武夷宮大橋病害分析及維修處治方案

■官 宇

（福建武夷山旅游發(fā)展股份有限公司，武夷山 354300）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，公路技術(shù)等級(jí)的提高，部分橋梁因早期設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低、車輛超載、管護(hù)不到位等問題，逐漸出現(xiàn)一些病害，導(dǎo)致橋梁的承載能力、穩(wěn)定性和可靠性降低，嚴(yán)重影響交通出行安全。 因此，對(duì)橋梁進(jìn)行維修處治迫在眉睫。 粘碳纖維布法強(qiáng)度高、耐久性好，工藝簡單，近年來理論與試驗(yàn)研究逐漸完善成熟， 從最先應(yīng)用在航天、航空領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大至土木工程加固修復(fù)領(lǐng)域[1]。

1 工程概述

武夷宮大橋位于九曲溪和崇陽溪的交匯口，南至景區(qū)南入口、西至星村西入口竹筏碼頭、北至景區(qū)北入口和三姑度假區(qū)， 周邊無可繞行的其他道路，是武夷山景區(qū)的咽喉要道，對(duì)景區(qū)的正常運(yùn)行和周邊居民出行影響較大。

該橋建于1960 年，全長151.4 m。 設(shè)計(jì)荷載：汽-13，拖-60 級(jí)。 上部為8×17 m 鋼筋混凝土T 型梁橋；下部為現(xiàn)澆混凝土實(shí)體橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)、砌石橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬7.5 m，凈5.5 m（行車道）+2×1.0 m（人行道）[2-3]。 橋梁斷面如圖1 所示。

圖1 武夷宮大橋橋梁布置圖

2 維修處治前檢測

2.1 主要病害

主要病害如下：（1）上部結(jié)構(gòu)：全橋32 片T 梁共有56 條豎向裂縫，縫寬0.10～0.18 mm，縫長共計(jì)59.80 m；1 條斜向裂縫，縫寬0.18 mm，縫長0.30 m；2 處混凝土析白，總面積0.06 m2；2 處混凝土蜂窩麻面，總面積0.20 m2，全橋鋼支座銹蝕。 （2）下部結(jié)構(gòu)：墩臺(tái)身共5 處磨損，基礎(chǔ)共4 處沖刷、露石現(xiàn)象，河床局部有漂流物，堵塞河道。 （3）橋面系：橋面鋪裝共8 處破損、坑槽，主要位于主梁接縫處，總面積面積16.8 m2；人行道鋪裝共32 處破損，總面積6.72 m2。 全橋人行道欄桿銹蝕，欄桿1 處斷裂、2 處傾斜。

2.2 材質(zhì)狀況

梁體混凝土回彈推定強(qiáng)度在30.3～35.8 MPa，由于本橋原始設(shè)計(jì)資料缺失，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度未知，且混凝土構(gòu)件齡期已超過1000 d，故不對(duì)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。 所測梁片鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度最低為2，鋼筋有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不確定，可能坑蝕。 所測梁片混凝土碳化深度評(píng)定標(biāo)度均為1。 所測梁片鋼筋直徑為32 mm，鋼筋間距為100 mm；混凝土保護(hù)層厚度為28～38 mm。

2.3 靜動(dòng)載試驗(yàn)

（1）靜載試驗(yàn)：試驗(yàn)荷載作用下，主要測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、撓度校驗(yàn)系數(shù)大于1，卸載后，部分測點(diǎn)相對(duì)殘余應(yīng)變大于20%。 （2）動(dòng)載試驗(yàn)：實(shí)測基頻8.35 Hz，大于理論計(jì)算值，無障礙行車下測得最大沖擊系數(shù)為0.23。

2.4 承載力評(píng)價(jià)

依據(jù)公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程，檢算結(jié)果如表1 所示。 經(jīng)荷載試驗(yàn)與承載能力檢算評(píng)定分析， 該橋作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)比值在1.0～1.2 且主要測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)大于1、殘余應(yīng)變超過20%，因而判定該橋橋梁承載能力不滿足汽-13 級(jí)的設(shè)計(jì)荷載要求[4]。

