花地河大桥病害分析及加固措施
2017-11-13
桥梁作为道路交通的重要设施构件,在运营过程中由于结构的老化、养护的缺失以及车辆荷载的增加,出现了越来越多的病害,有些病害已经影响到了桥梁的正常使用和结构安全。近年来,桥梁病害加固越来越受到相关部门的重视。本文通过对实际工程病害的评定分析及对加固方案的探讨,为大家提供相关桥梁病害的处理思路提供帮助。
1 工程概况
花地河大桥是广州市环城高速公路上的一座高架桥,桥梁全长1084.55m,于1999年建成通车。上部结构主要采用跨径为25m、40m的预应力混凝土简支T梁,其中131#～142#跨为跨越东沙经济开发区地方规划路,斜交30°,跨径组合为(16.28+40.3+16.28)+(25.35+3×25.34)+(3×25.34+16.28)m,其中发生病害的结构为16.28m跨现浇钢筋混凝土简支异形箱梁。桥梁设计荷载等级:汽车-超20级;挂-120。
2 主要病害情况
2.1 箱室外部病害
根据外观检测结果,现浇异形箱梁整体状态较差,底板局部出现细微裂缝;外腹板顺桥向存在较多竖向裂缝,在底板与腹板现浇层分界处断开,局部向底板延伸,腹板裂缝宽度一般为0.08mm～0.25mm;底板与腹板均存在水平脱层现象;梁体表面普遍存在蜂窝、麻面现象。从现状观察,大多数裂缝在施工阶段已形成。
2.2 箱室内部病害
根据对箱室内腹板的现场观测,发现异形箱梁箱内腹板存在较多斜向裂缝(距支点5m～7m左右）,裂缝中间大两端小,间距30cm～60cm左右,腹板裂缝宽度一般为0.05mm～0.30mm。
3 病害成因分析
3.1 从表象上分析
箱梁外部裂缝:根据检测报告及现场观测,异形箱梁底板局部出现的裂缝宽度较小,用目测很难观测出裂缝的大小和位置;外侧腹板裂缝均为竖向裂缝、未出现斜向抗剪裂缝。由于异形箱梁为钢筋混凝土结构,从裂缝现状及力学特征分析,底板裂缝应为钢筋混凝土正常受力裂缝,均小于设计值。同时,由于异形箱梁在施工时采用分层浇注法进行施工,而且分层部位在施工中处理不善,底板与腹板存在有明显的水平脱层现象,由于水平脱层的存在,将腹板人为地分为上、下两层,不能有效地发挥结构整体的抗弯、抗剪作用,且易使腹板及底板钢筋锈蚀,从而使异形箱梁的抗剪、抗弯能力降低,从现状分析,外侧腹板竖向裂缝应为施工缺陷和收缩徐变所产生的裂缝。
箱梁内部腹板裂缝:箱梁内腹板支点附近出现较多斜向裂缝,部分已超过规范限值,根据裂缝的特征分析,此部分裂缝应为结构抗剪不足所产生的裂缝。
此外,环城高速是广州市的主要交通干线,由于车辆超载情况的影响,使得最不利活载状况已经超过原设计,也是导致裂缝产生的原因。
3.2 从结构验算上分析
由于异形箱梁较宽,采用空间梁格法进行计算(按85规范),关键截面验算结果(见表1）。
计算结果表明:异形箱梁的挠度、跨中抗弯承载能力满足规范要求,长边纵梁抗裂能力虽不足,但与设计及规范值接近,与底板实际情况较吻合;长、短边纵梁截面抗剪能力满足要求,与外侧腹板未出现斜向抗剪裂缝的实际情况吻合;1#～9#中纵梁距支点附近5m～8m范围抗剪强度不足,与箱梁内腹板实际出现的斜裂缝的情况吻合。
通过以上分析,病害表象与验算结果基本相同。因此,可以认为,箱梁内部腹板存在抗剪强度不足问题,属结构性病害,应进行加固处理,除此之外的其它病害属构造性缺陷,应进行修补处理。
4 加固处理措施
针对异形箱梁内腹板抗剪强度不足,出现大量斜裂缝,致使结构的整体性和刚度降低,不能满足桥梁结构正常使用,存在安全隐患,采取以下加固方案进行比选。
4.1 方案一(加厚腹板方案）
加厚现浇钢筋混凝土异形箱梁腹板厚度,提高抗剪承载能力,并在箱室内底板处加设体外预应力钢束,提高异形箱梁的整体抗弯、抗剪承载能力及抗裂能力。
4.2 方案二(粘贴钢板方案）
在异形箱梁腹板混凝土表面粘贴A3钢板,提高抗剪承载能力;在异形箱梁长边侧底板混凝土表面粘贴A3钢板,提高抗弯及抗裂能力。
4.3 方案三(新建方案）
拆除既有钢筋混凝土异形箱梁及铺装桥面,架设预应力混凝土简支空心板梁。
4.4 方案比选
通过综合比选,方案一(加厚腹板方案）采用加厚腹板厚度,有针对性地提高腹板的抗剪承载能力,加厚部分混凝土采用自密实混凝土、并采用植筋方式与原腹板混凝土连接,加固效果可靠,且加厚腹板厚度后,提高了异形箱梁的整体刚度,对结果的整体受力也较为有利,加固费用相对较低。底板加设的体外预应力钢束可提高异形箱梁的抗弯、抗裂能力,与粘贴钢板法的被动受力原理相比,体外预应力的加固效果更安全、可靠。因此采用方案一(加厚腹板方案）。
5 加固设计
5.1 加固设计方案
将抗剪承载不足的腹板加厚20cm,在异形箱梁箱室内底板处设45根7φ5体外预应力钢束。腹板加厚混凝土采用C40自密实混凝土,与原腹板混凝土采用植筋方式连接;体外预应力钢筋锚束于梁端。对异形箱梁所有裂缝采用化灌浆法进行封闭处理。
施工前,应在箱梁跨中设置临时排架支撑,对箱梁进行临时顶升,临时排架总支撑力按不小于2500kN进行设计。待加厚混凝土达到设计强度,体外预应力张拉完成后,拆除临时排架,使加厚混凝土和体外预应力参与结构受力。
5.2 加固后结构验算
经过分析计算,通过增设体外预应力钢束和加厚箱梁腹板,改善了结构受力状态,提高结构的抗弯、抗剪极限承载能力,增加了结构的整体刚度,本加固方案安全可靠、施工可行、对行车影响相对较小。
6 结语
本桥根据上述方案进行加固后,桥梁使用效果良好,监测未发现异常不良状况,达到了桥梁处理的设计目标。本桥的根据病害情况认真分析,通过结构检算提供理论依据,确定合理的加固方案。加固方案施工简单、加固效果良好,对同类桥梁的病害处理有较好的参考价值。
参考文献
[1] GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].
[2] 陈思红.崔华根大桥病害原因分析及结构加固措施[J].科技咨询,2009(25).
[3] 袁鑫,李学伟.渔洋溪大桥病害与加固后桥梁结构验算分析[J].公路与汽运,2009(6).
