崔華根大橋病害原因分析
2015-04-29
1、工程概況
崔華根大橋位于江門市新會(huì)區(qū)省道S271線上，中心樁號(hào)K11+145。全橋長(zhǎng)292.04米，共18跨，橋跨組合為8×16m（T梁）＋2×16m（空心板）＋8×16m（T梁），橋面寬13m。橋梁上部結(jié)構(gòu)主跨為普通鋼筋砼空心板梁，其余跨為普通鋼筋砼簡(jiǎn)支T梁，下部結(jié)構(gòu)為雙式橋墩，輕型橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載：汽車－20級(jí)，掛－100。該橋1991年5月28日開工建設(shè)，1992年12月25日竣工，整個(gè)工程期7個(gè)月。大橋運(yùn)營(yíng)15年后，于2007年8月進(jìn)行了一般性的檢查，發(fā)現(xiàn)該橋局部存在較嚴(yán)重缺損，對(duì)橋梁正常運(yùn)營(yíng)使用有影響，橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)定為四類橋梁。鑒于此，2007年10月江門市新會(huì)區(qū)交通建設(shè)管理辦公室委托廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司承擔(dān)維修加固施工任務(wù)。
2、橋梁損傷現(xiàn)狀及病害原因分析
?。?）該橋兩個(gè)主通航孔為16m普通鋼筋砼空心板，空心板底面有大量橫向裂縫，其主要原因：①對(duì)原結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明，在原設(shè)計(jì)荷載組合下，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)承載力不能滿足85規(guī)范的要求；②在車輛的超載作用下容易產(chǎn)生裂縫，這與板底裂縫規(guī)律相吻合；③現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施
工質(zhì)量較差，保護(hù)層厚度薄、較容易出現(xiàn)露筋等病害；④空心板為鋼筋砼構(gòu)件，在使用階段是“帶裂縫工作”的，因此出現(xiàn)裂縫是不可避免的。
?。?）各跨T梁腹板均有15~20條豎向、斜向裂縫（1#、6#梁裂縫較少，約10~13條），其斜向裂縫位置在1/4及3/4L，計(jì)算結(jié)果顯示梁端裂縫寬度稍超過(guò)規(guī)定，而1#、6#梁為邊梁，按梁格結(jié)構(gòu)空間受力特點(diǎn)為，其邊梁最為不利，說(shuō)明大部分裂縫并非結(jié)構(gòu)性的裂縫。其主要原因：①對(duì)原結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明，在設(shè)計(jì)荷載組合下，結(jié)構(gòu)承載能力基本滿足要求，但富余量較??；②隧著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通過(guò)橋梁交通量急劇增加，超載車輛的通過(guò)，導(dǎo)致T梁產(chǎn)生裂縫；③將“預(yù)制吊裝”改為“整體現(xiàn)澆”，施工質(zhì)量一般比預(yù)制結(jié)構(gòu)要難以保證，較容易出現(xiàn)露筋、保護(hù)層厚度薄；④T梁為鋼筋砼構(gòu)件，在使用階段是“帶裂縫工作”的，因此出現(xiàn)裂縫是不可避免的；⑤鋼筋銹蝕膨脹也可引起混凝土開裂。
?。?）較多蓋梁存在蜂窩、麻面和露筋現(xiàn)象，部分墩蓋梁出現(xiàn)裂縫，通過(guò)對(duì)原結(jié)構(gòu)的計(jì)算，在原設(shè)計(jì)荷載組合下，結(jié)構(gòu)承載能力滿足要求，出現(xiàn)病害的主要原因：①對(duì)原結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明，在設(shè)計(jì)荷載組合下，結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下不滿足要求；②蓋梁柱頂裂縫，位于負(fù)彎矩區(qū)，可能因施工蓋梁頂層鋼筋下移，以致力抵抗彎矩力臂減少；③隨著交通量增大、超載車輛增多，蓋梁易于出現(xiàn)受力裂縫；④蓋梁為鋼筋砼構(gòu)件，在使用階段是“帶裂縫工作”的，因此出現(xiàn)裂縫是不可避免的；⑤蓋梁表面的蜂窩、麻面，保護(hù)層偏薄，出現(xiàn)露筋現(xiàn)象，施工質(zhì)量造成的。
（4）柱式墩：8#、11#、12#和14#墩雙圓柱墩頂出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，出現(xiàn)病害的原因：①墩身自由長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，再加上墩上支座老化，伸縮縫采用瀝青混合料填補(bǔ)，使結(jié)構(gòu)縱向伸縮受阻，導(dǎo)致橋墩立柱受力不利，而引起墩柱開裂；②可能有施工方面的原因，出現(xiàn)了蜂窩、麻面、保護(hù)層厚度偏小等病害；③鋼筋銹蝕膨脹也可引起混凝土開裂。
?。?）2#墩及3#墩系梁底部砼結(jié)構(gòu)連接處均有開裂（溝縫）及露筋現(xiàn)象，該病害出現(xiàn)的原因：①施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，在接縫處有漏漿情況出現(xiàn)；②基礎(chǔ)不均勻沉降等因素導(dǎo)致混凝土開裂；③鋼筋銹蝕引起混凝土脹裂。
