多跨現澆連續箱梁橋裂縫成因與加固技術研究

孫雅旺

山西平榆高速公路有限責任公司 山西太原 031800

隨著我國社會經濟的不斷向前發展，在公路交通系統項目建設施工過程中，對于橋梁工程項目的施工重視程度越來越高。由于我國很多地區橋梁工程項目在初期的設計、施工、運營以及后續的管理等工作方面沒有得到充分落實，存在很多缺陷和不足，受到這些因素的影響，很多大跨度連續鋼構橋梁產生了不同程度的病害情況，主要體現在以下幾個方面：第一，橋梁主體結構裂縫、橋梁跨中下撓以及橋梁使用耐久性下降，橋梁上部結構的主梁，梁體結構裂縫問題會造成橋梁的基礎承載能力不足，整個橋梁的剛性程度不符合標準，因此會直接影響到橋梁整體結構的安全性和穩定性。多跨現澆連續箱梁橋裂縫問題的產生，會加快橋梁結構內部混凝土的碳化速率以及鋼筋材料的腐蝕程度，進而會造成主梁結構的耐久性下降，直接影響到橋梁的使用周期。對此，必須要對多跨現澆連續箱梁橋內部問題產生的原因進行分析，同時提出針對性的加固處理工作策略來加以控制。

1 項目背景

此分離式橋跨徑是10m×30m，上部結構設計的是現澆預應力混凝土連續箱梁，其截面采用的是單箱單室，底板和橋面的橫坡保持一致。箱梁的高度是1.5m，頂板的寬度是15.08m，底板的寬度是6.28m，跨中截面頂板的厚度是25cm，底板的厚度是20cm。此橋左幅橋的實測基頻和理論頻率比較小，局部裂縫寬度超限，且部分裂縫修補之后仍然具有延伸態勢，較少裂縫修補之后又重新開裂。針對11#跨左幅橋右側腹板和梗斜連接位置縱向裂縫實施鉆芯取樣，確定的裂縫長度是8.9m，裂縫寬度是0.7mm，貫穿于整個腹板厚度。短時間之內不會直接出現橋梁垮塌危害，但是受汽車荷載的沖擊會造成裂縫延伸，從而對橋梁結構剛度及行車安全性造成不利影響?；跇O限狀態下，鋼筋可能會屈服，引發梁體錯位。經過綜合評定主梁技術狀態屬于四類，且主梁結構的承載能力減弱，已無法保證功能正常使用，所以必須實施維修加固。

2 裂縫成因分析

2.1 腹板縱向裂縫

裂縫分布。裂縫形成于承托和腹板外側交接位置，朝縱向延伸，主要分布在1/4跨至3/4跨。此類裂縫的數量是8條，其中11#跨與10#跨右幅一共是6條，3#跨與8#跨是2條。而11#跨左幅裂縫的長度接近是8.8m，寬度是0.7mm，經檢測深度貫穿腹板。結合檢測報告可知，此裂縫尚未達到穩定狀態，仍然具有發展趨勢。2018年9月，11跨箱梁開孔后實施入箱檢測，確定箱內對應部位存在且較為嚴重。

成因分析。結合橋梁施工與監理日志，此橋10#跨與11#跨箱梁豎向劃分成2次進行澆筑，首次澆筑底板與腹板，二次實施頂板澆筑，倒角和腹板的交界面需要通過2次澆筑分界面，11#跨右幅2次澆筑施工需要將間隔時間控制為6d?？紤]到交界面處理不當，以致于新、舊混凝土沒有完全粘結，同時受混凝土收縮、徐變等條件的影響，使得裂縫進一步擴大。此橋結構設計各項參數，其中底板的寬度比較小，翼緣寬度偏大，造成腹板結構抗彎剛度以及承載力比較弱，橋梁后期運行階段，箱梁的撓度、行車振動進一步加劇了裂縫問題[1]。

2.2 底板橫向裂縫

裂縫分布。箱梁底板中橫向裂縫的數量是136條，各跨均形成了裂縫，主要分布于1/4跨至3/4跨。新形成的裂縫接近為45條，實施修補的裂縫數量接近是72條，修補之后重新開裂的裂縫數量是3條，修補處理后延伸的裂縫16條。

