某预应力混凝土连续曲线箱梁桥的病害分析及加固处理.pdf

总第 1 期 某预应力混凝土连续曲线箱梁桥的病害分析及加固处理 1 7 某预应 力混凝土连续 曲线箱梁桥 的 病害分析及加 固处 理 罗力军 ， 吴 涛。 ( 1 ．中铁大桥局集 团武汉桥梁科学研究 院有 限公 司 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ； 2 ．湖南中大建设工程检测技术有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 2 0 0 ) 摘要： 介绍某预应力混凝土连续曲线箱梁桥的病害 座在纵桥向均可以活动 。 情况 ， 对产生病害原 因进 行 了详 细分 析 ， 并 针对病 害情 况进 行 了加 固设计 。 关键词 ：曲线 连续粱桥 ； 病害 ； 原 因分析 ． 力 口 固设计 l 工程概况 某 3层半苜蓿形全互通立交桥匝道桥采用 曲线 梁结构。该立交桥 C匝道桥采用预应力混凝 土箱 梁结构 ， 结构布置为 4 3 4 ． 5 m。平面上该桥 处于 缓 和 曲线 和 圆 曲线 段 上 ， 竖 直 面 内处 于 坡 度 为 2 ． 7 9 2 的单向纵坡上 。总体布置如图 1 所示 。 C P 0 5 箱梁截面 90 0 说明：C P 0 1 、C P 0 5 为边墩 ；C P 0 2 、C P 0 3 、C P 0 4 为中墩。 单位：c m 图 1整 体 布 置 示 意 桥梁上部结构为全预应力混凝土构件 ， 梁截面 为等截面直腹板箱梁 ， 梁顶板宽 9 m， 梁底板宽 4 ． 5 m， 梁高 1 ． 6 m， 两侧翼缘板各挑出 2 ． 2 5 m。中墩墩 柱处截面各设置 2 m厚 的实心横隔板 ， 边墩墩柱处 截面各设置 1 m厚的实心横隔板 ， 各跨跨 中截面处 各设置有 3 0 c m 厚 的横 隔板。上部 主要材料 采用 C 5 0混凝土 ， 预应 力钢绞线采用 J 1 5 ． 2 4 mm 高强 度低松弛预应力钢绞线。下部采用独柱墩身， 中墩 墩柱采用带倒角边长 1 ． 5 m 的立方柱 ， 边墩为倒花 瓶形立柱 。其中边墩设双支座 ， 对称于桥中线布置 。 中墩设单支座 ， 布置在墩柱的顶部 ， 径向不设偏心 。 所有支座在径向均固定 ， 除 C P 0 3墩外 ， 其他所有支 2 主要病害 2 ． 1 支座 脱 空 该 匝道桥 C联在施工完落架后不久 ， 发现梁端 内侧支座脱 空。C P 0 1墩 内侧支座脱 空 1 ． 5 c m 左 右 ， C P 0 5 墩 内侧支座脱空 0 ． 5 c m左 右。通车试运 行一段时 间后 ， C P 0 1墩 内侧支座 脱空最 大为 4 ． 7 C l T I 左右 ， C P 0 5墩内侧脱空最大为 1 ． 8 c m左右 ， 在 桥面明显可见伸缩缝 内侧翘起且外侧塌落 。 2 ． 2 箱梁和墩柱裂缝 通车试运行一段时间后即发现箱梁和墩柱出现 裂缝 ， 经过普查和超声波探伤发现 ， 在边墩墩顶处箱 梁底板和边墩盖梁、 墩柱发现众多裂缝 ， 裂缝 的形状 和发展具有一定 的规律性 ： 箱梁底板裂缝位 于内侧 脱空支座附近 ， 约呈 4 5 。 扩散 ； 盖梁裂缝位 于桥横 向 两侧面 ， 呈竖 向分布 ； 墩柱裂缝位于 曲梁 内侧面， 呈 半包 围形 ， 裂缝呈水平走向， 裂缝 问距大部分 2 0 c m 左 右 。 在 C P 0 1墩处 ， 内侧脱空支座附近箱梁底板共 发现 4条裂缝 ， 裂缝 宽度最大为 0 ． 1 5 mm， 长度为 0 ． 9 2 m。在墩柱共发现裂缝 6条 ， 裂缝宽度均小于 0 ． 1 mm。盖梁沿桥纵 向两侧面共发现裂缝 1 4条 ， 其 中宽度大于 0 ． 2 mm 的有 2条 ， 裂缝最大深度为 1 8 ． 3 c m 。 