旧桥板底裂缝及桥梁墩台开裂加固研究

[摘要]：随着我国经济的快速发展，道路交通量及车辆轴载迅速增加，早年修建的桥梁陆续出现各种病害，桥梁适用度明显不足，潜在交通隐患逐渐加大，严重影响着行车安全，危旧桥的加固改造迫在眉睫。本文以山东省枣庄市南沙河大桥为例，就危桥病害的检测、原因分析、程度评定以及维修加固方案的制订等方面加以详细介绍。

[关键词]: 病害 检测原因分析程度评定维修措施

1、前言

随着枣庄市道路交通量及车辆荷载的迅速增加，一些早年修建的桥梁虽然病害尚未大量暴露，但值得注意的是当前已有一定数量的桥梁发生老化、损坏现象，危桥逐年增多，承载能力明显降低，为保证行车安全，避免出现重大交通事故，及时了解病害桥梁的现有状况并进行维修加固极其必要;南沙河大桥位于枣庄市辖区峄城区境内，桥梁全长150米，桥面净宽15米，两侧各有1米人行道，上部结构为6×20米空心板＋1×30米预应力砼板梁，该桥于1996年建成通车。由于大量运煤重车通过，该桥混凝土出现老化，承载力显著下降，迫切需要对其进行技术改造；

以下本文就该桥从质量检测到加固改造方案制订的详细过程加以介绍。

2、桥梁质量检测

2.1、桥梁质量检测的目的：

2.1.1、通过对全桥各部件的一般检查，了解桥梁的现有缺损状况，对出现病害的原因做出切合实际评价；

2.1.2、通过对重点孔的详细和特殊检查，了解主要承重构件的性能，确定主要病害的严重程度，以及对结构的潜在威胁，弄清病害发生的确切原因。

2.2、质量检测的项目及方法

2.2.1、结构历史及现状调查

a、收集桥梁设计图、施工、竣工及有关试验资料；

b、了解桥梁使用及养护状况，主要包括养护状况调查及有关的日常检查记录和结构病害的历史及变化威胁情况。

2.2.2、桥梁的一般检查

通过对桥梁的一般检查，了解桥梁的目前缺损状况，确定重点检查及荷载试验孔，主要包括以下内容：

a、桥梁总体尺寸的复核，包括桥梁长度、宽度、跨径的一般性丈量复核；桥面纵横坡的测量；人行道及栏杆构造尺寸的调查复核；

b、主要承重构件表观状况检查，利用桥梁检查架等设备直接接触主要承重构件表面或利用高倍望远镜，目力检查每孔主要承重构件的表观状况，尽可能将病害及缺损状况标在构件表面。

C、下部构造的表观状况检查。

2.2.3、重点孔的详细检查

根据一般检查的结果，选取病害及缺损比较严重的一孔作为详细检查的重点孔，详细检查主要包括以下内容：

a、细部构造尺寸的复核，应包括重点孔跨径的复核和截面尺寸的复核；每一测量数据应重复测量3次，取其平均值；

b、裂缝及缺损情况调查，应用读数显微镜和钢尺进行，每条裂缝应编号并读取宽度、长度、角度、走向及位置。对于结构缺损状况应记录其表观现象、程度、面积、发展趋势及产生原因。

2.2.4重点孔的特殊检测

结合该桥情况主要进行以下检测项目：

a、砼碳化深度检测，在重点检测孔选取2个测点，用冲击钻钻取测试孔，用1％的酚酞酒精溶液测试；

b、砼氯离子含量检测，在重点孔选取2个测点，每个测点在3个不同深度上分别取样，取样深度应控制在0～10mm、10～25mm、25～40mm；

C、砼强度检测，在重点检测孔的不同构件上布置一定数量测区，每个测区测试16个回弹值和3个超声波声速值，应用“超声－回弹综合法”推定桥梁主要承重构件的砼强度；

d、砼电阻率检测，在重点检测孔的典型构件上布置一定数量的测区，每个测区测试一个砼电阻值；

e、钢筋锈蚀检测，在典型构件上布置一定数量的测区，每个测区测试一个钢筋锈蚀测值。

3、桥梁病害类型的确定

通过详细的桥梁质量检测，发现主要存在以下病害：

3.1、桥面沥青砼表层老化磨损严重，人行道表层砂浆普遍网裂。

3.2、空心板部分边板的外侧面均出现竖向裂缝，最大裂缝宽度为0.12mm；T梁跨中部位及1/4处均存在竖向和斜向受力裂缝，最大裂缝宽度为0.18mm。

3.3、T梁主梁腹板底面局部钢筋外露锈蚀，个别部位出现蜂窝、孔洞，主筋严重外露锈蚀。

4、病害原因分析

4.1、桥面栏杆系的老化、损坏主要由于桥梁运营时间较长，汽车通行磨损和正常老化造成；

4.2、空心板及主梁出现裂缝主要是在交通荷载作用下的受力裂缝；

4.3、主梁两侧梁砼表层砂浆大面积老化、脱落主要是由于风化等自然因素造成；

4.4、主梁腹板底面箍筋及主筋外露锈蚀，主要是由于施工时砼保护层的控制和砼浇筑振捣等技术控制状况造成。

5、病害程度评定

5.1、桥面沥青砼表层老化、磨损严重；人行道表层砂浆普遍网裂；全桥伸缩缝老化损坏，基本失去作用。

5.2、应用超声－回弹综合法测试构件砼强度，空心板构件砼特征强度值：R＝27.6Mpa；T梁部分构件砼特征强度值：R＝28.1Mpa，结构砼强度均不能满足设计要求。

