淺談公路橋梁的修復(fù)

淺談公路橋梁的修復(fù)

橋梁是道路的翅膀，其使用功能直接影響道路的暢通。公路橋梁由于受到當(dāng)時(shí)局限的設(shè)計(jì)、材料、施工加固等各方面的影響,多數(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在交通量的飛速增長(zhǎng)。中國(guó)橋梁工程的發(fā)展已具有相當(dāng)規(guī)模,公路交通量不斷增加,行車(chē)密度及車(chē)輛載重越來(lái)越大,公路橋梁負(fù)荷日趨加重。中國(guó)的公路橋梁有一部分是20世紀(jì)80年代以前修建的,因其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低,普遍存在承載力不足的問(wèn)題。而20世紀(jì)80年代以后修建的,其中已有不少橋梁暴露出缺陷,更有一些在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)出現(xiàn)耐久性能?chē)?yán)重退化的現(xiàn)象,影響其承載能力和使用壽命。因此,采用適當(dāng)?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施,恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力,延長(zhǎng)橋梁的使用壽命,以適應(yīng)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰兊檬制惹?。某高速公路全線公路橋梁均為雙向4車(chē)道、全封閉、全立交,設(shè)計(jì)時(shí)速為120km/h。該高速公路全線公路橋梁已經(jīng)如運(yùn)營(yíng)6年,通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題有以下幾個(gè)方面:①空心板梁梁板板底裂縫較為普遍,部分橋梁在板底出現(xiàn)橫向裂縫,縫寬為0.05～0.25mm,縫長(zhǎng)從0.1～1.1m不等。個(gè)別橋梁梁板在L/8～L/2位置出現(xiàn)順主筋方向的縱向裂紋,縫寬為0.12mm,裂縫最長(zhǎng)達(dá)5.8m。②大部分空心板梁橋均存在較為嚴(yán)重的鉸縫脫落現(xiàn)象,個(gè)別橋梁甚至鉸縫全部脫落。且梁板結(jié)合面嚴(yán)重漏水,出現(xiàn)白色結(jié)晶現(xiàn)象。③空心板梁底面以及側(cè)面存在多處露筋、銹蝕現(xiàn)象。④支座脫空、剪切;下部結(jié)構(gòu)個(gè)別橋臺(tái)出現(xiàn)豎向、縱向裂縫;墩臺(tái)擋塊位置偏差;錐坡?lián)p壞。1設(shè)兩組受力工況由于梁板間鉸縫脫落嚴(yán)重,橫向聯(lián)系差,考慮實(shí)際受力情況,驗(yàn)算單板受力工況。采用“橋梁博士V3.0”計(jì)算空心板橫向分布系數(shù),將空間內(nèi)力轉(zhuǎn)化為平面內(nèi)力計(jì)算,建立單片梁平面桿系計(jì)算模型,縱向布置可變荷載。1.1車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)空心板采用30號(hào)混凝土。每片空心板頂層布置直徑16mm主筋4根,底層直徑22mm主筋12根?？招陌迕孛鏄?gòu)造及尺寸如圖1所示(單位:m),幾何特性見(jiàn)表1所列。荷載計(jì)算計(jì)入板梁自重、二期恒載及汽車(chē)荷載進(jìn)行荷載組合,分兩種荷載工況進(jìn)行驗(yàn)算。荷載組合Ⅰ:1.2恒載+1.4汽車(chē)荷載;荷載組合Ⅲ:1.2恒載+1.1掛車(chē)荷載。根據(jù)原設(shè)計(jì),車(chē)輛荷載取汽-超20,掛車(chē)-120級(jí)。人群荷載、溫度均不計(jì)入?？招陌逵?jì)算長(zhǎng)度取10m計(jì)算。1.2橫向分布系數(shù)梁板間鉸縫已經(jīng)斷裂、脫落,橫向聯(lián)系大大削弱,空心板屬于單板受力狀態(tài)。