表1 正截面抗彎承載能力檢算

3 維修處治方案選用

3.1 外觀病害處治

外觀病害處治如下：（1）對(duì)寬度＜0.15 mm 的裂縫采用表面封閉修補(bǔ)，涂刷專用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行裂縫封閉，涂刷前要清洗清除裂縫兩側(cè)的灰塵水漬或是松脫物及碳化的混凝土面層，修補(bǔ)后表面要與原有表層基本一致；對(duì)于寬度≥0.15 mm 時(shí)，應(yīng)采用壓力注漿修補(bǔ)；（2）對(duì)混凝土表面病害，可以采用環(huán)氧砂漿或環(huán)氧混凝土對(duì)混凝土破損銹脹區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)。

3.2 主梁處治

由于本橋承載力不足，對(duì)橋梁處治的幾種方案進(jìn)行比選[5]。 處治方案及特性如表2 所示。

表2 處治方案比選

該橋是景區(qū)的咽喉要道，南北西三個(gè)入口的交叉口，游客轉(zhuǎn)乘、區(qū)內(nèi)居民和上游鎮(zhèn)村居民出行的必經(jīng)之路，采用粘碳纖維布法不僅可以保障景區(qū)內(nèi)的日常生產(chǎn)不中斷，同時(shí)避免加固過程中對(duì)梁體造成不確定的損傷。 本次采用無間隔粘貼三層碳布與壓條，同時(shí)表面噴涂聚合物砂漿，在確保橋梁安全同時(shí)最大程度上保持了該橋原有外形和風(fēng)貌，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一；經(jīng)濟(jì)方面，碳纖維布價(jià)格雖然相對(duì)較高，但是施工相對(duì)簡單，速度快，相應(yīng)縮短了工期，減輕了景區(qū)運(yùn)營壓力，因此該方法在整體經(jīng)濟(jì)效益上具備優(yōu)勢。

采用碳纖維布加固中應(yīng)防止為避免超筋而導(dǎo)致受拉鋼筋達(dá)到屈服前，受壓區(qū)混凝土先破壞和在達(dá)到正截面極限承載力前，碳布與混凝土發(fā)生剝離破壞。本次采用U 型壓條能有效避免剝離破壞，通過計(jì)算采用三層碳布時(shí)，受壓區(qū)高度x 不大于0.8 ξbh0可以控制不產(chǎn)生超筋現(xiàn)象[6]。經(jīng)驗(yàn)算，加固后橋梁抗彎極限承載能力由加固前1785 kN·m 提升至1920 kN·m，大于最大作用效應(yīng)1822 kN·m，滿足要求。

4 橋梁維修處治后檢測結(jié)果

4.1 檢測結(jié)果

該橋維修處治后，對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)收前的復(fù)檢，經(jīng)靜力荷載試驗(yàn)表明該橋經(jīng)維修處治后主要測點(diǎn)撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，相對(duì)殘余變形、應(yīng)變均未超過20%，該橋承載力滿足設(shè)計(jì)荷載汽-13 級(jí)要求。

4.2 檢測結(jié)果分析

表3、表4 分別為試驗(yàn)荷載作用下，加固前后橋梁試驗(yàn)截面撓度、應(yīng)邊測試的對(duì)比數(shù)據(jù)，由表可知：（1）維修處治后比處治前撓度測值降低了8.87%～10.19%；（2）維修處治后比處治前應(yīng)變測值降低了10.64%～14.81%。在外荷載一定下，撓度與結(jié)構(gòu)剛度成反比，分析試驗(yàn)結(jié)果得到，本次維修處治后橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度提高約9.73%～11.34%。

表3 加固前后橋梁撓度實(shí)測值比較

表4 加固前后橋梁應(yīng)變實(shí)測值比較

5 結(jié)語

本次武夷宮大橋維修處治工程中主梁采用粘貼碳纖維方法加固，工期短，對(duì)日常交通、景區(qū)運(yùn)營影響小。 通過驗(yàn)算分析，加固后橋梁抗彎極限承載能力由加固前1785 kN·m 提升至1920 kN·m。經(jīng)荷載試驗(yàn)， 加固后橋梁撓度、 應(yīng)變測試值分別降低8.87%～10.19%、10.64%～14.81%， 說明加固后橋梁工作狀態(tài)良好，粘貼碳纖維布能有效提高了橋梁承載力與整體剛度。