某預應力混凝土T 梁橋病害檢查與處治

陳 思 鵬

（江蘇寧滬高速公路股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著交通物流的快速發展，高速公路T 梁橋結構性能退化趨勢越來越明顯[1]，為了保證T 梁橋運營的安全性與結構的耐久性，有必要對高速公路T梁橋進行定期檢查，檢查過程中發現的病害需準確分析病害原因，制定相應的治理措施[2]。本文以江蘇省南京市寧滬高速公路上一座預應力混凝土T 梁橋為研究對象，探討該類橋型典型病害的檢查、分析與處治措施。

1 工程概況

該橋是一座預應力簡支T 梁橋，具有先簡支后連接梁結構連續的特點，跨度為7 m×20 m，橋面寬度為13.5 m，橫向6 片T 梁橋，結構連續T 梁為20 m，其中心梁高為1.2 m，跨中梁肋厚度為20 cm，梁端梁肋厚度為40 cm。邊梁梁寬為2.15 m，中梁梁寬為1.8 m，現澆濕接縫寬為0.4 m，橋面板厚度為10 cm，跨中及梁端各設置1 道橫隔板，寬為20 cm[3-4]。T 梁橋底板布置4 根Φ22 mm 縱向通長鋼筋，邊梁頂板布置16 根Φ16 mm 縱向通長鋼筋、中梁頂板布置14 根Φ16 mm 縱向通長鋼筋；箍筋采用Φ10 mm 鋼筋，箍筋布置間距在跨中10 m 范圍內為20 cm，在梁端5 m 范圍內為10 cm?，F澆橋面板墩頂位置縱向鋼筋共需135 根Φ25 mm 間距為10 cm 鋼筋。墩頂現澆連續段布置普通鋼筋，頂板采用Φ16 mm 鋼筋與梁體預留鋼筋焊接，在底板及梁肋位置，采用了直徑為25 mm 的鋼筋，與梁體預留的底板鋼筋及梁肋加強鋼筋進行了焊接，中梁腹板布置2 束7Φj15.2 cm 鋼絞線，邊梁腹板布置1 束7Φj15.2 cm與1 束7Φj15.2 cm 鋼絞線。T 梁橋具體結構見圖1。

圖1 道路T 梁橋測點示意圖

2 病害梁體檢查

定期檢查中發現該T 梁橋存在裂縫滲水析白病害，裂縫分布在T 梁橋的跨度的1/4 處，以腹板垂直縫隙和底板水平縫隙為主，一些腹部垂直縫隙和底板水平縫隙連接在一起[5-6]，從而形成L 形和U 形縫隙，最大縫隙寬度為0.25 mm。病害情況見圖2。

圖2 病害情況圖

根據病害情況，2 片梁存在嚴重的安全隱患，T梁橋管養單位應立刻啟動應急響應措施，通過增設臨時支撐確保T 梁橋結構安全，并立即開展對該橋的特殊檢查，通過在病害梁體位置處進行開窗檢查，發現2 片梁預應力管道注漿不密實，且2 片梁均存在鋼絞線銹蝕斷絲情況，斷絲情況分別為20絲與19 絲。鋼絞線斷絲示意圖見圖3。

圖3 鋼絞線斷絲示意圖

為了驗證波紋管內部是否存在與外界連通的問題，進行了氣密性試驗。在試驗中，將波紋管加壓至0.5 MPa，并觀察其壓力變化情況。結果顯示，在17 s 內，壓力下降至0.35 MPa，這表明波紋管與外部通道相連。通過氣密性試驗可以得出：波紋管存在的外部通道可能會導致病蟲害的侵入并進一步引起裂縫的產生。采用聲波檢測技術，能夠更準確地確定波紋管中的裂縫位置和程度，從而采取相應的修復措施。

應用聲波檢測方法檢查道路T 梁橋病害梁體，內部檢查步驟如下。

1）聲波檢測需要使用聲波檢測儀器，安裝進入到混凝土、鋼筋等材料中的傳感器，傳感器經過校準和檢驗后進行測試使用。

2）按照檢測要求設定測試參數，如采樣、采集頻率、測試深度、接收位置等。

3）通過清理表面上的雜質，保證聲波在傳播過程中不會受到干擾。

4）運行設備，開始進行聲波檢測。從待測試的位置開始，傳感器發出聲波，通過測量聲波的反射頻率等參數判斷材料內部是否存在缺陷病害。

5）收集聲波檢測結果的數據，進行處理和分析，以確定是否存在潛在的病害或缺陷。

6）通過聲波檢測結果分析和報告制作，對檢測到的缺陷和病害進行評估和判斷，以便采取相應的維修和加固措施。

通過一端進氣，另一端出氣的通氣試驗探明波紋管注漿不密實范圍，試驗結果表明，其中一片梁的一根管道中存在波紋管注漿不密實的空洞現象，其余幾處波紋管注漿不密實主要發生在起彎段至墩頂。