故采用“橋梁博士V3.0”計(jì)算單板受力時(shí)橫向分布系數(shù),計(jì)算結(jié)果考慮車(chē)道折減系數(shù)。根據(jù)車(chē)輛橫向布置間距及車(chē)輪寬度,一片梁能布置半列汽車(chē)和半列掛車(chē),因此取橫向分布系數(shù)m汽=0.5,m掛=0.5。車(chē)輪橫向布置,如圖2所示。1.3計(jì)算模型縱向整體計(jì)算按平面桿系理論,利用“橋梁博士V3.0”建立一片梁?jiǎn)卧?jì)算模型,如圖3所示:1.4計(jì)算結(jié)果(1)彎矩最大發(fā)生在荷載組合時(shí)的跨中周邊在鉸縫失效單板受力的情況下,由計(jì)算可以得出,彎矩最大值發(fā)生在荷載組合Ⅲ時(shí)的跨中附近,Mj=1115.59kN·m,大于其對(duì)應(yīng)的抗力值585.3kN·m,故強(qiáng)度不能滿(mǎn)足安全要求。(2)裂縫寬度不高在鉸縫失效單板受力的情況下,由計(jì)算可得,裂縫和位移最大值發(fā)生在荷載組合Ⅲ時(shí)跨中截面下緣處。裂縫寬度為0.28mm,大于規(guī)范限值0.25mm,不能滿(mǎn)足正常使用狀態(tài)要求;位移為0.046m,考慮空心板跨中設(shè)置了0.015m的預(yù)拱度,故梁跨中實(shí)際位移為0.031>L/600=0.017m,不能滿(mǎn)足規(guī)范變形要求。1.5審查結(jié)論鋼筋混凝土空心板在絞縫脫落或損壞的單板受力情況下不能滿(mǎn)足規(guī)范要求,應(yīng)采取措施避免出現(xiàn)空心板單板受力狀況。2疾病原因分析(1)梁板橫向分布澆筑大體積混凝土?xí)r,沒(méi)有控制好水化熱的影響;由于鉸縫脫落、破壞嚴(yán)重,造成梁板橫向分布系數(shù)增大,導(dǎo)致承載力安全儲(chǔ)備不足,產(chǎn)生橫向裂縫;梁板底部保護(hù)層厚偏小或混凝土振搗不實(shí),表層產(chǎn)生裂紋。(2)空心橋的可能原因如下施工過(guò)程質(zhì)量控制不嚴(yán),鉸縫混凝土與梁板結(jié)合不牢;由于梁板放置不平整,造成鉸縫受剪破壞。(3)梁板和結(jié)構(gòu)的結(jié)合嚴(yán)重漏水，導(dǎo)致白色結(jié)晶現(xiàn)象支座偏壓或脫空,鉸縫受剪破壞;橋面鋪裝的防水性能較差,施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)。(4)露枝和割傷的原因如下混凝土的碳化、剝落,導(dǎo)致保護(hù)層厚度變薄或鋼筋外露;鉸縫處漏水對(duì)梁板有腐蝕作用。(5)混凝土的溢出支座支承面不平整,造成支座偏壓或脫空;預(yù)埋鋼板下,澆筑混凝土?xí)r空氣無(wú)法溢出,混凝土凝固后收縮,與鋼板產(chǎn)生空隙;預(yù)制板梁底板翹曲。(6)澆筑大體積混凝土?xí)r橋臺(tái)臺(tái)后填土不均勻沉降;施工時(shí)橋臺(tái)填料壓實(shí)度不足;澆筑大體積混凝土?xí)r,沒(méi)有控制好水化熱的影響,引發(fā)收縮裂縫;施工時(shí)地基處理不到位,承載力不足,引起橋臺(tái)不均勻沉降。(7)可能的原因如下錐坡填料不均勻沉降及片石勾縫不實(shí)導(dǎo)致局部片石塌陷。(8)墩臺(tái)支撐塊的位置可能是錯(cuò)誤的施工時(shí)模板位置出現(xiàn)偏差;擋塊與梁板之間未設(shè)置防震橡膠塊或橡膠塊損壞。3結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題空心板不考慮梁板之間的橫向聯(lián)系時(shí)(即梁板處于單板受力狀態(tài)),現(xiàn)有橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)均不能滿(mǎn)足要求。結(jié)論:①在經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全性要求上部梁板,根據(jù)裂縫特征對(duì)橋梁承載力進(jìn)行快速評(píng)估,并對(duì)其局部缺損進(jìn)行修復(fù)處理。