多跨现浇连续箱梁桥裂缝成因与加固技术研究

孙雅旺

山西平榆高速公路有限责任公司 山西太原 031800

随着我国社会经济的不断向前发展，在公路交通系统项目建设施工过程中，对于桥梁工程项目的施工重视程度越来越高。由于我国很多地区桥梁工程项目在初期的设计、施工、运营以及后续的管理等工作方面没有得到充分落实，存在很多缺陷和不足，受到这些因素的影响，很多大跨度连续钢构桥梁产生了不同程度的病害情况，主要体现在以下几个方面：第一，桥梁主体结构裂缝、桥梁跨中下挠以及桥梁使用耐久性下降，桥梁上部结构的主梁，梁体结构裂缝问题会造成桥梁的基础承载能力不足，整个桥梁的刚性程度不符合标准，因此会直接影响到桥梁整体结构的安全性和稳定性。多跨现浇连续箱梁桥裂缝问题的产生，会加快桥梁结构内部混凝土的碳化速率以及钢筋材料的腐蚀程度，进而会造成主梁结构的耐久性下降，直接影响到桥梁的使用周期。对此，必须要对多跨现浇连续箱梁桥内部问题产生的原因进行分析，同时提出针对性的加固处理工作策略来加以控制。

1 项目背景

此分离式桥跨径是10m×30m，上部结构设计的是现浇预应力混凝土连续箱梁，其截面采用的是单箱单室，底板和桥面的横坡保持一致。箱梁的高度是1.5m，顶板的宽度是15.08m，底板的宽度是6.28m，跨中截面顶板的厚度是25cm，底板的厚度是20cm。此桥左幅桥的实测基频和理论频率比较小，局部裂缝宽度超限，且部分裂缝修补之后仍然具有延伸态势，较少裂缝修补之后又重新开裂。针对11#跨左幅桥右侧腹板和梗斜连接位置纵向裂缝实施钻芯取样，确定的裂缝长度是8.9m，裂缝宽度是0.7mm，贯穿于整个腹板厚度。短时间之内不会直接出现桥梁垮塌危害，但是受汽车荷载的冲击会造成裂缝延伸，从而对桥梁结构刚度及行车安全性造成不利影响。基于极限状态下，钢筋可能会屈服，引发梁体错位。经过综合评定主梁技术状态属于四类，且主梁结构的承载能力减弱，已无法保证功能正常使用，所以必须实施维修加固。

2 裂缝成因分析

2.1 腹板纵向裂缝

裂缝分布。裂缝形成于承托和腹板外侧交接位置，朝纵向延伸，主要分布在1/4跨至3/4跨。此类裂缝的数量是8条，其中11#跨与10#跨右幅一共是6条，3#跨与8#跨是2条。而11#跨左幅裂缝的长度接近是8.8m，宽度是0.7mm，经检测深度贯穿腹板。结合检测报告可知，此裂缝尚未达到稳定状态，仍然具有发展趋势。2018年9月，11跨箱梁开孔后实施入箱检测，确定箱内对应部位存在且较为严重。

成因分析。结合桥梁施工与监理日志，此桥10#跨与11#跨箱梁竖向划分成2次进行浇筑，首次浇筑底板与腹板，二次实施顶板浇筑，倒角和腹板的交界面需要通过2次浇筑分界面，11#跨右幅2次浇筑施工需要将间隔时间控制为6d。考虑到交界面处理不当，以致于新、旧混凝土没有完全粘结，同时受混凝土收缩、徐变等条件的影响，使得裂缝进一步扩大。此桥结构设计各项参数，其中底板的宽度比较小，翼缘宽度偏大，造成腹板结构抗弯刚度以及承载力比较弱，桥梁后期运行阶段，箱梁的挠度、行车振动进一步加剧了裂缝问题[1]。

2.2 底板横向裂缝

裂缝分布。箱梁底板中横向裂缝的数量是136条，各跨均形成了裂缝，主要分布于1/4跨至3/4跨。新形成的裂缝接近为45条，实施修补的裂缝数量接近是72条，修补之后重新开裂的裂缝数量是3条，修补处理后延伸的裂缝16条。

