连续刚构桥梁常见病害及裂缝处治技术探讨

韦富荣

摘要：连续刚构桥是基于连续桥梁衍生的一种新型桥梁结构，随着服役时间的增长也面临着桥梁病害的侵蚀。文章围绕广西某连续刚构桥梁常见病害，从横向裂缝、纵向裂缝、混凝土破损露筋、支座脱空等病害角度着手分析，探究病害产生的根源、分布特征、发展现律，并从裂缝处治角度介绍了裂缝修补、底板灌浆、横向粘贴碳纤维、体外橫向预应力技术，可为从事桥梁养护领域的技术人员提供经验参考。

关键词：连续刚构桥;常见病害;养护技术;裂缝处治

中图分类号：U448.23 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.031

文章编号：1673-4874（2019）09-0107-04

0引言

连续刚构桥是预应力混凝土桥梁的典型构造之一.随着预应力混凝土连续刚构桥的长期服役、跨度增加和交通流、车辆荷载增大等问题的曰益明显，以往修建的连续刚构桥逐渐出现了不同程度的病害问题。在这种情况下，桥梁的行车安全性和结构稳定性都受到一定威胁。桥梁构件出现失效和破坏时需要采取适当的养护方式进行维修加固，可以延长预应力混凝土连续刚构桥的使用寿命。

针对连续刚构桥的结构安全稳定分析，一方面离不开对结构承载力的计算，另一方面也离不开对桥梁出现的病害进行深度分析。连续刚构桥一般为多次超静定结构，其受力和桥梁线性主要以施工完毕、养护后的状态为主，连续刚构桥常出现的病害问题主要包括：横向裂缝、纵向裂缝、混凝土破损露筋、支座脱空等。本文围绕这些典型病害进行深入分析，探讨病害产生的机理，为后期养护提供参考。

1连续刚构桥典型病害调研

本文根据连续刚构桥典型病害的分类和分布特征对广西柳州市的7座36孔连续刚构桥进行病害调研，典型病害如下页图、所示，病害分布汇总结果见表1。

通过对连续刚构桥常见病害的统计分析可知，连续刚构桥中横向裂缝、纵向裂缝、混凝土破损、混凝土露筋、支座脱空等病害的占比较大，分别达到17.94%、11.85%、23.69%、16.72%、9.23%。因此，有必要深入分析这些病害的特征和产生原因，为日常桥梁的维修加固提供养护对策。

2连续刚构桥梁病害特征

洛维大桥总长698m，建成于1998年，主桥为（80+125+80）m单箱单室连续刚构，引桥为先简支后连续丁梁，桥面总宽28m，人行道板设置在上下行桥梁的中央。主桥桥墩为双肢薄壁墩，引桥桥墩为三柱式墩，桥台采用重力式桥台。主要病害包括：桥面及护栏破损、伸缩缝断裂、悬吊人行桥锈蚀等;主桥及预应力丁梁出现不同程度的裂缝，且增长速度明显;大部分支座出现老化和变形状况。

2.1 横向裂缝

桥梁结构中产生裂缝的原因有很多，有些裂缝是弯曲和剪切破坏所造成的，有些是局部承压和材料收缩变形造成的。一般而言，外界约束和结构自身的滞后变形都會在一定程度上造成裂缝的形成、扩展。连续刚构桥梁的横向裂缝一般容易在梁的跨中产生，即1/4L-3/4L附近。横向裂缝的宽度一般可以达到0.2mm左右，该裂缝往往是在梁板的侧面受拉区形成，逐渐扩展到沿主筋垂直的方向。若梁板的同一区域存在多条横向裂缝，这些裂缝容易延伸汇集到一点，易产生较大的结构安全问题。在底板、腹板和翼板处横向裂缝产生的数量分布也是不一样的，横向裂缝还是以出现在底板位置为主，如图2所示。

2.2 纵向裂缝

纵向裂缝一般发生在连续刚构桥梁板的底部，腹板上出现的纵向裂缝一般是沿行车方向呈断续或连续状的裂缝，其出现的条数一般要少于横向裂缝数量。研究表明：纵向裂缝的产生对连续刚构桥承载能力的影响较小。通过对出现纵向裂缝桥梁的荷载试验验证，出现纵向裂缝的桥梁横向分布影响线较未出现纵向裂缝的桥梁差距变化不大，这说明纵向裂缝对桥梁整体的结构和工作状态影响较小，但是连续刚构桥纵向裂缝的产生仍旧会对梁体的刚度和强度产生不利影响。纵向裂缝产生的根源可以归结为设计、施工和运营三个方面.若板梁的厚度较薄，桥梁在纵向受力时截面易发生弯曲变形，当拉应力大于混凝土抗拉强度时纵向裂缝就会随之产生。纵向裂缝的分布如图3所示。

