空心板桥维修加固处治应用研究

2015-11-09付雷周旭肖凯东

山西建筑 2015年23期

付雷周旭肖凯东

(贵州高速公路集团有限公司，贵州贵阳 550000)

某桥于2005年12月竣工，原桥设计荷载:汽车—超20级，挂—120;地震烈度:6度;计算行车速度:60km/h。左幅桥上部构造为10 m×16 m整体式钢筋混凝土空心板，右幅桥上部构造为13 m×16 m整体式钢筋混凝土空心板，上部构造采用简支体系，桥面连续;下部构造为钢筋混凝土双柱式桥墩，桩基础，片石混凝土重力式U形桥台。

1 病害概况及成因分析

1)全桥整体现浇空心板板底出现纵向裂缝，纵向裂缝最大宽度0.32mm，裂缝处均有渗水、泛碱。成因分析:早期整体现浇空心板受经济因素制约，空心板底板较薄，本桥底板设计厚度7.5cm，顺桥向间距15cm布设Φ14钢筋。经调查该桥施工时，空心板内空腔模板采用竹笼制作，施工时内模板竹笼如定位不准下沉也将会导致底板厚度变薄。薄壁结构在纵向受力时其截面将发生畸变变形，同时在底板上下缘产生畸变弯曲应力，当畸变拉应力超过混凝土的抗拉强度，势必导致底板产生纵向开裂。需要对裂缝进行封闭或灌浆处理，以保证空心板的整体性及刚度。

2)全桥整体现浇空心板板底均出现多条横向裂缝，横向裂缝最大宽度0.22mm，部分裂缝渗水，出现泛白、结晶等现象。成因分析:整体现浇板底面出现多条横向裂缝，大部分横向裂缝出现在跨中附近位置，结构计算结果表明空心板跨中抗弯承载能力不足，导致板底出现横向裂缝(见图1)。需要对裂缝进行处理，同时对空心板进行补强。

图1 整体现浇板底板裂缝

3)空心板裂缝存在渗水、泛碱、结晶钟乳石现象，部分空心板空腔内积水。成因分析:板底裂缝渗水、结晶形成钟乳石现象，分析为雨水经桥面铺装裂纹下渗至空心板内腔圆孔内(本桥未设置防水层)，再由板底裂缝下渗所致。雨水对空心板钢筋具有腐蚀作用，造成空心板耐久性减弱。需要对空心板桥桥面铺装进行改造，增设防水层，以防止桥面污水继续下渗。另需要在空心板板底较低侧打孔排水，防止空心板空腔内积水侵蚀空心板内钢筋(如图2所示)。

图2 空心板板腔积水

4)桥面系存在12处病害，病害类型为桥面铺装层7处横向开裂，2处坑槽、横向开裂，3处破损、露筋。成因分析:桥面铺装病害位于墩顶桥面连续位置。因简支桥桥面连续位于主梁变形最大的部位，要承受梁体的转动和梁体的伸缩引起的变形，加上由于相邻桥孔出现的橡胶支座弹性压缩不同步而引起的错动变形，致使桥面连续处的受力复杂容易引起开裂、破损等病害。

2 桥梁结构验算

基于《公路桥梁承载能力检测评定规程》的承载能力折减系数计算，该桥建成年代较久远，桥梁出现了不同程度的耐久性病害，削弱了结构承载力。因此桥梁目前的实际承载能力应根据检测结论进行合理的折减，以评估其目前实际承载能力。结合桥梁检测评估结论，引入承载能力折减系数(含承载能力验算系数Z1和承载能力恶化系数)，用以评估结构实际承载力相对设计结构承载力的削弱。

参考检测报告结论，选取以下系数:

1)基于检测的承载能力检算系数Z1:根据检测结论检算系数Z1=1.0。

2)承载能力恶化系数。

根据耐久性恶化各项检测指标的检测结果，考虑混凝土表观缺损、钢筋自然电位、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度等确定恶化状况评定值。桥址的环境特取“干、湿交替、冻、无侵蚀性介质”环境，经计算，得到该桥恶化系数为0.075 4(如表1所示)。