3 計算分析

3.1 原設計驗算

采用SIMULIA 有限元軟件建立7 m×20 m 有限元模型，對該橋原設計荷載作用下的承載能力極限狀態與正常使用極限狀態的受力特征進行計算分析，根據計算結果。通過SIMULIA 有限元軟件計算出的應力結構見圖4。

圖4 應力結構圖（m）

橋主梁抗彎承載能力結果見表1。

表1 橋主梁抗彎承載能力

由表1 可知，該橋主梁抗彎承載能力基本滿足原設計規范要求，且邊跨與邊跨的邊梁最大效應/最大抗力的值為0.99，中梁最大效應/最大抗力的值為0.95，梁體抗彎承載能力富余量較小。本橋上部結構抗剪承載能力滿足規范要求，本橋跨中撓度值為L/700 cm，其中，L為橫跨橋梁結構的長度，700 為單位長度內的撓度值，剛度滿足要求。邊梁荷載組合作用的拉應力最大值結果見表2。其中I 作用、II 作用和III 作用指的是不同的荷載組合情況。

表2 邊梁荷載組合作用的拉應力最大值結果

中梁荷載組合作用的拉應力最大值結果見表3。邊梁荷載組合作用的主拉應力最大值結果見表4。中梁荷載組合作用的主拉應力最大值結果見表5。

表4 邊梁荷載組合作用的主拉應力最大值結果

表5 中梁荷載組合作用的主拉應力最大值結果

由表2～表5 可知，在III 作用下，邊梁拉應力最大值、中梁的拉應力最大值、邊梁的主拉應力最大值及中梁的主拉應力最大值均不滿足A 類構件要求，需要進一步加固或改進結構設計來確保其滿足相關的構件要求，使拉應力最大值、主拉應力最大值在I 作用、II 作用下均滿足A 類構件要求。

3.2 推算分析

鋼束斷絲位置距梁端2.42 m，跨中漿體基本密實，按照驟然放松預應力鋼筋施工工藝計算鋼絞線失效段：先張法計算鋼絞線傳遞長度為ltr=60×140/1 000=8.4 m，則失效段長度為0.25ltr=0.25×8.4=2.1 m。鋼絞線斷裂后有效段距梁端約4.5 m，接近四分點位置。根據開窗檢查結果，目前斷絲20 根，約3根鋼絞線失效，按照中跨中梁鋼束失效3 根計算，在荷載組合作用下中跨四分點位置拉應力達到2.56 MPa，此時四分點處應力水平仍滿足A 類構件標準，且在組合Ⅲ作用下四分點應力低于跨中應力。按照中跨中梁鋼束失效4 根計算，在荷載組合作用下中跨四分點位置拉應力達到3.46 MPa，且此時四分點應力已超過跨中應力，接近B 類構件名義拉應力水平。計算結果表明上述推算分析下四分點位置會先于跨中位置開裂，與現場病害表象大致吻合。

3.3 病害原因

結合現場檢查結果與計算分析該橋病害主要原因：①孔道注漿不密實，存在與外界空氣、水的交換通道，外部空氣、水等共同作用導致鋼絞線銹蝕；②鋼束起彎點附近為潮差區，該部位鋼絞線銹蝕最為嚴重，在一定水平的交變應力作用下發生斷裂，造成預應力損失；③T 梁橋設計年代久遠，長期預應力損失及運營荷載持續增加，加劇了T 梁橋病害的發展。

4 實例分析

4.1 加固方法

1）由于該橋預應力管道空洞，為避免鋼絞線繼續惡化，對該橋預應力管道重新補灌漿，補灌漿材料通過試驗對比選用了粘鋼膠。其主要優勢為流動性非常好，可以完全填充材料間隙，在不加壓的情況下，能均勻包裹原材料。

2）鑒于目前預應力損失無法精確定量的情況下，以結構補強為主，提升結構承載能力，提高預應力儲備。采用增大截面+體外預應力束進行加固。增大截面補充梁底受拉鋼筋恢復梁體截面強度，同時增設2 束7Φj15.2 cm 體外預應力補償梁體預應力損失。馬蹄兩側及底板各增大10 cm 厚，梁底主筋采用C25 鋼筋，共布置10 根。預應力采用2 束15Φj4 cm 鋼絞線，馬蹄兩側各布置1 束，張拉控制應力為0.4Ryb=744 MPa。

