对某桥梁工程存在病害及处治措施探讨

杨启众

摘 要：笔者结合工程案例，主要分析了桥梁存在的病害及桥梁病害检测，并提出了相应的维修补强措施，仅给予同类工程参考；

关键词：大桥病害；桥梁工程；裂缝；防治措施

随着现代桥梁工程施工技术的飞速发展，桥梁工程的内在施工质量已经有了明显的提高，而外观质量已成为反映施工企业技术水平的最重要的因素。

由于车辆，特别是超重车辆行驶，以及外界各种因素作用和影响，常常导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重时甚至会影响到桥梁正常使用。然而，加强桥梁养护管理、对发现的病害及时进行针对性的处理可以较好的保证桥梁使用状况得到恢复或改善。裂缝的出现不仅仅影响工程质量甚至会导致桥梁垮塌。如何提高混凝土的外观质量减少裂缝亦成为建设单位、监理部门及施工企业要解决的重要问题。

一、工程概况

该桥梁全长553m，主桥为跨径2×60m的预应力混凝土独塔单面板拉桥，结构新颖、造型独特，主桥箱梁截面型式为单箱四室，一般断面处梁高1.9m，下部结构塔下为矩形空心墩、 端部为排架式薄壁墩，钻孔桩基础。该桥设计荷载为汽-20、挂-100级，于1992年底建成通车。2000年、2001年浙江省公路工程质量监测站例行检查发现，该大桥主要存在以下病害：

（1）支座压缩变形严重，已呈现老化状态；

（2）箱梁斜腹板端部斜裂缝多且宽，间距30～80cm不等，距主墩18m处也发现斜裂缝；

（3）箱梁内部两边室所有横隔板均发现裂缝分布，最宽达0.20mm；

（4）斜拉板裂缝较多，主要分布在中间部位下方，根据相关方面介绍情况，斜拉板裂缝在施工期间已被发现。

二、桥梁病害检测

该大桥已运营多年，普查结果也表明桥梁部分构件已有局部损伤，为评定其结构的耐久性、保证结构在目标使用年限内的安全和合理使用，主体结构耐久性调查，对构件表观病害如裂缝及缺陷、混凝土抗压强度及碳化情况及钢筋锈蚀情况进行检测十分必要，其目的是调查裂缝的现状与所处状态，初步确定构件工作状况和裂缝的病害程度和发展趋势，并结合调查分析结果判断病害的成因。同时，工程结构裂缝形状多种多样，对于桥梁重要构件（如主梁）裂缝发展的程度（具体位置、数量及深度）和规律性必须引起重视，为桥梁的全面评估以至维修提供实验依据。

采用NAK2精密水准仪检测桥梁纵横向标高，结果表明与竣工时候基本相同。采用瑞士Proceq公司生产N and NR型回弹仪，在箱梁内部及墩顶共选取20个测区检测混凝土墙头，各测点回弹法强度推定值最大为56.1MPa，最小为49.6MPa，大于梁体C45混凝土强度设计值。裂缝宽度量测仪器采用上海浦东物理光学仪器厂生产的JC4-10型读数显微镜，测微鼓最小读数为0.005mm。检查发现，裂缝发生的部位如图2、图3所示，其中，斜腹板端部斜裂缝多沿支座30～50°向上发展，最大宽度2.53mm。

图1 桥梁现状检测

图2 大桥斜拉板及箱梁斜腹板裂缝分布

三、结构仿真分析及裂缝成因分析

1.结构仿真分析

工程结构裂缝问题也是十分复杂的，许多情况下，无法用单一或十分明确的原因加以解释，为详细分析和检验桥梁原有结构（出现局部损伤前）和现有结构（出现局部损伤后）的性能，采用详细的组合有限单元方法进行计算分析。建模、计算和后处理采用ALGOR（14.06版）大型软件完成，单元总数量为181，932个，全桥模型如图4所示。

（1） 桥梁原有结构按照施工过程各节段顺序迭加计算，成桥后期考虑混凝土收缩、徐变和温度变化；分别计算混凝土收缩、徐变作用，将计算结果与成桥状态的计算结果迭加，

（2） 成桥后期与汽车荷载作用的计算，根据目前通行车辆的实际情况和合同要求，汽车荷载采用城-A级荷载；

（3） 考虑了成桥后期与体系升温和降温作用的计算，计算桥梁梁体正温差和负温差（采用BS 5400混凝土箱梁正、负温差模式）作用；

（4） 对于桥梁现有结构则分析考虑出现的损伤（主要是大于0.3mm）的裂缝；分别进行了开裂作用的计算、开裂作用与汽车荷载作用的计算。

图3 全桥计算模型

根据分析计算数据，得出结论如下：

（1） 成桥状态、成桥后期状态恒载作用下，梁体和拉板的应力水平总体上不高。桥梁的变形整体上较小，结构整体性较好、刚度较大。

（2） 成桥后期和体系降温、汽车荷载（检算采用城-A荷载，总体上比设计荷载大，比较接近实际通行的重车情况）作用下，桥梁梁体部分部位最大正应力和最大主应力超过2.7MPa、剪应力超过2.5MPa，拉板部分部位最大主应力超过2.7MPa：应力水平偏高。

