河桥T形梁裂缝修补措施浅谈

樊 晋

(中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西西安710000)

预应力混凝土梁在水利水电工程及桥梁工程中广泛应用,混凝土的破坏是以混凝土出现裂缝为先兆的混凝土自身的破坏,所以工程裂缝是一个具有普遍性的技术问题[1],科技工作者在对预应力混凝土梁的裂缝研究方面的成果也不少,在工程实践中发挥了重要的作用[2～8]。裂缝是混凝土结构普遍出现的现象,裂缝产生的原因一般可分为两种[2]:一是由变形引起的,也称非结构性裂缝,指变形得不到满足,在构件内部产生自应力,当自应力超过混凝土容许应力时,引起混凝土开裂;二是由外荷载引起的裂缝,也称结构性裂缝,表示结构承载力可能不足或存在严重问题。非结构性裂缝产生的原因有多方面,如施工不当、温度变化、混凝土凝固过程中因收缩等等。结合湖北竹山县潘口河桥工程的实际情况,河桥工程T形梁裂缝属于支撑台座基础两侧不均匀下沉引起的结构性裂缝。

1 工程概况

潘口河桥桥址位于潘口河口上游约200 m处,距电站厂房约400 m,在电站施工期间承担左岸施工交通运输任务,电站建成后作为永久左岸上坝交通使用。潘口河桥以襄关省道为起点,左岸上坝公路为终点,且与两端道路顺接,桥长63.5 m,桥宽11 m(9m行车道+2×1m人行道),设计荷载汽—60级、特挂—200级。桥跨布置由一跨38 m长的预应力钢筋混凝土T形梁桥和一跨12 m的钢筋混凝土肋板梁组成。

河桥上部构造为一跨38 m长后张预应力钢筋混凝土T形梁,桥面宽为11 m,桥跨布置为5 m×38 m简支结构,横向布置5片T形梁,其中3片中梁,2片边梁,梁高2.5m,38m T形梁采用C50预制混凝土。是按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004标准,采用5-7Ф 5的钢绞线,预制成具有高强度低松弛的预应力混凝土大梁。

2 T形梁裂缝处理方案

根据裂缝的成因情况,一般可将裂缝分为两种类型[6]:一类是由于材料、气候等造成的一般塑性收缩裂缝、干缩裂缝等,这类裂缝一般对承载力影响较小,可作一般处理或不处理;另一类裂缝明显影响了梁的承载能力,随着裂缝的扩展和延伸,钢筋达到屈服强度,受压区混凝土应变量增大,梁刚度大大降低,构件趋向破坏,此类裂缝必须及早采取加固补强,以满足结构安全需要。该T形梁裂缝是属于施工前期降雨影响造成。由于中梁混凝土浇注前连续几天降雨,混凝土浇筑后第三天在距T形梁一端16 m处发现一条裂缝,裂缝呈横向分布,延伸到两侧翼板边缘,裂缝宽度为1 mm,并向梁下部腹板两侧延伸0.8 m,如不进行修补处理,此梁将无法投入正常使用。经后续观察,该裂缝发展变化不大,用水准仪观测T形梁台座水平度,台座两侧下沉约2 cm～3 cm,裂缝是由于T形梁台座基础不均匀下沉引起。由于潘口河汛期已至,为了赶在洪水到来之前保证潘口河桥通车,将该跨T形梁报废重新预制时间已经不允许,同时也会造成较大的经济损失,经专家论证,并考虑预制预应力T形梁结构的特点,确定采用具有一定的变形性能粘结补强材料进行修补的处理方案——采用填充法[6],即沿裂缝混凝土表面凿成一定宽度、深度的梯形槽,使用柔性环氧砂浆及环氧混凝土材料进行填充。

3 修补材料

3.1 修补材料的选择

T形梁设计年限为100 a,设计荷载为汽—60级、特挂—200级,要求粘结补强材料必须满足如下条件:

(1)粘结补强材料的抗压、抗拉强度必须要大于T形梁C50混凝土的设计强度。

(2)粘结补强材料必须与原T形梁混凝土粘结牢固,并要与原混凝土形成一个整体。

(3)必须具有与原混凝土相近的变形性能,不能因T形梁裂缝修补后进行张拉时,修补部位因受拉力而出现二次裂缝。

(4)粘结补强材料的有效期限必须大于T形梁设计年限。

为了满足T形梁裂缝修补的要求,决定采用本身强度较高,并具一定的变形性能,而且与原混凝土粘结牢固的柔性环氧砂浆及环氧混凝土来进行修补。

3.2 修补材料的性能

配制后的柔性环氧砂浆及环氧混凝土的性能决定于配方中所采用的固化剂的性能。使用改性固化剂加入少量的丁晴橡胶,克服了原采用乙二胺为固化剂配制的环氧砂浆及环氧混凝土毒性大、放热量大、反应速度快,固化后质硬脆,且施工中要求干燥、忌水等缺点,用改性固化剂及丁晴橡胶配制出的环氧砂浆及环氧混凝土具有许多优良性能,毒性甚微,反应速度慢,利于施工,并且该材料粘结力强,可与原混凝土粘结牢固,形成一个整体,不影响原混凝土的整体结构及承载力,另外由于在配方中加入了少量的丁晴橡胶,配制出的环氧砂浆及环氧混凝土具有一定的柔性及韧性,提高了粘结补强材料的极限变形性能,使它能够满足对T形梁修补后进行后张拉的要求,粘结补强材料力学性能见表1。

