武夷宮大橋病害分析及維修處治方案

■官 宇

（福建武夷山旅游發展股份有限公司，武夷山 354300）

隨著我國科學技術的發展和進步，公路技術等級的提高，部分橋梁因早期設計荷載標準低、車輛超載、管護不到位等問題，逐漸出現一些病害，導致橋梁的承載能力、穩定性和可靠性降低，嚴重影響交通出行安全。 因此，對橋梁進行維修處治迫在眉睫。 粘碳纖維布法強度高、耐久性好，工藝簡單，近年來理論與試驗研究逐漸完善成熟， 從最先應用在航天、航空領域逐漸擴大至土木工程加固修復領域[1]。

1 工程概述

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

該橋建于1960 年，全長151.4 m。 設計荷載：汽-13，拖-60 級。 上部為8×17 m 鋼筋混凝土T 型梁橋；下部為現澆混凝土實體橋墩擴大基礎、砌石橋臺擴大基礎。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）上部結構：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）下部結構：墩臺身共5 處磨損，基礎共4 處沖刷、露石現象，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 材質狀況

梁體混凝土回彈推定強度在30.3～35.8 MPa，由于本橋原始設計資料缺失，混凝土設計強度未知，且混凝土構件齡期已超過1000 d，故不對構件混凝土強度進行評定。 所測梁片鋼筋銹蝕電位評定標度最低為2，鋼筋有銹蝕活動性，但銹蝕狀態不確定，可能坑蝕。 所測梁片混凝土碳化深度評定標度均為1。 所測梁片鋼筋直徑為32 mm，鋼筋間距為100 mm；混凝土保護層厚度為28～38 mm。

2.3 靜動載試驗

（1）靜載試驗：試驗荷載作用下，主要測點應變校驗系數、撓度校驗系數大于1，卸載后，部分測點相對殘余應變大于20%。 （2）動載試驗：實測基頻8.35 Hz，大于理論計算值，無障礙行車下測得最大沖擊系數為0.23。

2.4 承載力評價

依據公路橋梁承載能力檢測評定規程，檢算結果如表1 所示。 經荷載試驗與承載能力檢算評定分析， 該橋作用效應與抗力效應比值在1.0～1.2 且主要測點校驗系數大于1、殘余應變超過20%，因而判定該橋橋梁承載能力不滿足汽-13 級的設計荷載要求[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）對寬度＜0.15 mm 的裂縫采用表面封閉修補，涂刷專用環氧樹脂膠進行裂縫封閉，涂刷前要清洗清除裂縫兩側的灰塵水漬或是松脫物及碳化的混凝土面層，修補后表面要與原有表層基本一致；對于寬度≥0.15 mm 時，應采用壓力注漿修補；（2）對混凝土表面病害，可以采用環氧砂漿或環氧混凝土對混凝土破損銹脹區域進行修補。

3.2 主梁處治

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

表2 處治方案比選

該橋是景區的咽喉要道，南北西三個入口的交叉口，游客轉乘、區內居民和上游鎮村居民出行的必經之路，采用粘碳纖維布法不僅可以保障景區內的日常生產不中斷，同時避免加固過程中對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，同時表面噴涂聚合物砂漿，在確保橋梁安全同時最大程度上保持了該橋原有外形和風貌，與周邊環境協調統一；經濟方面，碳纖維布價格雖然相對較高，但是施工相對簡單，速度快，相應縮短了工期，減輕了景區運營壓力，因此該方法在整體經濟效益上具備優勢。

采用碳纖維布加固中應防止為避免超筋而導致受拉鋼筋達到屈服前，受壓區混凝土先破壞和在達到正截面極限承載力前，碳布與混凝土發生剝離破壞。本次采用U 型壓條能有效避免剝離破壞，通過計算采用三層碳布時，受壓區高度x 不大于0.8 ξbh0可以控制不產生超筋現象[6]。經驗算，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1822 kN·m，滿足要求。

4 橋梁維修處治后檢測結果

4.1 檢測結果

該橋維修處治后，對其進行了驗收前的復檢，經靜力荷載試驗表明該橋經維修處治后主要測點撓度、應變校驗系數均小于1，相對殘余變形、應變均未超過20%，該橋承載力滿足設計荷載汽-13 級要求。

4.2 檢測結果分析

表3、表4 分別為試驗荷載作用下，加固前后橋梁試驗截面撓度、應邊測試的對比數據，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變測值降低了10.64%～14.81%。在外荷載一定下，撓度與結構剛度成反比，分析試驗結果得到，本次維修處治后橋梁結構整體剛度提高約9.73%～11.34%。

表3 加固前后橋梁撓度實測值比較

表4 加固前后橋梁應變實測值比較

5 結語

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，對日常交通、景區運營影響小。 通過驗算分析，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。經荷載試驗， 加固后橋梁撓度、 應變測試值分別降低8.87%～10.19%、10.64%～14.81%， 說明加固后橋梁工作狀態良好，粘貼碳纖維布能有效提高了橋梁承載力與整體剛度。