成因分析。此桥梁的高度与底板厚度都比较小，造成其结构承载力不足。与此同时，此桥日行车量接近为2.3万辆，其中超载车辆接近为2800辆，桥梁处在超负荷状态，使得箱梁底板弯曲变形，从而砼纵向拉应力＞抗拉强度，造成箱梁底板形成横向裂缝（属于受力裂缝）。

2.3 垂直接缝

与支座相距6m位置的箱梁形成了环形裂缝，局部裂缝贯通底板、腹板以及翼缘板。此桥一共包含8个梁段现场浇筑，确定的节段接缝与支座相距6m。所以判断得出此裂缝是因为施工过程中节段接缝处理不当，以及前后节段砼材料性能存在差异而引发的。

2.4 刚度退化

桥梁正常运营条件下经过检测得出最大动挠度形成于11#跨左幅，具体数值是5.628mm，最大冲击系数形成于11#跨左幅，具体数值是1.229，超过了理论基频计算数值1.189。同时11#跨左幅桥的基频实际测量数值是2.88Hz，低于理论数值3.11Hz。由此说明此桥整体刚度出现了退化。从本质上分析，刚度是评价箱梁的一项关键性力学指标，其能够直观反映出箱梁结构承载性与整体性。11#跨裂缝相对较为严重，同时裂缝具有发展态势，这就造成箱梁刚度弱化，直接影响了箱梁应力状态与动力特性。

3 加固技术

3.1 整体加固工作方案

针对本次桥梁工程项目的实际使用工作情况，为了有效改善结构受力性能，有效降低桥梁覆板的主拉应力作用，提高桥梁上部结构相良的承载能力，在整体加固工作方案上使用体外运用力加固设计工作方案，各话均使用8束15.24-15的预应力钢束来进行加固处理，同时有效配合张啦锚固锚具，张拉控制力大小为1209MPa，体外预应力钢束使用的是沿着项梁的底板和顶板的分散位置加固处理方法。通过使用墩体顶部的横梁进行张拉锚固处理，边跨体外束使用的是墩顶，一端张拉处理工作方法，次边跨和中跨位置使用两端直接张拉的处理工作方法，转向位置使用后加转向横梁支撑结构形式。在对应位置的顶板底板位置，设置出减震器设备，转向横梁位置使用钢筋混凝土结构，墩体顶部位置采用的是预应力钢筋交叉锚固处理方法，因为锚块的受力程度相比较大，因此需要将两个墩体顶部的横梁之间通过使用混凝土对其进行直接连接，使得两个模块连接成一个完整的整体实现共同受力。

3.2 砼裂缝与缺陷处理

维修加固之前必须全面检查桥梁裂缝情况，认真复核裂缝的长度、宽度以及分布等，然后绘制完善的裂缝分布图，以便于实施工程计量与分类处理。其中裂缝宽度超过0.15mm，采用的是压力灌浆处理方式；裂缝宽度低于0.15mm，采用的是表面封闭处理方式。而箱梁底板实施碳纤维布粘贴位置，裂缝宽度低于0.15mm不作处理[2]。针对砼表面缺陷而言，选择聚合物砂浆实施修补；针对钢筋与预埋板的外露现象，则采用表面除锈处理，然后均匀地涂抹一层阻锈剂，并选择聚合物砂浆实施修补。

3.3 箱梁腹板纵向裂缝处理

此桥11#跨纵向裂缝发展尤为严重，长度接近为8.8m，同时开孔位置贯穿腹板。通过荷载试验可知，11#跨刚度减弱，箱梁内检得出箱内病害更加严重。经综合分析11#跨实际情况，需要对10#跨与11#跨箱梁腹板的纵向裂缝实施加固处理，具体措施是：腹板纵向裂缝采用压力灌浆处理措施；从腹板内侧与外侧以对称方式粘贴加劲钢板（选择的是Q345B级钢板），宽度是200mm，厚度是8mm[3]。为了能够更好适应箱内倒角，所以决定选择熔透对接焊方式，把加劲钢板条和粘贴钢板焊接成为一体，然后实施粘贴作业。此项目中钢板粘贴采取的是压力灌注方式。

