连续箱梁裂缝检测评估与诊治研究——以同安大道横四路跨线桥为例

程 曦，刘 华

1.南京市城市建设投资控股（集团）有限责任公司，江苏 南京 210008

2.中铁桥隧技术有限公司，江苏 南京 210061

1 项目概况

同安大道横四路跨线桥为南北走向，上跨横四路，平面位于直线上。根据纵断面设计，桥梁纵断面位于4%上坡及4%下坡路段上，曲线半径为1600m。采用（3×30+4×30+3×30）m预应力混凝土现浇连续箱梁，全桥共3联，梁高均为1.8m，斜腹板，采用单箱三室截面。横断面布置为单幅桥，桥梁宽18m。横断面布置如下：18m=0.5m（防撞护栏）+8.0m（机动车道）+1.0m（钢护栏）+8.0m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）。该检测评估对象为横四路跨线桥第二联，即4×30m预应力混凝土连续梁桥。桥型布置如图1所示。

图1 第二联桥梁总体布置图（单位：cm）

因桥梁工程建设需要，建设单位对同安大道横四路跨线桥进行了桥梁静、动载试验。在试验过程中发现，第二联（4×30m）连续梁第三孔（P05～P06桥墩之间）梁底跨中截面前后各5m范围内共发现8条横向裂缝，裂缝长度最长约为8m，最宽约为0.12mm。对其中1条裂缝进行试验加载监测，空载状态裂缝宽度为0.10mm，满载状态裂缝宽度增大至0.13mm，卸载后裂缝宽度恢复到空载状态宽度。为进一步查明箱梁裂缝特征，判断裂缝性质，检验桥梁承载能力，评估该桥的实际结构状态，有必要对第二联桥梁进行检测试验评估和维修方案设计。

2 检测试验结果

2.1 计算模型

采用Midas Civil 2015软件建立该项目桥梁的空间杆系模型，计算模型如图2所示。计算分析包括以下内容：

图2 第二联预应力混凝土连续箱梁计算分析模型

（1）计算设计荷载作用下的箱梁关键截面内力值；

（2）计算试验车辆荷载作用下的箱梁关键截面内力值和应力、挠度理论值；

（3）计算结构理论自振特性参数。

根据Midas理论计算结果，分别在第二跨跨中、第三跨跨中和P05墩墩顶设置控制截面，分别记作A、B、C截面，随后在该截面进行实测。控制截面布置如图3所示。

一词多译,在本文指一个术语有多个译文版本的现象,既包含语义无实质偏差的译文,也包含存在语义偏差的译文。

图3 第二联桥梁静载试验控制截面布置图（单位：cm）

2.2 应力测试结果及分析

在对称荷载作用下，A截面主要测点实测应变介于21～30με，主要测点挠度校验系数介于0.53～0.72；B截面主要测点实测应变介于22～32με，主要测点挠度校验系数介于0.53～0.76；C截面主要测点实测应变介于-19～-13με，主要测点挠度校验系数介于0.46～0.67。在偏心荷载作用下，A截面主要测点实测应变介于9～24με，主要测点挠度校验系数介于0.67～0.77；B截面主要测点实测应变介于8～18με，主要测点挠度校验系数介于0.47～0.68。分析可得，主要测点挠度校验系数均小于1，表明结构强度满足设计要求；卸载后，主要测点残余变形率均小于20%，表明结构处于弹性工作状态。

2.3 挠度测试结果及分析

试验荷载作用下，主梁第二跨和第三跨跨中截面实测挠度对比如图4、图5所示。

图4 对称荷载作用下跨中挠度对比图

图5 偏心荷载作用下跨中挠度对比图

从上述实测挠度对比分析可知，在相同的对称荷载作用下，第二跨和第三跨跨中截面实测挠度方向一致、量值相当；在相同的偏心荷载作用下，第二跨和第三跨跨中截面左右侧实测挠度方向一致、量值相当。说明上述两跨箱梁纵向抗弯刚度和横向刚度基本相当，表明第三跨梁底裂缝对箱梁刚度无明显影响。