2.3混凝土破损露筋

对普通桥梁而言，影响其耐久性和使用寿命的主要病害包括混凝土的破损、梁板钢筋锈胀和混凝土的露筋等，连续刚构桥亦是如此。当混凝土破损时，钢筋容易暴露在外部受到外界雨水的侵蚀，钢筋锈蚀较明显的特征是沿行车方向出现与钢筋平行的纵向裂缝，当裂缝扩展，混凝土逐渐剥落时，钢筋最终会暴露在空气中。在连续刚构桥浇筑和施工过程中，需要注意钢筋的布置位置和混凝土的浇筑厚度。当混凝土破碎产生露筋和钢筋锈蚀的问题时，会直接造成压应力的集中，不仅会造成桥梁的承载能力下降，严重时还会造成桥梁脆性增大而折断破坏。

2.4 支座脱空

支座脱空作为桥梁常见的病害之一，一般包括局部脱空、全部脱空和被压碎脱空.支座的脱空会导致连续刚构桥受力不均匀，在一定程度上直接影响桥梁上部结构的受力状态.支座的局部脱空会使得板梁呈现偏心受压的状态，桥梁上部荷载的作用会造成支座的局部应力急剧增大，容易使连续刚构桥产生横向、纵向裂缝等病害。支座脱空的主要原因是支座垫石和梁底钢板的不平整。在连续刚构桥吊装拼接过程中，需要不断调整桥梁的纵向和横向的坡度，梁底钢板在混凝土浇筑的过程中需要进行水平校准。此外，在支座材料选择方面可以推荐橡胶支座，通过弹性材料的不均匀压缩变形以适应桥面荷载过程中梁体的变形。支座在承受外部荷载时会产生横向和纵向剪切变形，当变形较大时会引起不同程度的支座开裂、脱空等病害.

3 常规裂缝处治技术研究

横向裂缝、纵向裂缝等病害的产生会对连续刚构桥产生诸多的不利影响，将直接影响桥梁整体的工作性能和耐久性。因此，结合病害类型严重程度需对其进行针对性的养护和维修。常见的养护技术主要包括：裂缝修补技术、底板灌浆技术、横向粘贴碳纤维技术和体外横向预应力技术等。

3.1裂缝修补技术

裂缝修补技术是针对开裂板梁，以压力将修补胶灌入裂缝中，达到封闭裂缝、恢复板梁工作性能的目的.修补裂缝一般是将一定比例配置的浆料，按一定压力灌入纵向裂缝内，灌浆料随时间凝固，起粘结作用，将已经开裂的混凝土构件重新结合为受力整体。连续刚构桥纵向裂缝修补时，需注意在裂缝贯通的情况下，修补用胶在压力下渗透至底板上缘，无法灌注到所有开裂部位。因此裂缝修补施工应分两个步骤进行，首先是将部分胶体压力灌注至底板上缘，静置一段时间等胶体在底板上缘结硬封闭后，再进行第二次压力灌注施工。修补裂缝施工示意图如图4所示。

裂缝封闭后，将对板梁桥产生以下影响：（1）板梁耐久性能提高。由于裂缝封闭，混凝土碳化速度减缓，钢绞线受混凝土及浆料保护，不会产生锈蚀;（2）预应力及恒载产生的底板横向应力随纵向裂缝的开展释放，而修补裂缝后，板梁重新成为闭口截面，板梁工作性能得到恢复。修补裂缝处治措施施工周期短，施工难度低。但是修补裂缝的方法并不能从根本上杜绝空心板底板再次纵向开裂的可能性。对于板梁四分点至跨中截面，由于底板厚度不足及铰缝部分损伤等原因，部分板梁由于活载造成的底板横向拉应力过大，仍然可能导致裂缝的产生和发展，使加固仅能起到一时之效。

3.2底板灌浆技术

底板灌浆技术主要是在梁板底部开孔的基础上，将流动状态的聚合物水泥注浆材料通过外部压力注入到板梁的空腔内部。该方法不仅可以对裂缝进行修补，还可以对梁底板进行加厚处理。注浆材料与连续刚构桥梁底板相结合可以共同承担桥面活动荷载产生的横向弯矩.从日常桥梁养护加固技术角度而言，该方法属于增大截面加固技术之一，当板梁产生的裂缝较小，灌浆材料无法渗透至梁的底部时，板梁上的裂缝仍然处于一种非闭合状态，仍旧需要对裂缝表面进行封闭处理。对于有一定纵向坡度的连续刚构桥，底板灌浆材料会形成一定离析和不均匀分布，形成如图5所示的“楔形”形状。

