某預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土寬空心橋面病害診斷與處治

某預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土寬空心橋面病害診斷與處治

1空心板、預(yù)應(yīng)力束結(jié)構(gòu)一個(gè)橋的直徑為3.20米，全長(zhǎng)為72.04米。橋梁橫斷面布置為0.5m(欄桿)+12.0m(行車道)+0.5m(欄桿),全寬13.0m。該橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板,簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),橋面連續(xù)。每跨由6塊中板、2塊邊板組成?？招陌蹇v向采用變高度:距梁端0~2m范圍內(nèi),梁高90cm;2~3m范圍內(nèi),梁高由90cm漸變到80cm;跨中部分梁高80cm。每塊板板寬162cm,板內(nèi)挖空為142cm×60cm,上倒角為12cm×12cm,下倒角為10cm×10cm?？招陌寤炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為40號(hào)(原設(shè)計(jì)按老標(biāo)準(zhǔn)),預(yù)應(yīng)力束全部設(shè)置在空心板底板上,底板截面配置3束KBM15-5鋼絞線,鋼絞線截面積2085mm2。水泥混凝土橋面鋪裝厚度13cm,全橋在0、3號(hào)臺(tái)處各設(shè)1道40型橡膠伸縮縫。支座采用直徑15cm、高2.8cm的球冠支座。下部結(jié)構(gòu):橋墩采用雙柱式墩,擴(kuò)大基礎(chǔ);橋臺(tái)采用漿砌塊石重力式U型橋臺(tái),擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為汽-20,掛-100。該橋于1997年建成通車,橋梁全景如圖1所示。2上部結(jié)構(gòu)的主要疾病經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該橋上部結(jié)構(gòu)主要存在以下病害。2.1混凝土層頂設(shè)計(jì)1)橋面鋪裝:混凝土露骨和伸縮縫附近橋面鋪裝損壞較嚴(yán)重(圖2、圖3)。橋面鋪裝沿鉸縫處有非常明顯的縱向裂縫(圖4)。從原設(shè)計(jì)圖得知,該橋橋面鋪裝鋼筋直徑為Φ6mm,間距10cm。2)板梁間鉸縫:板梁間鉸縫未按設(shè)計(jì)要求施工,鉸縫內(nèi)混凝土已部分脫落(圖5),鉸縫破損處混凝土表面為光面。3)泄水孔:每跨在兩側(cè)各設(shè)5個(gè)泄水孔。經(jīng)調(diào)查,全橋大多數(shù)泄水孔有堵塞現(xiàn)象。由于長(zhǎng)時(shí)間積水浸潤(rùn)周邊混凝土,混凝土被腐蝕,出現(xiàn)白色結(jié)晶,呈“白花”現(xiàn)象。4)伸縮縫:橡膠伸縮縫已基本損壞,橋臺(tái)伸縮縫處滲水嚴(yán)重。2.2接枝長(zhǎng)沿板長(zhǎng)延伸到另一端變截面每塊板底面均有1~3條縱向裂縫,裂縫從板的一端變截面處開始,沿板長(zhǎng)延伸到另一端變截面處結(jié)束。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,裂縫寬0.10~0.25mm,裂縫深10~24mm,裂縫位置與底板預(yù)應(yīng)力束波紋管位置基本一致(圖6)。3疾病原因的診斷3.1鉸縫處產(chǎn)生縱向裂縫1)汽車荷載特別是高速行駛的大型重車產(chǎn)生的沖擊力和破壞力是伸縮縫損壞的主要原因,伸縮縫損壞后,導(dǎo)致伸縮縫附近橋面鋪裝破壞。2)預(yù)制梁橋鉸縫處是受力復(fù)雜、混凝土最薄弱的部位,最容易受到侵蝕和破壞。鉸縫處產(chǎn)生縱向裂縫主要有以下幾方面原因。(1)早期在設(shè)計(jì)上對(duì)鉸縫認(rèn)識(shí)不足,板與板之間設(shè)計(jì)的連接鋼筋較少,板之間的連接作用薄弱;鉸縫的設(shè)計(jì)尺寸較小,施工不易操作,混凝土不易密實(shí),難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(2)施工不嚴(yán)格,沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。部分鉸縫混凝土欠密實(shí),施工中易形成單板受力。(3)近年來(lái),超載超重車輛增多,致使鉸縫部位過(guò)早出現(xiàn)裂縫。綜上所述,鉸縫在橋梁使用過(guò)程中難以起到加強(qiáng)梁板橫向聯(lián)系的作用,易引起橋面鋪裝過(guò)早產(chǎn)生縱向通長(zhǎng)裂縫。同時(shí)橋面鋪裝的損壞加劇了梁板的單板受力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致板梁破壞。3.2混凝土縱向裂縫空心板底板縱向裂縫一般在預(yù)應(yīng)力筋的位置,多數(shù)裂縫內(nèi)有滲水跡象。