2.4 自振特性试验

将通过Midas计算得出的理论模态振型与实测模态振型进行对比，自振特性参数如表1所示。

表1 理论与实测自振特性参数对比表

由自振特性参数测试结果可以看出，实测振型与理论振型吻合度较好，实测各阶频率均大于相应理论计算频率值，表明桥梁实际整体刚度较好。

2.5 动力响应试验

当试验车以不同速度通过该桥时，对冲击系数进行测试，结果如表2所示。

表2 不同车速冲击系数表

3 裂缝成因分析

3.1 裂缝性质判断

（1）根据收集到的施工、监理资料，主梁模板工程按照施工方案要求施工，未见截面尺寸不合规、混凝土超方和截面特性薄弱情况。

（2）根据收集到的施工、监理资料，第二联桥梁箱梁混凝土强度满足设计要求。

（3）根据收集到的施工、监理资料，第二联桥梁主梁预应力均已张拉，且张拉控制参数满足施工规范要求。

（4）第二跨（跨中区域无裂缝）和第三跨（跨中区域有裂缝）跨中截面主要测点应力校验系数且较为接近，主要测点挠度校验系数较为接近，残余应变/变形率均小于20%；跨裂缝测点在试验车辆荷载作用下，应变测点应变明显增大，裂缝宽度变化为0.01～0.02mm，卸载后，裂缝处应变和宽度基本恢复原状；主梁基频约为4.432Hz，大于理论计算值3.77Hz。试验表明主梁均处于弹性工作状态，裂缝处截面能共同参与结构受力。

（5）计算分析显示，由纵向预应力损失造成的底板拉应力量值和分布应致使边跨裂缝较中跨严重，且边腹板下缘较中腹板下缘严重，这与该桥底板裂缝实际分布情况不符。

（6）计算分析显示，即使第二联第三跨底板纵向预应力钢束不张拉，恒载状态下其底板混凝土仍处于受压状态，再计入试验车辆荷载作用，第三跨底板混凝土接近消压状态，但仍然未出现拉应力。综上所述，同安大道横四路跨线桥第三联底板横向裂缝为非结构受力裂缝。

3.2 成因分析

结合上述因素分析，第二联桥梁底板横向裂缝主要成因如下：

（1）桥跨箱梁采用纵向分段、竖向分层现浇施工，由于分层浇筑时间间隔较长，且部分桥跨为高温浇筑，第一层浇筑的底板混凝土已临近初凝，后续腹板和顶板浇筑的混凝土相当于外荷载作用于底板上，此时底板强度尚未形成，从而导致开裂；

（2）施工采用钢管柱支撑加贝雷片作为支架系统，该支架未经预压，存在非弹性变形，在后续施工的腹板和顶板混凝土连续浇筑加载作用下，底板模板随同支架系统发生变形，导致箱梁底板开裂；

（3）第三跨底板浇筑时间为正午时分，气温较高，且经过连续长时间施工，在浇筑振捣操作可能存在一定的懈怠，导致局部区域混凝土发生离析，混凝土内部匀质性降低，导致混凝土各部位的收缩不一致，容易使混凝土出现裂缝。

4 维修处治方案

4.1 裂缝处治

（1）裂缝灌浆：裂缝宽度≥0.15mm时，进行灌浆处理。裂缝灌浆目的是靠黏结剂的黏结力将结构内部组织重新结合为整体，恢复应有的强度。同时阻断空气和水分进入梁体，避免腐蚀钢筋和混凝土，提高结构耐久性和抗渗性。

（2）裂缝封闭：裂缝宽度＜0.15mm时，进行封闭处理。封缝材料固化后必须能有效地将裂缝封闭，防止水汽侵入，锈蚀钢筋，需说明的是在粘贴碳纤维范围内可不做裂缝封闭处理。

4.2 粘贴碳纤维布

采用专用结构胶将碳纤维布一层纵向粘贴于主梁混凝土底表面，使之与结构形成整体，共同工作，其作用如下：

（1）防止箱梁底板继续开裂。粘贴在结构表面的碳纤维布能主梁结构共同承担活载作用，防止在后期运营车辆荷载作用下箱梁底板裂缝继续发展以及新的裂缝产生；

（2）箱梁底板存在较多细小裂缝及其他缺陷，通过粘贴碳纤维布及其表面防护，提高桥梁耐久性；

（3）适当提高桥梁承载能力。箱梁顶板底面粘贴碳纤维布相当于增设了抗拉钢筋，通过纤维布和原有构件的共同作用，提高桥梁的承载力。

5 结束语

为了解某箱梁结构的实际工作状况和具体病害特征，文章对该桥上部结构进行检测评估，通过收集资料，全面了解桥梁施工建造和历次检测情况，并结合外观和裂缝检测，了解箱梁裂缝分布情况及特征参数，为结构评估提供了支撑。在此基础上进行了荷载试验，测试箱梁关键截面的应力、挠度、自振及动力性能参数，为评价箱梁结构整体强度和刚度提供了技术依据。通过分析检测结果，对主桥箱梁结构进行了检算评估，为桥梁维修处治提供了参考依据。最后，根据评估结果，对箱梁现有裂缝提出了处治维修方案。