成因分析。此橋梁的高度與底板厚度都比較小，造成其結構承載力不足。與此同時，此橋日行車量接近為2.3萬輛，其中超載車輛接近為2800輛，橋梁處在超負荷狀態，使得箱梁底板彎曲變形，從而砼縱向拉應力＞抗拉強度，造成箱梁底板形成橫向裂縫（屬于受力裂縫）。

2.3 垂直接縫

與支座相距6m位置的箱梁形成了環形裂縫，局部裂縫貫通底板、腹板以及翼緣板。此橋一共包含8個梁段現場澆筑，確定的節段接縫與支座相距6m。所以判斷得出此裂縫是因為施工過程中節段接縫處理不當，以及前后節段砼材料性能存在差異而引發的。

2.4 剛度退化

橋梁正常運營條件下經過檢測得出最大動撓度形成于11#跨左幅，具體數值是5.628mm，最大沖擊系數形成于11#跨左幅，具體數值是1.229，超過了理論基頻計算數值1.189。同時11#跨左幅橋的基頻實際測量數值是2.88Hz，低于理論數值3.11Hz。由此說明此橋整體剛度出現了退化。從本質上分析，剛度是評價箱梁的一項關鍵性力學指標，其能夠直觀反映出箱梁結構承載性與整體性。11#跨裂縫相對較為嚴重，同時裂縫具有發展態勢，這就造成箱梁剛度弱化，直接影響了箱梁應力狀態與動力特性。

3 加固技術

3.1 整體加固工作方案

針對本次橋梁工程項目的實際使用工作情況，為了有效改善結構受力性能，有效降低橋梁覆板的主拉應力作用，提高橋梁上部結構相良的承載能力，在整體加固工作方案上使用體外運用力加固設計工作方案，各話均使用8束15.24-15的預應力鋼束來進行加固處理，同時有效配合張啦錨固錨具，張拉控制力大小為1209MPa，體外預應力鋼束使用的是沿著項梁的底板和頂板的分散位置加固處理方法。通過使用墩體頂部的橫梁進行張拉錨固處理，邊跨體外束使用的是墩頂，一端張拉處理工作方法，次邊跨和中跨位置使用兩端直接張拉的處理工作方法，轉向位置使用后加轉向橫梁支撐結構形式。在對應位置的頂板底板位置，設置出減震器設備，轉向橫梁位置使用鋼筋混凝土結構，墩體頂部位置采用的是預應力鋼筋交叉錨固處理方法，因為錨塊的受力程度相比較大，因此需要將兩個墩體頂部的橫梁之間通過使用混凝土對其進行直接連接，使得兩個模塊連接成一個完整的整體實現共同受力。

3.2 砼裂縫與缺陷處理

維修加固之前必須全面檢查橋梁裂縫情況，認真復核裂縫的長度、寬度以及分布等，然后繪制完善的裂縫分布圖，以便于實施工程計量與分類處理。其中裂縫寬度超過0.15mm，采用的是壓力灌漿處理方式；裂縫寬度低于0.15mm，采用的是表面封閉處理方式。而箱梁底板實施碳纖維布粘貼位置，裂縫寬度低于0.15mm不作處理[2]。針對砼表面缺陷而言，選擇聚合物砂漿實施修補；針對鋼筋與預埋板的外露現象，則采用表面除銹處理，然后均勻地涂抹一層阻銹劑，并選擇聚合物砂漿實施修補。

3.3 箱梁腹板縱向裂縫處理

此橋11#跨縱向裂縫發展尤為嚴重，長度接近為8.8m，同時開孔位置貫穿腹板。通過荷載試驗可知，11#跨剛度減弱，箱梁內檢得出箱內病害更加嚴重。經綜合分析11#跨實際情況，需要對10#跨與11#跨箱梁腹板的縱向裂縫實施加固處理，具體措施是：腹板縱向裂縫采用壓力灌漿處理措施；從腹板內側與外側以對稱方式粘貼加勁鋼板（選擇的是Q345B級鋼板），寬度是200mm，厚度是8mm[3]。為了能夠更好適應箱內倒角，所以決定選擇熔透對接焊方式，把加勁鋼板條和粘貼鋼板焊接成為一體，然后實施粘貼作業。此項目中鋼板粘貼采取的是壓力灌注方式。