5.3、应用半电池电位法测试梁板钢筋锈蚀状况，测试电位差值在130Mv～220Mv之间，钢筋锈蚀程度较清，但已经处于锈蚀活动状态，局部钢筋严重锈蚀。

5.4、结构砼的电阻率试值在75～140kΩ .CM 范围之内，锈蚀可能及速率较小，在适宜的外部条件下仍有可能引起钢筋锈蚀；

5.5、主板裂缝最大扩展宽度0.12mm，小于规范规定0.2mm，因其与许可值较接近，从结构耐久性考虑应对裂缝进行封闭处理。

5.6、主板工作应力评定，根据“公路旧桥承载能力鉴定方法”的要求，将满载时实测的主板跨中下缘钢筋应力和支点截面主拉应力Se与试验荷载作用下依据实测跨中荷载横向分布系数考虑桥面铺装组合作用按裂缝工作状态计算的相应理论值S 进行比较，其比值ξ即为结构应力校验系数，其结果如下：

由表可见，主板跨中应力校验系数ξg在0.703～0.725之间，小于《公路养护技术规范》规定的1.0，说明试验荷载作用下，主板跨中正截面强度满足要求；

5.7、主板变位评定，在试验荷载作用下，实测的主板跨中最大挠度值为5.869mm,远小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（JTJ032-85）所规定的钢筋砼梁桥主梁跨中不计冲击时的容许值L/600=21mm，按上述公路旧桥承载能力鉴定方法计算的主板挠度结构校验系数ξf在0.67～0.679之间，且相对残余变形介于6.32～12.5％之间，不大于20％，表明主梁在试验荷载作用下处于线弹性工作状态。

5.8、主梁工作应力评定，根据“公路旧桥承载能力鉴定方法”的要求，将满载时实测的主梁跨中下缘钢筋应力和支点截面主拉应力Se与试验荷载作用下依据实测跨中荷载横向分布系数考虑桥面铺装组合作用按裂缝工作状态计算的相应理论值S进行比较，其比值ξ即为结构应力校验系数，其结果如下：

主梁应力校验系数

由表可见，主板跨中应力校验系数ξg在0.643～0.669之间，小于《公路养护技术规范》规定的1.0，说明试验荷载作用下，主梁跨中正截面强度满足要求；

5.9、主梁变位评定，在试验荷载作用下，实测的主梁跨中最大挠度值为13.18,远小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（JTJ032-85）所规定的钢筋砼梁桥主梁跨中不计冲击时的容许值L/600=32.5mm，按上述公路旧桥承载能力鉴定方法计算的主梁挠度结构校验系数ξf在0.543～0.549之间，且相对残余变形介于6.32～12.5％之间，不大于20％，表明主梁在试验荷载作用下处于线弹性工作状态。

5.10主梁裂缝最大扩展宽度0.18mm，小于规范规定0.2mm，因其与许可值较接近，从结构耐久性考虑应对裂缝进行封闭处理。

6、加固原理与方案

考虑以后交通流量的发展以及砼局部表观质量的退化，决定对存在的病害进行维修处理。

6.1、加固维修设计荷载为汽车－20，挂车－100标准荷载

6.1、拆除原桥面沥青、水泥砼铺装层及栏杆、护轮带，更换为30# 防水水泥砼桥面铺装，以加强桥面铺装砼与主梁板的连接，提高桥面铺装与主梁共同参与受力的能力和桥面的防渗能力，改善桥面的行车舒适状况；设墙式防撞护栏，提高桥面的行车安全，增加桥面宽度，提高桥面适应度，改善桥梁的整体外观。

6.2、对主梁的裂缝进行封闭处理。

6.3、采用粘贴钢板加固法和碳纤维加固法增强主梁的抗弯和抗剪能力以及空心板的抗弯能力，从而综合提高主梁的承载能力和运营安全度，满足汽－20、挂－100荷载的要求。

6.4、对主梁板砼的缺损部位进行补强，并对主梁板砼表面侵蚀风化部分先将砼表层清除掉，直到漏出骨料为止，然后用高标号砂浆进行修补以改善主梁板的各种状况，提高主梁的使用寿命。

通过针对性地采取裂缝封闭和粘贴钢板加固法和碳纤维加固法，提高了桥梁的承载能力，延长了桥梁的使用寿命，起到了理想的加固效果。桥梁作为公路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力是沟通全线的关键，加强对桥梁的维修、补强，提高桥梁的承载能力具有十分重要的现实意义，应该引起广大桥梁养护工作者的重视，加强桥梁的预防性养护；限于水平，抛砖引玉，敬请广大同行批评指正。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。