底板灌浆的处治施工工序为：（1）将板梁底板开孔，将空腔内积水排放完毕;（2）配制灌浆料，并通过开孔灌入板梁空腔内，经一段时间凝固，与空心板底板整体受力;（3）采用修补裂缝方法封闭裂缝，由于底板上缘覆盖灌浆料，修补之前不需要预先在顶层形成结硬胶体。

3.3横向粘贴碳纤维技术

横向粘贴碳纤维技术是在修补裂缝后，刷胶黏剂横向粘贴碳纤维，以恢复板梁工作性能。粘贴碳纤维法在桥梁加固实践中较多采用，与底板灌浆处治方法同属于被动加固，所粘贴碳纤维仅承担后期活载作用。

采用粘贴横向碳纤维加固，布条顺纤维长度等于板梁底板宽度。考虑到成品碳纤维布宽度一般为50cm，取单个布条宽度为25cm。由于计算锚固长度能够满足设计要求，可不采用压条，为方便后期對裂缝的观察，布条与布条之间可留10cm净距.一般粘贴两层碳纤维，粘贴前需对裂缝进行修补。对于不同形式的纵向裂缝，碳纤维粘贴范围不同：通常长裂缝采用满跨粘贴;跨中裂缝粘贴范围可从八分点粘贴至另一端八分点;四分点裂缝可从八分点粘贴至跨中;端部裂缝可从梁端粘贴至八分点。粘贴效果如图6所示。

3.4体外横向预应力技术

体外橫向预应力技术是在修补裂缝后，在边梁侧面粘贴以及锚固钢板，张拉板梁体外横向预应力束，使梁板底板产生横向预压应力，杜绝板梁底板的再次开裂。体外横向预应力加固的另外一个特点是，预加力效应对铰缝下缘是有益的。该处治方法使铰缝下缘产生横桥向的预压应力，能够改善铰缝的受力环境，提高铰缝工作性能。在纵向裂缝成因分析中发现，铰缝部分损伤也是活载作用下底板上缘横向拉应力增大的原因之一，因此体外横向预应力的施加能够闭合铰缝下缘开裂，使铰缝传力性能恢复至未开裂状态，板梁底板受力趋于有利。

梁板体外横向预应力法在施工上较为方便快捷，其施王王艺流程如下：（1）修补板梁上所有纵向裂缝;（2）板梁侧面外观检查，体外预应力索定位;（3）边板梁侧面安装钢锚固件，中板梁底面安装减震限位器;（4）穿索、安装锚垫板;（5）张拉;（6）锚固件、减震限位器防腐防护;（7）加固板梁表面防腐涂装施工。锚固件构造如图7所示。

4 工程应用

洛维大桥采用体外横向预应力方案进行加固，在修补板梁纵向裂缝的基础上，对板梁侧面进行外观检查，并进行体外预应力索定位;在边板梁侧面安装钢锚固件，中板梁底面安装减震限位器，通过穿索、安装锚垫板，对预应力筋进行张拉、锚固，最后对减震限位器进行防腐防护，对加固板梁表面进行防腐涂装施工。体外预应力采用成品索进行张拉施工，全桥共计44束，左右幅各22束，其中边跨为8束12φ15.2型成品索，平均索长78m;中跨为6束19φ15.2型成品索，平均索长134m。张拉力分别为140t和D221t。

洛维大桥左幅加固施工完成后，经过监测单位的现场检测，通过挠度和应变测试数据表明：洛维大桥左幅梁体上挠趋势和增量与设计理论结果相符。控制截面测点受压，且增量与设计理论结果相符。各跨控制断面体外索测试值合力与张拉设计值合力的差值在偏差范围之内。张拉体外索期间和张拉完毕后，主梁、齿块和隔板未发现新增可见裂缝，主梁未出现异常情况，取得了不错的加固效果，保证了桥梁运营安全。

5 结语

对连续刚构桥的裂缝进行处治时，应综合应用以上方法。如粘贴碳纤维以及体外横向预应力法处治前以及底板灌浆后，应采用修补裂缝法对裂缝进行封闭处治;采用体外横向预应力法处治以及底板灌浆法共同加固时，应首先采用底板灌浆法恢复底板厚度，再采用体外横向预应力法;采用体外横向预应力法以及粘贴碳纤维法共同加固时，应首先张拉锚固体外束，再横向粘贴碳纤维。