表1 构件恶化系数评定指标

3)材料恶化系数:根据检测结论混凝土截面折减系数为0.987，钢筋折减系数为 0.975(见表2)。

表2 截面折减系数评定指标

经过计算，桥梁承载能力综合折减。

2.1 加固前结构验算

本次加固设计采用桥梁专用分析软件MIDAS CIVIL对大桥进行计算分析，结构模型见图3。

图3 结构模型图

加固前计算结果。依据JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范对加固前钢筋混凝土空心板进行验算，结果如表3所示。

表3 加固前结构验算结果

依据85规范，从桥梁现状计算结果可以看出，主梁抗剪承载力满足规范要求，但抗弯承载力和裂缝宽度不满足规范要求。

2.2 加固后结构验算

采用在板底顺桥向粘贴11条20cm宽碳纤维板的方法来进行维修加固，见图4。依据JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范及JTG/T J22—2008公路桥梁加固设计规范对加固后钢筋混凝土空心板进行验算，结果见表4。

表4 加固后结构验算结果一览表

依据85规范，在承载能力极限状态下，纵桥向跨中抗弯承载能力安全系数为1.157，加固后板跨中截面的抗弯承载能力满足要求。在正常使用极限状态下，整体式现浇空心板跨中裂缝验算满足规范要求。混凝土表层缺陷修补示意图见图5。

图4 底板粘贴碳纤维板加固

图5 混凝土表层缺陷修补示意图

3 主要加固方法与内容

3.1 主要加固材料

1)粘贴钢板用胶粘剂;2)混凝土裂缝修补用胶(注射剂);3)裂缝修补用聚合物水泥注浆料;4)混凝土表层缺陷修复用材料;5)阻锈剂;6)碳纤维板;7)聚丙烯腈纤维。所有加固专用材料安全、性能指标均应符合中华人民共和国行业标准JTG/T J22—2008公路桥梁加固设计规范和相关规范的要求。

3.2 主要维修加固的方法及步骤

1)裂缝封闭灌浆。施工流程:裂缝的检查及标注→清缝及裂缝表面处理→粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭→压气实验→灌注混凝土裂缝修补注浆料→灌注完毕待浆液聚合固化后拆除灌浆嘴→涂混凝土裂缝修补胶封闭。a.对于裂缝宽度小于0.15mm。采用聚合物水泥表面封闭法，聚合物水泥是在加固专用的改性环氧浆液配出后加入50 g 525号水泥搅拌均匀而成，封闭后要考虑结构表面的美观。b.对于裂缝宽度不小于0.15mm。采用灌注混凝土裂缝修补胶液封闭裂缝法，将裂缝修补胶浆液压注入结构物内部裂缝中去，以达到封闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的，使混凝土构件恢复整体性。

2)粘贴碳纤维板。按设计尺寸裁剪碳纤维板，施工准备→混凝土表面处理→底层树脂配制并涂刷→找平材料配制并对不平整处修复处理→浸渍树脂或粘贴树脂的配制并涂刷→粘贴碳纤维板→表面防护。

3)种植钢筋。定位→钻孔→清孔→注胶→植筋→静置固化。

4)桥面铺装及桥面连续改造。对原桥面标高进行测量→按设计图纸拆除原桥面铺装→对桥面及空心板板端缝隙进行彻底清理，并按设计要求布置种植钢筋→按要求布置桥面钢筋网及桥面连续钢筋网→浇筑新的桥面整体化层和桥面铺装沥青层。

5)空心板打孔排水。a.打孔位置。孔位一:低纵坡一侧距离板端头1.0 m～1.5 m处;孔位二:板跨中或有明显渗水区域，如图6所示。b.打孔方式。首先应探测钢筋位置，避开不利位置，电锤打孔，孔径12mm。c.排水处理。打孔处自然排水，待积水排净后，在排水孔处安装PVC套管，PVC套管应至少伸出孔口3cm。