梁底產(chǎn)生縱向裂縫的原因主要有:1)梁板設(shè)計(jì)底板厚度偏小,僅為10cm。預(yù)應(yīng)力筋全部布設(shè)在底板內(nèi),導(dǎo)致金屬波紋管保護(hù)層較小,不滿足JTJ023—85《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定“波紋管道至構(gòu)件底面邊緣的凈距不小于5cm”的限值要求。另外,空心板混凝土澆筑過(guò)程中,波紋管底部混凝土振搗可能不夠密實(shí),這部分混凝土與其他混凝土的彈性模量、收縮徐變等可能有所不同。因此,導(dǎo)致波紋管底部混凝土容易出現(xiàn)縱向裂縫。2)梁板梁寬度偏大。在其他條件不變的情況下,隨著寬度增加,梁板橫向彎矩也隨之增大,造成底板橫向應(yīng)力也相應(yīng)增大。且設(shè)計(jì)時(shí)底板有鋼絞線通過(guò),這種布束方式容易造成應(yīng)力集中,增加了底板產(chǎn)生縱向裂縫的可能性。另外,由于空心板底面多處破損,氣溫變化和雨水滲入,進(jìn)一步加速了預(yù)應(yīng)力筋管道腐蝕和裂縫發(fā)展,導(dǎo)致局部底板縱向裂縫貫穿,局部滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。底板底面出現(xiàn)的縱向裂縫導(dǎo)致梁體混凝土部分?jǐn)嗔?減弱了梁的整體工作性能。調(diào)查發(fā)現(xiàn),梁板上的縱向裂縫尚未延伸到梁端預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)。從結(jié)構(gòu)受力上分析,只要錨固預(yù)應(yīng)力鋼絞線的梁端錨固區(qū)沒有破壞,預(yù)加力就可以作用于梁體混凝土。因此,梁板在梁端預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)范圍以外出現(xiàn)的縱向裂縫對(duì)梁的正截面抗彎承載力影響不大(以預(yù)應(yīng)力筋未發(fā)生銹蝕為前提),但是,縱向裂縫的存在將改變剪應(yīng)力的分布情況,使梁端部分的剪應(yīng)力加大?；谏鲜龇治?從技術(shù)角度看,該梁總體情況尚好,還有加固利用的價(jià)值,但是水分侵入使混凝土中產(chǎn)生堿—集料反應(yīng),將致使鋼筋腐蝕,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性,危及橋梁安全,必須盡早進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。4鋪設(shè)豐富地面鋪裝根據(jù)對(duì)該橋病害產(chǎn)生原因的診斷分析,需對(duì)其進(jìn)行維修、加固處理,具體維修加固內(nèi)容如下:1)封閉交通,鑿除橋面鋪裝、鉸縫混凝土,拆除伸縮縫和欄桿,并進(jìn)一步徹查相關(guān)病害。2)針對(duì)空心板的病害,對(duì)寬度<0.15mm的裂縫,采用水性環(huán)氧或溶劑型環(huán)氧封閉漆進(jìn)行3次以上涂刷封閉處理;寬度≥0.15mm的裂縫,進(jìn)行低壓灌漿處理。3)原橋面鋪裝全部鑿除,重新鋪筑橋面鋪裝,鋪裝層厚13cm,采用C40聚丙烯纖維混凝土,并使橋面鋪裝連續(xù)。在板與板之間的板頂上種植縱向間距25cm的騎馬筋和剪力釘,鉸縫處加強(qiáng)鑿毛處理,鉸縫內(nèi)將原先采用小石子混凝土澆筑改為無(wú)收縮免振搗高強(qiáng)水泥灌漿料,以確?？招陌宓臋M向連接,改善橫向分布狀況,同時(shí)增強(qiáng)橋面鋪裝與梁板的結(jié)合,減少剪切變形,使上部結(jié)構(gòu)的整體性得到大大加強(qiáng)。4)重新安裝伸縮縫、泄水管及防撞墻,并對(duì)空心板底板間(鉸縫)進(jìn)行勾縫處理。5)恢復(fù)標(biāo)線,修復(fù)橋頭接線。6)距空心板梁端0~6m范圍內(nèi),沿縱橋向間距70cm橫橋向粘貼1道寬50cm的碳纖維布,以限制裂縫的進(jìn)一步發(fā)展(圖7)。5橫向撓曲線檢測(cè)為了進(jìn)一步了解該橋的加固效果,筆者在該橋加固前后分別進(jìn)行了靜動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明:1)加固后的橫向撓曲線比加固前的橫向撓曲線更平緩,說(shuō)明對(duì)鉸縫的處理改善了橫向分布狀況,增強(qiáng)了上部結(jié)構(gòu)的整體性(圖8、圖9);2)加固前實(shí)測(cè)中性軸距板底面63cm,加固后實(shí)測(cè)中性軸距板底面67cm,位置均高于理論中性軸位置,說(shuō)明橋面鋪裝參與主梁工作,加固后的效果很明顯。動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明:加固后,橋梁自振頻率相對(duì)于加固前提高了17%,說(shuō)明經(jīng)過(guò)鉸縫植筋和重新鋪裝橋面,增加了橋梁的