4.2 加固工藝

1）放樣：由于原設計鋼筋與鋼絞線影響，在植筋前需用鋼筋探測儀探測T 梁橋分布鋼筋和鋼絞線的位置，并在T 梁橋相應位置處注明；按照圖紙要求的位置及尺寸對鋼筋進行放樣，如與原結構鋼筋和鋼絞線沖突，可進行適當調整，標明具體位置。

2）鉆孔及清孔：為了增大齒輪與增大截面接觸的面積，按照設計圖紙在相應位置采用沖擊鉆鉆孔，鉆孔后采用高壓空氣進行吹孔，清除孔洞內殘余的浮塵，清理時注意應從內向外清理，避免清理不干凈。

3）鑿毛接觸面混凝土，種植鋼筋，焊接、綁扎鋼筋，形成鋼筋骨架。

4）澆筑混凝土：根據圖紙設計形狀，采用木模進行立模，然后澆筑混凝土，邊澆筑邊振搗，確保新澆筑混凝土密實，避免局部空洞與蜂窩麻面等問題。

5）增大截面及新增齒板養生：混凝土澆筑完成后按照規范要求進行養生，待強度達到設計要求后方可進行張拉。

6）體外預應力施工：體外預應力張拉應滿足設計要求，張拉時采用逐級張拉，每次張拉限值應不超過設計張拉值的30%。每級張拉完成后，及時檢查錨固點與轉向塊的受力情況。

4.3 加固效果

本文在需要加固的部位進行局部鋼筋加固，然后在加固位置刷環氧樹脂膠液。在膠液未凝固前，粘貼預應力復合材料，然后施加預應力，調節合理的預應力值，通過固定端、中點等位置不同的預應力值設計出合理的預應力布置方案，并在設計預應力后制作出預應力復合材料，待預應力下降至設計值時進行錨固，由此完成加固。

需要在保證T 梁橋安全穩定運行的前提下，盡可能地增加T 梁橋的承載能力和耐久性，依據T 梁橋的設計標準和當地相關法律法規制定加固方案和加固目標。需考慮兩種實例工況計算加固效果。

工況一（考慮鋼絞線失效4 根鋼束）加固后中跨中梁及邊跨中梁承載能力均滿足相關要求，且中跨中梁承載能力比原設計提高78%，邊跨中梁承載能力比原設計提高81%。加固后加固孔的應力滿足A 類構件要求。加固后加固孔兩側墩頂負彎矩及拉應力效應增大，負彎矩最大增加17%，拉應力增加0.08 MPa～0.17 MPa，均滿足規范要求；加固后相鄰孔跨中正彎矩及拉應力效應減小，正彎矩約減小47 kN·m，拉應力減小0.21 MPa～0.4 MPa。

工況二（考慮鋼絞線全部失效）中跨中梁及邊跨中梁承載能力均滿足要求，且中跨中梁承載能力比原設計提高22.4%，邊跨中梁承載能力比原設計提高21.5%。加固后加固孔的應力滿足B 類構件要求。加固后加固孔兩側墩頂負彎矩及拉應力效應增大，負彎矩最大增加20%，拉應力增加0.99 MPa～1.29 MPa，但均滿足規范要求；加固后相鄰孔跨中正彎矩及拉應力效應減小，正彎矩約減小62 kN·m，拉應力減小0.41 MPa～0.67 MPa。

5 在線監測

為評估體外預應力+增大截面加固方式的加固效果，建立在線監測系統，監測主要指標為裂縫寬度監測、動位移監測。根據圖5～圖6 可知，加固前梁體跨中動位移分布在0～2.5 mm 區間內，加固后5#梁實測動位移分布在0～0.5 mm 區間內，振動幅度顯著減弱，證明加固措施起到了增加梁體剛度的效果。使用測量工具測量裂縫寬度并記錄，在不同的位置測量多次，取平均值作為裂縫寬度，同時需記錄測量位置的具體信息；在進行加固后，使用同樣工具對裂縫寬度進行測量，將加固前后得到的數據進行對比，以評估加固效果。在操作過程中需要注意的是，可以使用影像測量等技術，將數值化數據進行記錄和處理，從而減少誤差，提高數據的可靠性。

圖5 加固前梁體動位移

圖6 加固后梁體動位移

根據圖7 可知，裂縫受溫度及荷載作用下的寬度變化量遠小于加固前的縫寬變化量，表明了加固措施的有效性。

圖7 裂縫寬度變化

6 結語

1）T 梁橋管養單位在日常管養與檢查過程中應加強對典型病害的檢查，深入探究病害原因。

2）對于后張法構件，預應力管道注漿不密實是較為隱蔽的病害，條件允許時應進行抽查。

3）增設體外預應力+增大截面的加固方式可以有效解決T 梁橋預應力損失引起的梁體開裂問題。

4）該橋對于病害的應急響應、病害原因查找及后續處置手段可為解決同類問題提供參考。