汕头海湾大桥混凝土箱梁顶板病害诊治技术

林佳漫

(广东汕头海湾大桥有限公司，广东 汕头 515000)

1 桥梁概况

汕头海湾大桥(以下简称“大桥”)是我国第一座现代化大跨度悬索桥，于1995年12月28日建成通车。大桥为跨海公路大桥，是连结广东省深圳市、广东省汕头市、福建省厦门市3个经济特区的重要交通纽带及经济动脉，全长2 500 m，包括正桥、南引桥、北引桥三部分。正桥为三跨双铰预应力混凝土悬索桥，跨径布置为(154 m+452 m+154 m)。加劲主梁采用单箱三室预应力混凝土薄壁箱形结构，每间隔6 m布置一组吊索。

2 加劲梁结构

加劲箱梁采用单箱三室预应力混凝土薄壁箱形结构，混凝土标号为60号。梁体截面外轮廓为似橄榄的流线形状，桥面宽24.2 m，梁中线高2.2 m，两侧边腹板高0.9 m，箱梁顶板做成与路面横坡一致的坡面。加劲梁节段平面图见图1，立面图见图2。

图1 加劲梁节段平面图(单位：cm)

图2 加劲梁节段立面图(单位：cm)

对应梁上的吊点，在纵向每隔6 m设置一道实心主横梁，相邻主横梁中间设空腹式副横梁。

加劲梁分共计121节段，所有节段在工地预制，现场通过空腹式副横梁现浇形成整体。预应力体系：①横向预应力：在主横梁下翼缘两侧设置钢绞线，Rby=1860 MPa；②体内预应力：箱梁顶板内配置7-7φ5 mm体内预应力束；③体外预应力：箱梁底板配置7-7φ5 mm体外高强度钢绞线预应力束。

3 顶板状况

加劲梁部分箱室顶板存在纵向开裂现象，除个别裂缝最大宽度>0.15 mm外，其余裂缝宽度一般≤0.10 mm。

出现顶板开裂较多的箱室主要分布在N1墩(北边墩)、S1墩(南边墩)伸缩缝以及主塔过渡梁桥面板两侧。如图3所示。

图3 箱室内顶板纵向裂缝

4 顶板受力分析

4.1 计算模型

采用ANSYS建立全桥空间杆系模型，分析的梁节段采用实体单元建立，实体节段模型中预应力钢绞线采用三维杆单元模拟。桥梁有限元计算模型如图4～5所示。

图4 全桥整体模型

图5 加劲梁节段实体模型

4.2 荷载工况及计算结果

1)荷载工况。重车荷载按照规范重量为55 t，实际情况下存在超重车现象，按照110 t考虑(据调查在设置治超站前每日有10%以上的车辆在55 t以上，少数超载车重量超过100 t)。

温度梯度参考《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)，并考虑边腹板外侧升温。

荷载组合一：110 t车(超载车)；荷载组合二：110 t车+恒载；荷载组合三：110 t车+恒载+温度梯度。

2)计算结果与分析。超重车单独作用下的顶板应力云图如图6～7所示。结果显示，重车作用下主拉应力峰值为2.45 MPa，超重车作用下主拉应力峰值为5.83 MPa。

图6 超载车作用顶板应力云图(单位：MPa)

图7 (恒载+超载车+梯度温度)顶板主应力云图(单位：MPa)

可以看出，在超载车作用下，顶板底面主拉应力超过混凝土抗拉强度标准值，引起顶板开裂，(恒载+超载车+正温度梯度)组合作用下顶板底面主拉应力峰值为3.63 MPa，与顶板底面出现的纵桥向开裂现象是符合的。

5 维修设计

1)裂缝处理。如果裂缝的宽度超过0.15 mm,采取灌浆处理措施；如果裂缝的宽度在0.15 mm以内，则对所有裂缝作封闭处理。

2)缺陷修补。利用聚合物砂浆修补表层存在缺陷的混凝土。混凝土深层缺陷则需要使用环氧砂浆(混凝土)来修补。

3)粘贴碳纤维布。通过对开裂顶板粘贴碳纤维布，使之与箱梁顶板形成整体，限制裂缝开展，提高桥梁的耐久性。顶板底面粘贴碳纤维布，可与顶板一同受力，在一定程度上可提高结构抗裂性，防止在超载及车辆冲击荷载情况下底板再次出现裂缝。对顶板裂缝较多的箱室，采用粘贴碳纤维布进行处理。顶板碳纤维布粘贴方案如图8所示，碳纤维布共粘贴两层，每幅宽度为50 cm，幅与幅之间重叠≥5 cm，幅条两端分别设置一道压条，碳布纤维方向与横桥向平行。

4)粘贴碳纤维布施工。①基面处理，对粘贴区域混凝土表面全面打磨，除去表面杂物，保证表面平整清洁，暴露在基面外的钢筋、预埋件及混凝土缺陷应进行处理，基层含水率要求<10%；②配制并涂刷底层树脂，根据产品说明严谨配制底层树脂，在涂抹的过程中应尽量做到薄且均匀，遇到钢筋、凹凸不平等部位，需要多次涂刷，不过需注意涂刷的厚度应控制在1 mm以内，待底层树脂表面用手指触摸发现已经干燥后，则立即开展下一道工序；③基面找平，涂刷树脂后等待30～60 min，在基层中气泡清除后，针对混凝土表面存在凹凸的部位行进找平，通常使用2 m靠尺测量，应保证平整度在3 mm以内且没有棱角，同样在找平工作完成后立即进入下一道工序；④涂刷树脂，将配制好的浸渍树脂或粘贴树脂均匀地涂抹在需要粘贴的混凝土表面上；⑤粘贴纤维布，严格根据设计尺寸裁剪纤维布，在指定部位粘贴好之后使用滚筒沿着纤维的方向反复滚压，通过这种方式清除气泡，注意滚压过程中不能使纤维布受到损害，第一层纤维布表面干燥后要粘贴第二层，完成后在其表面涂抹浸渍树脂；⑥表面防护，纤维布粘贴完成后进行表面防护施工，防护材料与纤维布材料应有可靠的粘贴。维修后效果如图9所示。

图9 箱室顶板碳纤维布粘贴方案示意图

6 结束语

超载车作用下顶板底面产生横桥向局部拉应力，主拉应力超过混凝土抗拉强度，引起顶板底面纵向裂缝。本文针对不同宽度的裂缝及不同类型的混凝土缺陷，提出合理的处理方案和施工工艺，恢复混凝土的整体性，提高桥梁的耐久性，并根据加劲梁顶板的受力特点，提出粘贴碳纤维布处理方案及施工工艺，限制裂缝发展，提高结构的抗裂能力。

[ID:013203]