实施钻孔之前，应对箱梁内预应力钢束和主筋位置进行精准探测，结合具体状况设置螺杆，通过调整有效避开箱梁中的预应力钢束与主筋，从而提升钻孔成功率。砼基体内孔位钻制结束且检验达标之后，结合砼孔位放样进行钢板孔位的粘贴，同时确保孔位准确对应。设置的螺杆选择的是Q345级钢材，其直径φ=12mm，植入的深度控制是120mm[4]。待钢板粘贴结束后，采用压力灌浆方式处理箱梁腹板的纵向裂缝，针对粘贴钢板的外路面则要设置防腐涂装，具体涂装防护详见表1。

表1 钢结构涂装防护

对于顶板纵向裂缝处理工作而言，通过使用重做桥面进行混凝土铺装加固施工处理效果非常明显。通过拆除原有的铺装结构，并且现浇10cm厚度的混凝土，铺装层涂抹防水层材料，然后再铺设5cm厚度的沥青混凝土材料作为面层结构.在拆除原有桥梁的铺装层材料之后，首先需要使用结构胶密封箱梁顶板的裂缝，然后箱梁的顶面位置需要植入直径大小为12mm的钢筋材料，通过现浇10cm厚度的混凝土铺装层，保证箱梁的顶板和铺装混凝土之间形成叠合梁共同受力条件，防水层部分使用统一的防水涂料。在本次工程施工过程中使用的是聚合物改性沥青材料，对于材料的性能必须要符合现行的道桥用水土料控制工作标准，最后通过铺设5cm厚度的细颗粒混凝土材料来作为基础层材料。新做的桥面铺装层和箱梁顶板位置组合成新型的叠合梁结构，可以有效解决以往铺装层顶板位置材料较薄问题的影响，可以有效增加顶板的抗弯折能力，两层铺装层之间需要做好防水处理，有效解决顶板产生的渗水和漏水问题，同时沥青铺装施工可以有效降低汽车行驶过程中所产生的路面冲击效应，可以延长道路基础面结构的使用耐久度和稳定性[5]。

3.4 箱梁底板开制进入孔

为了增强加固性，需要从11#跨、10#跨的左幅、右幅箱梁底板位置开制进入孔，数量一共是4个。进入孔与墩中心相距6.2m，确定的开孔直径φ=800mm。开孔施工之前，应从开孔部位粘贴钢板实施预加固处理，其中钢板选择的是Q345B，确定的厚度是8mm。

3.5 箱梁底板横向裂缝处理

此项目中箱梁底板的横向裂缝处理使用加固的措施是粘贴碳纤维布，当底板砼缺陷与裂缝处理结束后才能够粘贴碳纤维布，同时按照规定要求认真、仔细检查，保证合格后需要实施防护涂装，具体防护体系详见表2。

表2 碳纤维布防护

可以通过使用结构胶对底板的裂缝位置进行灌浆处理，然后通过使用横向张拉运力纤维板的处理工作方法，提高横向连接材料的刚性程度。预应力碳纤维板材料型号为CFP100-20材料的宽度为100mm，厚度大小为两mm，材料纵向间距大小为50cm，这种加固处理方法属于一种主动加固处理形式，通过横向预应力作用可以保证裂缝问题完全闭合，提高桥梁结构的整体刚性程度和耐久性，同时还可以进一步限制裂缝问题的进一步发展。

3.6 节段接缝处理

此项目选择的是分段满堂支架现浇施工方式，与墩中心相距6m位置建立节段接缝。考虑到接缝位置开裂现象较为严重，局部裂缝贯通底板、腹板以及翼缘板，所以需要从接缝位置设置U形槽，然后填充水泥基渗透结晶型防水材料，其中槽的宽度是20mm，深度是200mm，骑缝开制详见图1所示，同时要实施养护处理，保证养护时间≥72h。

图1 节段接缝处理

3.7 砼表面涂装

此项目砼涂装防护体系采用的是长效型设计，防护年限是20年。

4 结语

本文结合桥梁工程项目实际情况，综合分析了多跨现浇连续箱梁桥加固技术，主要包含了砼裂缝与缺陷处理、箱梁腹板纵向裂缝处理、箱梁底板横向裂缝处理、节段接缝处理以及砼表面防护涂装等。研究表明，此项目采用的加固技术合理、可行，确保了多跨现浇连续箱梁桥结构安全。