3、結(jié)構(gòu)加固措施
3.116m普通鋼筋砼空心板加固
本橋只有兩通航孔為現(xiàn)澆整理體空心板結(jié)構(gòu)，其承載能力嚴(yán)重不足，剛度小，開裂過(guò)于嚴(yán)重，加固的難度和代價(jià)太大，因此采用“16米預(yù)應(yīng)力砼空心板置換舊鋼筋砼空心板”的方法，這樣不僅提高其承載力，還能有效提高結(jié)構(gòu)耐久性。
3.216m鋼筋砼T梁加固
梁腹板均有15～20條豎向、斜向裂縫，采用環(huán)氧膠或壓力灌漿方法封閉裂縫。普通鋼筋砼T梁裂縫封閉灌漿處理后：（1）應(yīng)對(duì)梁體加強(qiáng)日常性觀察，發(fā)現(xiàn)新的問題及時(shí)處理。（2）嚴(yán)禁超載車輛通過(guò)，對(duì)橋梁進(jìn)行必要限載提示。
3.3 蓋梁加固
根據(jù)驗(yàn)算的結(jié)果及裂縫的特點(diǎn)，對(duì)出現(xiàn)裂縫的蓋梁加固采用粘貼Q235-C鋼板條：（1）在蓋梁兩側(cè)上緣粘貼兩條長(zhǎng)3.96m，寬度200mm，厚8mm，間距10cm的Q235-C鋼板條進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，采用膨脹螺栓固定，螺栓間距50cm，在鋼板條寬度范圍對(duì)稱墩柱布置。（2）蓋梁梁底粘貼三條長(zhǎng)6m，寬度300mm，厚8mm，間距15cm的Q235-C鋼板條進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。
3.4立柱加固
對(duì)8#、11#、12#和14#墩雙圓柱墩頂環(huán)狀裂縫，其加固實(shí)施措施：（1）先采用化學(xué)灌漿方法，按裂縫寬度分別處理：裂縫≤0.15mm的采用環(huán)氧膠表面封閉；裂縫寬＞0.15mm進(jìn)行灌漿處理；（2）再對(duì)砼表面缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)；（3）最后粘貼碳纖維布進(jìn)行包裹補(bǔ)強(qiáng)。
3.5承臺(tái)、系梁加固
?。?）對(duì)2#墩及3#墩系梁底部砼結(jié)構(gòu)連接處均有開裂（溝縫）及露筋，采用灌漿方法封縫和修補(bǔ)破損部位；（2）對(duì)于8#~10#墩，充分利用高承臺(tái)樁基底部有足夠的作業(yè)空間，將“工字形承臺(tái)”擴(kuò)大為“矩形承臺(tái)”，旨在增強(qiáng)承臺(tái)的整體性和承載能力，同時(shí)發(fā)揮承臺(tái)對(duì)鋼管樁的整體連接作用，其具體措施：
①準(zhǔn)確定位14根鋼管樁的樁位，然后施工鋼管樁，施工完鋼管樁后再施工擴(kuò)大承臺(tái)。
?、诔信_(tái)裂縫灌漿。清理承臺(tái)表面泥土及浮塵，并采取措施使承臺(tái)保持干燥；對(duì)承臺(tái)進(jìn)行裂縫灌漿處理，采取壓力灌漿的辦法，盡可能使承臺(tái)裂縫灌漿飽滿。
③樁頭段約0.75m范圍內(nèi)清除雜物、干凈樁頭段，并采取措施使樁頭段保持干燥，對(duì)50cm樁頭段鑿毛。
?、茉诔信_(tái)側(cè)面打穿橫向預(yù)應(yīng)力孔眼，在樁側(cè)和承臺(tái)側(cè)底面植筋；另外將樁頂部分樁基主筋鑿開部分露出，在原鋼筋側(cè)焊接承臺(tái)鋼筋，與承臺(tái)鋼筋連接成為整體。
?、萁壴信_(tái)鋼筋工程。新增承臺(tái)采用鋼套箱施工，依托承臺(tái)、樁頂植筋和焊接鋼筋，焊接和綁扎承臺(tái)能與原樁基連接成整體。布置原承臺(tái)底面、側(cè)面和頂面植筋，并綁扎鋼筋網(wǎng)、安裝橫、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。
?、逎仓信_(tái)混凝土（C40），振搗、養(yǎng)生，擴(kuò)建承臺(tái)將鋼管樁頂部連成整體。
⑦承臺(tái)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求后，張拉預(yù)應(yīng)力，封錨。
3.68#~10#墩樁基加固
?。?）崔華根大橋通航孔原為兩孔16m現(xiàn)澆鋼筋砼空心板，板高+鋪裝厚度共為74cm，現(xiàn)采用PC寬幅空心板置換舊板，新板預(yù)制梁高80cm，鋪裝層厚度10cm，總厚度為90cm，比原結(jié)構(gòu)增高16cm，同時(shí)自重增加了約1.5倍，驗(yàn)算結(jié)果如下表，驗(yàn)算結(jié)果可知，8~10#墩樁基豎向承載力不能滿足要求，需要進(jìn)行加固處理。
(2)鑒于樁基承載力不足，由于橋下凈空受限，考慮增加14根Ф168mm微型鋼管樁，并將原系梁加寬至與原承臺(tái)同寬，同時(shí)承臺(tái)和系梁向下加厚50cm。為使新舊承臺(tái)共同受力，在50cm厚度內(nèi)增設(shè)四根Ф32預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。每根鋼管樁的單樁承載力特征值Ra=300KN，考慮新舊樁基共同承擔(dān)上構(gòu)豎直力，新老樁基各承擔(dān)50%。
（3）經(jīng)計(jì)算，加固后8~10#墩樁基豎向承載力能滿足要求。
4、結(jié)語(yǔ)
崔華根大橋維修加固工程于2009年春運(yùn)前全部完工，經(jīng)檢驗(yàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并得到監(jiān)理及業(yè)主的好評(píng)，為類似工程施工提供借鑒。