表1 粘结补强材料及C50混凝土力学性能

由上述指标可见,这种修补材料的力学性能比C50混凝土的抗压强度及抗拉强度高,并且与混凝土粘结力强,且具有一定的韧性,因此它完全可以满足大梁C50混凝土裂缝修补的要求。

3.3 修补方案

对翼板及腹板两侧出现的裂缝,沿裂缝凿开宽20 cm,深10 cm的梯形槽,采用柔性环氧砂浆及环氧混凝土处理。为减少裂缝处在张拉过程中出现的应力集中,故在腹板顶部裂缝左右各50 cm内范围凿开宽20 cm,深约5 cm的梯形槽,露出腹板钢筋,槽内布置了3根1 m长Φ 12钢筋,与腹板钢筋点焊,然后用柔性环氧砂浆及环氧混凝土填充平。T形梁修补平面示意图见图1、T形梁裂缝剖面见图2。

图1 T形梁修补示意图

图2 T形梁裂缝剖面

4 施工工艺

施工工艺与修补材料同等重要,在施工中确定修补材料的适宜配方后,要特别注意施工工艺,否则粘结补强就达不到预期的效果,因此要严格按照施工工艺进行施工,以确保修补后的质量。

施工工艺:

(1)将配制环氧砂浆及环氧混凝土所需的砂和小石洗净、晒干。

(2)被粘面的处理,按照修补方案将T形梁翼板顶面、腹板顶面与侧面凿开成梯形槽,将凿开的混凝土表面的疏松层清除掉,露出坚硬、牢固的混凝土面,并用高压风枪将混凝土表面的碎屑、灰尘等杂物冲净。要求被粘面一定要保持干净,漏出钢筋部位要除去钢筋上的铁锈及其它杂物。

(3)修补步骤:在修补前,首先在被修补面上涂刷清洗剂,以清除表面细小颗粒,然后均匀涂抹一层环氧基液,厚度控制在0.5～1.0 mm,等候15～20 min后涂抹一层厚5～10 mm的环氧砂浆,中间分层填充环氧混凝土并掺入适量的钢纤维,每次填充约5 cm左右,分层插捣密实,用力挤压,最后填充1 cm左右的环氧砂浆(见图3),表面拍打密实平整,排出内部气泡至泛出浆液,然后用塑料薄膜覆盖。

图3 梯形槽填充材料典型剖面

(4)修补后固化24 h即可拆模,2 d后可达到预期强度,T形梁张拉即可进行。

5 裂缝修补后试验检测

T形梁裂缝修补后,为了检测桥跨结构的实际承载能力,结构变形及抗裂标准是否满足有关技术规范要求,邀请了武汉理工大学交通学院武汉港湾工程质量检测中心对T形梁进行了张拉,并对河桥作了静载与动载试验。

5.1 裂缝修补后T形梁的张拉与架设

6月15日完成T形梁的粘结补强,6月19日完成了中梁的张拉,张拉过程中严格按照设计张拉力进行,T形梁裂缝的修补处未出现二次拉缝现象,T形梁张拉后反拱值为3.9 cm,设计反拱值为4 cm,满足设计要求。现场观察,T形梁在移动架设过程中,修补部位完好。

5.2 静载试验

(1)裂缝修补部位观测在桥梁荷载试验期间,采用专人观察桥梁跨中以及支座附近等承受弯矩和剪力比较大的部位,在整个加载试验过程中,没有二次裂缝的出现。

(2)挠度测试挠度测点选择各跨的L/4、L/2和3L/4处,采用精密水准仪测量,结果见表2。将观测数据与理论计算值进行比较分析,结合挠度校验系数,得出检测结果为:中梁桥跨结构的竖向刚度满足设计规范要求,且表中其刚度储备比较充分,说明该梁处于弹性工作状态。

表2 挠度、应变实测值与理论值比较

(3)应变测试结果见表2,根据应变测量值与理论值进行比对,得出中梁简支结构的抗剪强度和承载能力均满足设计要求。

5.3 动载试验

(1)通过脉动试验、跑车试验、跳车试验、刹车试验,运用CRAS随机信号与振动分析系统,进行桥梁动力特性分析。获得结构的前2阶固有频率,其中第一阶振动频率为4.000 Hz,大于计算值3.562 Hz,第二阶振动频率为14.375 Hz,大于计算值14.25 Hz,表明桥梁具有良好的动力特性。

(2)实测冲击系数为0.19,与理论计算值0.22较接近。

6 结 语

对潘口河桥T形梁裂缝粘结补强处理后,修补处的强度达到设计要求。采用后张法对T形梁进行张拉,在裂缝修补处受到拉应力作用,在受拉过程中再无裂缝出现。梁在使用过程中,由于修补裂缝处在T形梁靠翼缘侧,此处受到是压应力,修补处在受压过程中无裂缝出现。从梁裂缝处理后的受力分析来看,无论是受压还是受拉,修补处均无裂缝出现。静载及动载试验结果表明,此桥的承载力、结构变形及抗裂标准均达到了技术规范要求,可以交付使用。

对于结构较单薄的钢筋混凝土构件,如预制板梁构件、现浇钢筋混凝土梁板构件、混凝土面板等,在发生裂缝后,可借鉴潘口河桥T形梁裂缝粘结补强的处理经验,对构件裂缝进行粘结补强处理,使其达到使用目的。

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