表面防護(hù)，纖維布粘貼完成后進(jìn)行表面防護(hù)施工，防護(hù)材料與纖維布材料應(yīng)有可靠的粘貼。維修后效果如圖9所示。

圖9 箱室頂板碳纖維布粘貼方案示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

超載車(chē)作用下頂板底面產(chǎn)生橫橋向局部拉應(yīng)力，主拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，引起頂板底面縱向裂縫。本文針對(duì)不同寬度的裂縫及不同類(lèi)型的混凝土缺陷，提出合理的處理方案和施工工藝，恢復(fù)混凝土的整體性，提高橋梁的耐久性，并根據(jù)加勁梁頂板的受力特點(diǎn)，提出粘貼碳纖維布處理方案及施工工藝，限制裂縫發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力。

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