严寒地区某座在建桥梁箱梁病害及处治措施

2020-12-01张宗爱

运输经理世界 2020年5期

文/张宗爱

1 概述

该桥跨径布置为70+2×120+70 (m)，上部结构为预应力砼变截面连续箱梁，采用单箱双室结构，单幅箱梁顶宽18.49m，外侧悬臂长为2.5m，内侧悬臂长为2.49m，箱底宽为13.5m，悬臂端部厚0.18m，悬臂根部厚0.85m，中跨支点处梁高7m，中跨中梁高为3m，梁底按1.5 次抛物线变化，中跨2m 合拢段为3m 等高段，边跨中支点处梁高为7m，边跨引桥侧为11m 长等高段，梁高3m，梁底按1.5 次抛物线变化，腹板变厚度0.9m（支点）到0.5m（跨中），底板变厚度0.7m（支点附近）到0.3m（跨中），顶板厚度为0.28m。0 号段各断面尺寸适当增大，0 号段墩顶横隔梁厚度为3m，边横梁厚度为2.5m[1]。下部结构为Y 型桥墩(立面呈花瓶形状)，钻孔灌注桩基础。

2 箱梁主要病害情况

该桥箱梁的主要病害有箱梁腹板竖向裂缝、箱梁腹板竖向裂缝维修处理不当的二次病害、梁底支座垫石附近混凝土浇筑不密实三种。

2.1 箱梁腹板竖向裂缝

该桥上部结构每个桥墩分17（第0-16 号箱梁块）个箱梁块悬浇施工，第0 号与第4 号箱梁块的施工时间均为10月中旬至12月上旬。箱梁块的纵向预应力进行了张拉处理；竖向预应力亦进行张拉处理，但竖向预应力管道均未进行注浆处理。

第二年六月份，在准备悬臂分段施工第1、5 号箱梁块时分别发现，第0、4 号箱梁块腹板中间出现竖向裂缝；裂缝中间宽、两端窄，最大缝宽达3.0mm，裂缝基本贯穿腹板高度(距腹板与顶底板倒角均约500mm)，个别腹板开展到锚垫板处，但缝宽较细，多数腹板裂缝未开展到锚垫板处。

调查箱梁施工记录、统计当地的气温走势及雨雪天气情况、检测竖向预应力管道、分析纵向预应力分批张拉的影响（采用Midas FEA空间有限元软件进行结构仿真分析，模拟主桥梁的实际施工过程，并考虑腹板上的两束钢绞线分次张拉）。可知，由于混凝土局部质量缺陷（不密实、有空洞）、竖向预应力体系密封不好，在养生水、雨雪天气补水的冻胀及冻融循环作用下使混凝土开裂。

同时对裂缝特性进行详细检测（超声波无损检测、取芯检测及竖向预应力管注水检测），发现，第0 号与第4 号箱梁块腹板中间裂缝已经全部贯穿整个腹板。

2.2 裂缝处理不当的二次病害

发现裂缝后，施工单位采取张拉横向预应力的方式对箱梁腹板竖向裂缝进行处理，由于张拉横向预应力前未对箱梁腹板裂缝注胶处理，且横向预应力筋非贯穿整个腹板，在张拉横向预应力时产生新的裂缝[2]。

2.3 支座附近混凝土浇筑不密实

主桥箱梁外观局部砼存在蜂窝麻面、空洞，钢筋外露锈蚀现象，墩顶位置第0 号块箱梁底板、梁底支座垫石及防震挡块尤为严重，箱梁钢筋保护层薄、间距较密，混凝土骨料不能进入钢筋保护层、梁底支座垫石及防震挡块区域，施工难度增大，出现漏振、欠振和超振的概率增加，拆除模板后砼出现麻面、空洞、钢筋大面积外露锈蚀[3]。

3 箱梁病害的影响

由于混凝土局部质量缺陷（不密实、有空洞）、竖向预应力体系密封不好，在养生水、雨雪天气补水的冻胀及冻融循环作用下使混凝土开裂[4]。腹板出现裂缝后，影响腹板整体性，减少腹板的有效宽度，降低截面抗剪能力，局部容易出现应力集中现象，存在安全隐患。

墩顶位置第0 号块箱梁底板、梁底支座垫石，混凝土存在蜂窝麻面、空洞，钢筋外露锈蚀现象，体系转换，存在不可预估的竖向沉降及横桥向不均匀沉降，存在重大安全隐患。

4 处治方案

该桥为在建桥梁，为减少社会影响、降低损失，须及时处理。

4.1 测量已施工箱梁块的现存应力情况

由于腹板存在竖向裂缝，截面已不是整体有效断面，应力重分布，弄清已施工箱梁块的现存应力情况是整个桥梁处置方案的必要前提条件。

本桥采用应力释放测试混凝土的应力情况，应力释放测试是通过对混凝土截面进行钻孔，以释放预应力混凝土结构的不同位置处的应变量，从而推算出结构测试点的应力[5]。在钻孔过程中是通过使用电阻式应变片测量钻孔处表面的应变，通过钻孔前后的变形差值反映到应变片上，得到被除数测点的应变大小，通过对不同钻孔深度应变值的分析得到不同情况下应变与钻孔深度的关系，从而得到应变释放规律。