轨道交通(30+40+40+30)m双线连续U梁状态评估及病害处治研究

刘夕曦，张 勇

(1.长安大学,陕西 西安 710021;2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概况

青岛轨道交通(30+40+40+30)m双线连续U梁的梁体采用膺架法现浇施工。梁体截面对称，取其一半，梁段划分如图1所示，混凝土施工顺序为先施工现浇A段、B段，再施工C段。

图1 梁段划分(单位：mm)

典型断面左右对称，取其一半，如图2所示。

图2 典型断面(单位：mm)

主梁边支点设3个支座，支座横向间距为 4.29 m；中支点设2个支座，支座横向间距为5.0 m。主梁采用C60混凝土，采用纵向预应力体系。

荷载：地铁B型车辆，4辆编组，设计最高行车速度120 km /h[1]。

轨道：无砟轨道。

2 存在的问题

主梁施工完成后，巡检时发现下述问题：①底板混凝土龟裂，敲击后局部有空响；②混凝土块掉落。病害原因是外加剂与胶凝材料适应性较差，混凝土离析，包裹性能差。

对梁外观进行详细检查，发现主梁底板主要病害为：网状裂缝、局部脱空、蜂窝麻面、夹渣等。第1跨至第4跨网状裂缝面积分别占底跨全面积的18.0%，11.1%，35.4%及12.8%。第4跨还有约66%面积的底板进行了凿除和环氧砂浆修补，凿除厚度在5～20 cm。另外第1跨至第3跨蜂窝麻面、夹渣等面积占底跨全面积的3.6%，0.6%及4.0%。主梁腹板中腹板及边腹板端部顶面均出现多条纵向裂缝，裂缝长度在0.35～0.90 m，宽度在0.06～0.12 mm。腹板内侧出现多条施工缝痕迹，部分施工缝开裂，其中左腹板裂缝3条，长度在4～8 m，宽度在0.04～0.11 mm；右腹板裂缝4条，长度在4～11 m，宽度在0.06～0.11 mm。

采用钻芯法对混凝土内部质量进行检查，发现：①主 梁底板存在混凝土粗骨料和细骨料离析情况，特别是在第1跨和第4跨较为明显，钻取的芯样下端部无粗骨料层厚度在10～30 cm；另外在该2跨钻芯试件也存在上部无骨料情况。②底板存在大面积网状裂缝，与网状裂缝对应的芯样均有不同深度的开裂，深度在5～20 cm。③主梁腹板施工缝各部位开裂深度不一，其中左腹板第4跨施工缝芯样高9 cm(由于该位置有钢绞线，芯样未能钻深),缝交界面两侧混凝土平整且无黏结，呈脱离状态；右腹板第2跨施工缝芯样裂缝深度约25 cm；右腹板第1跨施工缝裂缝深度约5 cm。④较多芯样存在不同数量的气孔，根据抗压强度试验结果，气孔对试件抗压强度略有影响，气孔较多的芯样抗压强度受到的影响较大。

钻芯法混凝土强度检测结果表明：107个有效芯样中，芯样强度≥60 MPa有89个，占芯样试件总数量的83.18%。芯样抗压强度<60 MPa的均集中在底板。

3 评估思路

为准确把握结构状态，给后期结构的处治提供依据，拟定采用荷载试验对结构状态进行评估[2-3]。由于底板混凝土病害比较严重，钻取芯样的无粗骨料层厚度个别达到了30 cm,桥梁横向为普通混凝土体系，结构横向承载能力也存在问题。因此，荷载试验工作首先应检验结构横向受力是否满足要求，然后才能进行纵向受力性能的测试[4]。这样在全面评定结构受力的同时，能避免荷载试验对结构造成伤害。

评估工作主要内容如下：

1)首先进行横向受力性能静载试验[5]，对结构的横向受力性能进行评估。

2)在横向受力评估结果的基础上，对该联桥进行纵向受力性能静载试验，试验加载效率为1.2。重点检验结构的抗裂性，同时对结构刚度进行评价。

3)对该联桥进行脉动试验，测试其自振频率和振动模态，对结构刚度作出评价[6-7]。

4 检测评估

4.1 横桥向受力

共选取10个截面对梁体底板横向受力性能进行测试。具体截面分布见图3。

图3 横向测试截面分布(单位：cm)

在截面底板底面对应线路中心线下方2.3 m宽范围内连续布置15个应变测点和1个大标距测点。左右线对轴布置，左线横向测点布置见图4。

图4 左线横向测点布置(单位：mm)

横向局部冲击系数取1.4，横向受力加载轴重需要达到19.6 t。实际试验加载效率达到了1.017。

试验结果表明：梁体底板横向受力处于弹性工作状态；在各级试验荷载作用下，底板下缘未出现可见裂缝，说明底板受力满足运营荷载的承载能力要求；但实测应变大于理论应变，说明底板实际刚度偏弱；底板受力状态有一定的离散性；对称荷载作用下，左右线平均应变相当；左右线底板受力相互影响不显著。

4.2 纵桥向受力

选取第1,4跨0.4L(L为跨度)截面、第2,3跨0.5L截面进行正弯矩应变测试及结构挠度测试。选取44#,45#墩墩顶截面进行负弯矩应变测试，见图5。

图5 纵向测试截面分布示意(单位：cm)

以测试截面为中心在截面受拉区沿纵向连续布置7个应变测点和1个大标距测点，测试截面的抗裂性。

受现场加载条件的限制，仅正弯矩截面加载弯矩达到了设计活载弯矩的1.2倍，负弯矩截面(墩顶截面)加载弯矩仅达到设计活载弯矩的0.8左右。

测试结果表明：梁体纵向受力处于弹性工作状态；正截面在1.2倍设计活载的作用下未出现开裂；46#—47#墩桥跨刚度较其他桥跨弱；实测截面平均应变及挠度均小于理论值，但有一定的离散性；对称荷载作用下结构响应具有对称性。

4.3 脉动试验

从实测情况看，结构实测竖向基频大于理论值，说明结构实际刚度大于理论刚度。

4.4 评估结论

试验桥梁梁体纵向总体承载能力满足1.2倍设计活载的要求；梁体底板横向受力处于弹性工作状态，但较设计状态偏弱，为保证结构的运营安全应对底板进行加固补强[8]。

5 结论与建议

测试与分析结果表明：该结构主要存在的问题是底板横向承载能力下降，耐久性降低。建议采用加厚底板的方式对底板承载能力进行补强，采用底板底部粘贴钢板和碳纤维的方式限制底板混凝土开裂和掉块的发生，改善结构的耐久性。