實施鉆孔之前，應對箱梁內預應力鋼束和主筋位置進行精準探測，結合具體狀況設置螺桿，通過調整有效避開箱梁中的預應力鋼束與主筋，從而提升鉆孔成功率。砼基體內孔位鉆制結束且檢驗達標之后，結合砼孔位放樣進行鋼板孔位的粘貼，同時確?？孜粶蚀_對應。設置的螺桿選擇的是Q345級鋼材，其直徑φ=12mm，植入的深度控制是120mm[4]。待鋼板粘貼結束后，采用壓力灌漿方式處理箱梁腹板的縱向裂縫，針對粘貼鋼板的外路面則要設置防腐涂裝，具體涂裝防護詳見表1。

表1 鋼結構涂裝防護

對于頂板縱向裂縫處理工作而言，通過使用重做橋面進行混凝土鋪裝加固施工處理效果非常明顯。通過拆除原有的鋪裝結構，并且現澆10cm厚度的混凝土，鋪裝層涂抹防水層材料，然后再鋪設5cm厚度的瀝青混凝土材料作為面層結構.在拆除原有橋梁的鋪裝層材料之后，首先需要使用結構膠密封箱梁頂板的裂縫，然后箱梁的頂面位置需要植入直徑大小為12mm的鋼筋材料，通過現澆10cm厚度的混凝土鋪裝層，保證箱梁的頂板和鋪裝混凝土之間形成疊合梁共同受力條件，防水層部分使用統一的防水涂料。在本次工程施工過程中使用的是聚合物改性瀝青材料，對于材料的性能必須要符合現行的道橋用水土料控制工作標準，最后通過鋪設5cm厚度的細顆?；炷敛牧蟻碜鳛榛A層材料。新做的橋面鋪裝層和箱梁頂板位置組合成新型的疊合梁結構，可以有效解決以往鋪裝層頂板位置材料較薄問題的影響，可以有效增加頂板的抗彎折能力，兩層鋪裝層之間需要做好防水處理，有效解決頂板產生的滲水和漏水問題，同時瀝青鋪裝施工可以有效降低汽車行駛過程中所產生的路面沖擊效應，可以延長道路基礎面結構的使用耐久度和穩定性[5]。

3.4 箱梁底板開制進入孔

為了增強加固性，需要從11#跨、10#跨的左幅、右幅箱梁底板位置開制進入孔，數量一共是4個。進入孔與墩中心相距6.2m，確定的開孔直徑φ=800mm。開孔施工之前，應從開孔部位粘貼鋼板實施預加固處理，其中鋼板選擇的是Q345B，確定的厚度是8mm。

3.5 箱梁底板橫向裂縫處理

此項目中箱梁底板的橫向裂縫處理使用加固的措施是粘貼碳纖維布，當底板砼缺陷與裂縫處理結束后才能夠粘貼碳纖維布，同時按照規定要求認真、仔細檢查，保證合格后需要實施防護涂裝，具體防護體系詳見表2。

表2 碳纖維布防護

可以通過使用結構膠對底板的裂縫位置進行灌漿處理，然后通過使用橫向張拉運力纖維板的處理工作方法，提高橫向連接材料的剛性程度。預應力碳纖維板材料型號為CFP100-20材料的寬度為100mm，厚度大小為兩mm，材料縱向間距大小為50cm，這種加固處理方法屬于一種主動加固處理形式，通過橫向預應力作用可以保證裂縫問題完全閉合，提高橋梁結構的整體剛性程度和耐久性，同時還可以進一步限制裂縫問題的進一步發展。

3.6 節段接縫處理

此項目選擇的是分段滿堂支架現澆施工方式，與墩中心相距6m位置建立節段接縫?？紤]到接縫位置開裂現象較為嚴重，局部裂縫貫通底板、腹板以及翼緣板，所以需要從接縫位置設置U形槽，然后填充水泥基滲透結晶型防水材料，其中槽的寬度是20mm，深度是200mm，騎縫開制詳見圖1所示，同時要實施養護處理，保證養護時間≥72h。

圖1 節段接縫處理

3.7 砼表面涂裝

此項目砼涂裝防護體系采用的是長效型設計，防護年限是20年。

4 結語

本文結合橋梁工程項目實際情況，綜合分析了多跨現澆連續箱梁橋加固技術，主要包含了砼裂縫與缺陷處理、箱梁腹板縱向裂縫處理、箱梁底板橫向裂縫處理、節段接縫處理以及砼表面防護涂裝等。研究表明，此項目采用的加固技術合理、可行，確保了多跨現澆連續箱梁橋結構安全。