（3） 图中的A、B和C区域的主拉应力普遍偏大，这与已经检查发现的混凝土局部开裂应有直接联系。D和F区域的主拉应力和E区域下缘的拉应力也偏大。

（4） 已经出现主要裂缝对桥梁变形增加较小，对腹板剪应力和最大主应力有一定增加。

图4 成桥后和体系降温、汽车荷载（城-A）作用下主拉应力普遍偏大区域分布

2、病害原因分析

根据检测结果及仿真分析，结合该大桥的实际车辆通行情况，结论如下：该大桥出现的裂缝主要分为两类：

（1）施工期间产生的裂缝，如斜拉板中部近垂直于下缘的裂缝，其特征为裂缝多横向贯通，发现时间早，施工拆模后即有发现。

（2）后期在高应力区因收缩徐变、温度及汽车活载作用下产生的裂缝，如斜拉板下部产生的断续、细长的裂缝，局部十字形裂缝，与墩柱结合附近的十字形裂缝，其特征为裂缝宽度小、但逐渐缓慢发展。箱梁斜腹板斜裂缝：该大桥处于交通要道，随着经济发展，近年来交通量急剧加大，实际上通行重车甚至超重车辆数量也很频繁，由于箱梁斜腹板厚度较小，富裕量有限，长期在过大的活载作用下出现裂缝。横隔板裂缝：在箱梁的设计中，与顶、底板或腹板比较，横隔板的含筋率较低，构件本身又为钢筋混凝土结构（不含预应力筋），在使用一定年限后，比较容易产生裂缝，这在连续箱梁桥中也比较常见。

四、维修补强设计

以保证构件的耐久性为指导思想，通过抑制裂缝的继续发展、防钢筋（预应力钢绞线）腐蚀，借助压注粘合剂修补封闭裂缝、粘贴补强材料恢复箱梁已开裂截面刚度，确保构件整体性；支座附近及拉板下方内侧的箱梁斜腹板粘贴竖向钢板及腹板加厚来共同承受活载、温度等产生的主拉应力，并提高维修范围内断面抗剪极限承载能力。

1.斜拉板裂缝修补

⑴ 裂缝封闭或压注修补：裂缝周围打磨清理后，采用环氧树脂类材料修补及封闭，要求采用的修复材料的强度高于C40混凝土，和易性好，与钢材、混凝土的附着性强（抗拉剪强度≥10MPa），对于宽度<0.15mm的裂缝，可选用SB-101等高分子材料封闭，宽度≥0.15mm的裂缝，要求压注低粘度、高强度的环氧类粘结胶，修复后的有效填充率应在90%以上，可选择的材料有BL-GROUT，E-206等裂缝修复专用材料。

⑵ 蜂窝麻面的处理：表面清理后采用与封闭裂缝相同的材料填平修复，如有外露钢筋则应除锈后涂刷一层KONY BOND RS渗补剂后再填平修复。

⑶ 补强：为增强构件的抗裂能力，提高结构的耐久性，对出现裂缝的区域进行补强，即在斜拉板的下缘、两侧（局部）及与墩柱结合处附近采用碳纤维布粘贴。

2.塔柱后浇封锚混凝土处裂缝修补

塔柱后浇封锚混凝土与塔柱混凝土间的裂缝发展对埋置的钢构件锈蚀的保护影响较大。为此，应对裂缝进行封闭，采取裂缝压注低粘度、高强度的环氧类粘结胶，塔柱顶部清理凿毛后、植筋浇筑20～35cm钢筋混凝土尽快排出积水，侧面上部4m范围横向粘贴一层碳纤维布封闭。

3.横隔板裂缝修补

横隔板的斜向裂缝在箱梁结构中比较常见，也容易被养护单位忽视，然而，如果裂缝延伸至顶板范围内时就会导致降水透过路面微裂缝下渗，严重时也会对结构耐久性产生不利影响。对于横隔板裂缝修补采用与“斜拉板裂缝修补”方法相同。

4.斜腹板维修补强

根据已发现裂缝的情况，箱梁斜腹板需要维修补强的部位为主梁端部斜腹板（共4处，每处长5.0m）、拉板内缘下斜腹板（共4处，每处长5.0m），采用裂缝压注灌浆+补强的措施，同时，采用腹板外侧粘贴钢板、内侧浇筑钢筋混凝土方式补强。

在斜腹板外侧需要维修补强的部位，植入锚固螺栓，外侧安装钢板（8mm厚16Mn钢），采用压注法粘贴，有效粘贴面积应在98%以上，钢板粘贴后涂装5道氟碳漆防锈。内侧采用植筋挂φ16@20×20、φ12@20×20双层钢筋网浇筑25cm厚混凝土补强。

结语

该大桥维修加固已完工，经过近两年的跟踪检测，斜拉板及原有裂缝密闭、没有出现新的裂缝，表明该桥病害原因分析正确，加固措施得当，施工质量良好，达到了预期目的。