病害橋梁維修加固設(shè)計(jì)探討
——以某城市橋梁為例

吳勝?gòu)V

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司廣東分院，廣東廣州 510000）

1 工程概述

本橋梁位于某城市快速路上，橋梁總長(zhǎng)為285m，分兩幅修建，跨徑組合為4m×25m+（25+35+25）m+4m×25m；單幅橋?qū)?3m，橫向布置為0.5m（防撞墻）+12m（車行道）+0.5m（防撞墻）。橋面結(jié)構(gòu)形式為瀝青混凝土鋪裝層；上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土工型梁橋；下部結(jié)構(gòu)為板式橋墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

圖1 橋梁橫斷面布置

橋梁養(yǎng)護(hù)類別為Ⅱ類，養(yǎng)護(hù)等級(jí)為Ⅰ等，屬于大橋。該橋設(shè)計(jì)荷載為汽-超20、掛-120，該橋竣工時(shí)間為2001 年12 月。

檢測(cè)報(bào)告結(jié)果顯示，該橋左幅橋橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為C 級(jí)，右幅橋橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為D 級(jí)，最終被評(píng)定為D 級(jí)。

2 橋梁檢測(cè)

2.1 常規(guī)檢測(cè)

經(jīng)定期外觀檢測(cè)，結(jié)合BCI 評(píng)分，發(fā)現(xiàn)如下主要病害：①橋面系：伸縮縫普遍堵塞、橋面鋪裝網(wǎng)裂、縱裂；②上部結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)翼板底板共有十余處銹脹露筋類表觀病害，總面積為0.56m2；預(yù)制搭板普遍存在銹跡、網(wǎng)裂和縱裂，最大寬度為0.1mm，R2-3-7#預(yù)制搭板有4 條縱裂寬度為0.78mm 的受力裂縫；③下部結(jié)構(gòu)：蓋梁普遍存在滲水、破損、銹脹、露筋等二十余處表觀病害，橋臺(tái)存在滲水、破損、銹脹、露筋等十余處表觀病害及4 條裂縫，支座普遍脫空變形。

2.2 動(dòng)靜荷載檢測(cè)

動(dòng)靜荷載檢測(cè)結(jié)果顯示，該橋右幅第2 跨主梁承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載“汽-超20、掛-120”的要求，預(yù)制搭板承載能力不滿足設(shè)計(jì)荷載“汽-超20、掛-120”的要求，整體結(jié)構(gòu)承載能力不滿足設(shè)計(jì)荷載“汽-超20、掛-120”的要求。

3 維修加固設(shè)計(jì)思路

根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果以及對(duì)病害原因的分析，針對(duì)橋梁出現(xiàn)的損傷情況，分析損傷病理，提出整體維修局部加固技術(shù)思路：

（1）根據(jù)橋檢結(jié)果，分析病害的發(fā)生原因，對(duì)已發(fā)育的病害分別處置：①若產(chǎn)生的病害主要是由于原橋梁結(jié)構(gòu)承載能力不足所產(chǎn)生，則采用缺陷修復(fù)和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等措施，確保結(jié)構(gòu)安全[1]；②若產(chǎn)生的病害不危及橋梁安全，主要是施工過程中的質(zhì)量缺陷和使用過程中的破壞等因素所導(dǎo)致，則采取以缺陷修復(fù)為主、局部拆除重建的措施，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用耐久性；③對(duì)橋梁伸縮縫、排水口、支座等附屬設(shè)施根據(jù)檢查情況，給予更換、補(bǔ)充和修復(fù)，以提高和完善橋梁運(yùn)營(yíng)功能，改善橋面服務(wù)水平；④對(duì)橋梁鋪裝層，根據(jù)檢查情況，給予修復(fù)和翻新，以提高橋梁整體景觀及行車舒適性，以提高橋梁整體耐久性。

（2）結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)、場(chǎng)地條件，采取科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、高效的維修加固措施和維修加固工藝，并提出合理的施工指導(dǎo)意見。

（3）針對(duì)病害發(fā)展情況，分析缺陷發(fā)育機(jī)制，遵循動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)發(fā)展。

3 主要病害成因分析及處理

3.1 橋面板穿孔、搭板裂縫、滲水

全橋預(yù)制搭板都普遍存在銹跡、縱裂、網(wǎng)裂，部分預(yù)制搭板出現(xiàn)銹漲露筋，且裂縫有所發(fā)展。橋面板搭板開裂，對(duì)應(yīng)橋面鋪裝產(chǎn)業(yè)反射裂縫，進(jìn)而發(fā)展為搭板漏水甚至橋面板穿孔。

橋面板病害主要由于橋面板作為后期現(xiàn)澆構(gòu)件，整體性差，承載能力不足，在后期高負(fù)荷工作中，損傷累計(jì)并不斷發(fā)育，直至破壞[2]。