②對(duì)鉸縫工作不良的空心板梁,則需對(duì)板梁和鉸縫進(jìn)行改造加固。4擴(kuò)展原則和方案4.1加強(qiáng)受力情況加固設(shè)計(jì)以上述驗(yàn)算結(jié)論為依據(jù),并根據(jù)《檢測(cè)報(bào)告》反映的橋梁實(shí)際受力情況對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。力求以較小的工程量,合理的造價(jià),方便快捷的加固工藝,來(lái)達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全度的目的,同時(shí)注意減少對(duì)橋梁外觀的影響,減少施工過(guò)程中對(duì)原結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)及對(duì)現(xiàn)有交通流的干擾。4.2擴(kuò)展方案(1)空心板橫向鉸縫作用根據(jù)上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析,空心板在施工或使用過(guò)程中,鉸縫作用削弱甚至失去作用,橫向鉸接聯(lián)系受到破壞,使梁處于單板受力狀況時(shí),將不能滿(mǎn)足要求,應(yīng)采取適當(dāng)措施以加強(qiáng)橫向聯(lián)系,避免空心板單板受力。(2)灌漿前灌漿補(bǔ)縫加固注漿確定①基本原則:對(duì)于寬度小于0.20mm的裂縫,采用直接封閉方法;對(duì)于寬度大于或等于0.20mm的裂縫,采用注漿補(bǔ)縫辦法。②使用材料:改性環(huán)氧樹(shù)脂。③加固方案:寬度小于0.20mm的裂縫:開(kāi)V型槽?表面清理?改性環(huán)氧樹(shù)脂填滿(mǎn)V型槽?表面磨平處理,如圖4所示。寬度大于或等于0.20mm的裂縫:開(kāi)V型槽,確定注漿嘴位置?安裝灌漿嘴?試氣?灌漿?表面磨平處理;鉸縫脫落處采用12.5#砂漿混合膨脹劑進(jìn)行填塞,修補(bǔ)。(3)復(fù)合纖維布覆合加固①基本原則:對(duì)于直徑<150mm且深度<25mm的坑洞,采用修補(bǔ)膠或修補(bǔ)砂漿直接填補(bǔ);其他坑洞,采用粘貼復(fù)合纖維布局部加固。②使用材料:結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠、環(huán)氧樹(shù)脂砂漿、復(fù)合纖維布。③加固方案:直徑<150mm且深度<25mm的小坑洞:坑洞清潔?刷界面劑?刷結(jié)構(gòu)底膠?環(huán)氧樹(shù)脂砂漿或結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠;大坑洞:坑洞清潔?刷界面膠?刷界面劑?刷結(jié)構(gòu)底膠?環(huán)氧樹(shù)脂砂漿或結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠?貼復(fù)合纖維布一層,分別如圖5和圖6所示。(4)鋼筋腐蝕修復(fù)①基本原則:小坑洞內(nèi)鋼筋銹蝕刷滲透性阻銹劑;大坑洞內(nèi)鋼筋銹蝕采用除銹處理。②使用材料:結(jié)構(gòu)阻銹劑。(5)千斤頂頂升法①基本原則:建議對(duì)脫空、老化、損壞的支座進(jìn)行調(diào)整和更換,采用千斤頂半幅頂升法進(jìn)行支座調(diào)整和更換。②施工設(shè)備:百分表、扁千斤頂。③施工方案:擺放千斤頂與百分表?頂升梁體?調(diào)整支座更換新支座?落梁。(6)加固封閉裂縫①基本原則:對(duì)于橋臺(tái)側(cè)面出現(xiàn)的貫穿性裂縫,采用注漿修補(bǔ)封閉裂縫,外粘復(fù)合纖維材料局部加固。②使用材料:改性環(huán)氧樹(shù)脂、復(fù)合纖維布此類(lèi)情況在運(yùn)營(yíng)期間,應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè),密切注意裂縫的發(fā)展和變化。(7)二級(jí)設(shè)備的加固和維護(hù)方案錐