橋面板作為重要的受力構(gòu)件，病害發(fā)展后隱患較大，需拆除重建。拆除現(xiàn)狀橋面板，采用滿堂支架、安全擋板及尼龍編織布搭設(shè)混凝土拆除臨時(shí)防護(hù)支架，以確保拆除過程中工字梁的安全和穩(wěn)定，以及防止混凝土塊體墜落造成以外事故。拆除橋面板時(shí)，原梁體頂面鋼筋及懸臂板鋼筋均應(yīng)保留。澆筑20cmC50 鋼筋混凝土前，應(yīng)采用高壓水沖洗梁頂面，并涂刷E200 界面劑[3]。

為提高工字型梁整體穩(wěn)定性，分別在25m 跨跨中、35m 跨1/4 及3/4 跨處設(shè)置橫隔板，以改善梁體整體受力性能。橫隔板厚度為20cm，高度為1.2m，采用在主梁上植筋后支模澆筑混凝土。

3.2 結(jié)構(gòu)裂縫、破損、露筋

該橋橋臺(tái)存在豎向裂縫，橋梁翼板與蓋梁普遍存在滲水、破損、銹脹、露筋，且結(jié)構(gòu)局部破損、銹脹露筋為主要病害。

橋臺(tái)豎向裂縫可能是由于溫度變化引起混凝土伸縮產(chǎn)生。微小裂縫、破損露筋為橋梁常規(guī)非結(jié)構(gòu)性病害，混凝土施工質(zhì)量、后期養(yǎng)護(hù)、鋼筋保護(hù)層偏薄、混凝土碳化等均可能導(dǎo)致混凝土開裂、破損，鋼筋露筋、銹蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性[4]。

混凝土開裂在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中是較為常見現(xiàn)象。為了減慢外界的腐蝕介質(zhì)對(duì)混凝土、鋼筋的侵蝕作用，保障結(jié)構(gòu)的耐久性，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫需要及時(shí)處治。一般情況下，普通混凝土裂縫寬度不小于0.2mm 時(shí)不影響結(jié)構(gòu)的正常使用。對(duì)于裂縫寬度不超過0.15mm 且屬于表層裂縫時(shí)可采用刷圖封閉膠進(jìn)行處理，對(duì)裂縫寬度超過0.15mm 的裂縫采用裂縫灌注封閉膠處理。

圖2 裂縫處理工藝

橋梁結(jié)構(gòu)存在混凝土破損、露筋銹脹將引起保護(hù)層碳化剝落，使鋼筋直接與大氣接觸，進(jìn)一步加劇缺陷。混凝土破損修復(fù)可采用可將麻面、松散、剝落的混凝土用吹掃工具清除干凈，直至露出新鮮、堅(jiān)固的基面。基面處需保持整潔，做好保護(hù)，避免油污、灰塵等污染。對(duì)于混凝土缺陷深度超過10cm，破損面積超過0.1m2時(shí)，缺陷部位表面需鑿成鋸齒狀或者方波型，修復(fù)基面的判斷標(biāo)準(zhǔn)以能夠看見新鮮混凝土粗骨料為宜。

針對(duì)鋼筋銹蝕膨脹較為嚴(yán)重的處理方法：先按照上述方法進(jìn)行疏松混凝土的鑿除及銹蝕鋼筋的除銹工作，補(bǔ)焊鋼筋，焊接長(zhǎng)度不小于主筋直徑的10 倍，補(bǔ)焊鋼筋長(zhǎng)度需完全覆蓋銹蝕范圍，相應(yīng)斷開的箍筋需焊接恢復(fù)。

圖3 露筋處理工藝

3.3 支座脫空

本橋?yàn)楹?jiǎn)支梁橋，原設(shè)計(jì)采用板式橡膠支座。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，全橋普遍出現(xiàn)支座脫空變形情況。

支座脫空情況在裝配式多支座橋梁中經(jīng)常發(fā)生，主要橫向荷載分布不均勻及構(gòu)件老化速率不一致等因素影響，橫向各支座應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)不一致，導(dǎo)致部分支座提前破壞，反力向剩余支座轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致支座陸續(xù)脫空變形。

支座變形是正常受力引起的，合理的支座變形是允許的，但是變形超過規(guī)范允許值必須更換，以免影響支座的正常使用。擬對(duì)全橋支座進(jìn)行更換，并對(duì)銹蝕支座鋼墊板進(jìn)行除銹防銹處理。支座采用球冠板式橡膠支座D350mm×78mm，伸縮縫處支座采用相應(yīng)滑動(dòng)支座。

4 結(jié)束語(yǔ)

橋梁工作環(huán)境較為復(fù)雜，病害發(fā)生、發(fā)展具有不確定性，需加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)橋梁的觀測(cè)、檢測(cè)工作，用科學(xué)手段評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。針對(duì)橋梁病害，應(yīng)深入分析病害形成原因及發(fā)育機(jī)理，結(jié)合現(xiàn)狀使用條件，提出有效的設(shè)計(jì)解決方案，為舊橋梁注入新活力，為交通事業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。