在 C P 0 5墩处 ， 内侧脱空支 座附近箱梁底板发 现 1 条裂缝 ， 裂缝宽度为 0 ． 1 2 mm， 长度为 1 ． 4 5 m。 在墩柱共发现裂缝 3 3条 ， 宽度大于 0 ． 2 mm 的有 2 O 条 ， 宽度大于 1 mm 的有 2条 ； 裂缝 宽度最大 1 ． 1 5 mm， 长度为 3 ． 3 7 m， 最大裂缝深度 2 7 ． 3 c m。盖梁 共发现裂缝 9条 ， 其中宽度大于 0 ． 2 mm 的有 2条 ， 收稿 日期 ： 2 O O 8 —1 1 一l O 作者简介：罗力军( 1 9 8 O 一) ， 男 ， 助理工程师 ， 2 0 0 4年毕业 于中南 大学工 程力学 专业 ， 工学学士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 桥梁检测与加固 2 0 0 8年第 1 期 注 ： 自重 一l恒 载 + Ⅱ恒 载 ， 恒 载 一 目重 +预 应 力 十 收 缩 十徐 变 ； “ 现负反力 ， 因而也不会 出现支座脱 空的情形。在计 入预应力效应， 梁端内侧支座即出现负反力 ， 会出现 支座脱空的情形 。然 而， 实际上支座负反力 的情形 是不会出现的， 当支座反力变为零时 ， 曲线梁桥的支 撑体系已经改变 ， 支座反力会重新分布。 当边墩 C P 0 1 、 C P 0 5的内侧支座脱空后 ， 桥墩即 处于偏心受压的情况 ， 在偏心力矩作用 的情况下 ， 边 墩墩柱在曲线内侧受拉 ， 外侧受压， 当拉应力超过混 凝土极限抗拉强度时 ， 墩柱就会开裂 ， 裂缝应呈半圆 形分布 。这跟实际情况相当吻合 。 表 2为荷载作用下 的截面内力 ， 从表 2可以看 出， 箱梁各截面在恒载 +活载 M～ 工况下 ， 不会有 拉应力出现 。桥梁普查表 明， 箱梁除 了端截 面有裂 缝 出现外， 其他地方均没有裂缝 出现 ， 这表 明， 箱梁 具有足够的强度 。端 部箱梁底板出现裂缝 ， 主要可 能的原因有 ： 端部截面附近扭矩较大 ， 相应 的主应力 较大 ； 试运行期间， 汽车造成箱梁和支座频繁撞击 ； 梁端附近截面是预应力钢束锚 固区 ， 会有应力集 中 的现象 出现 。因此 ， 曲线梁病害事故发生的根本原 因是预应力配置不当 ， 直接原因是支座预偏心设置 及布置不合理。 表 2 荷载作 用下 的截面应 力 MP a 截面 恒载 活载 M 恒载 +活载 My ⋯ 顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 ” 表示支座反力竖直向下。 4 加 固设计 鉴于预应力钢束的配置 已经不可能改变 ， 因此 ， 该桥的加 固修复着眼于支撑体系的改变 。经过充分 的计算和专家讨论后 ， 该桥的最终修复方案为 ： 改变 支撑体系； 并将梁体顶升恢复至原位 ； 对已经出现的 裂缝进行加固处理 。 具体的加固修复方案为 ： ( 1 )对边墩墩柱裂缝进行压浆和封 闭处理 ； 对 边墩盖梁和箱梁部位裂缝进行 压浆和封闭处理 ， 处 理后再在该部位粘贴碳纤维布。 ( 2 )边墩墩柱在经( 1 ) 方案处理之后， 在外侧包 裹一层钢筋混凝土 。横桥 向两侧各增宽 1 m， 顺桥 向两侧各增加 0 ． 2 m。 ( 3 )用钢板垫实脱空支座 。 ( 4 )加固中墩 。在每个中墩上保有原支座的情 况下各增加 1 个新的 8 0 0 t 球型支座。中墩加 固示 意见图 2 。 ( 5 )顶升梁体 。同时用 3个千斤顶顶升梁体， 由中墩压力盒控制顶升力 。经过现场测试和反复调 整 ， 保持 C P 0 2墩支座外侧反力为 2 5 0 0 k N， C P 0 3 墩支座外侧反力为 3 0 0 0 k N， C P 0 4墩支座外侧反 力为 2 0 0 0 k N左右 。 ( 6 )顶梁过程 中需要对梁体 的线形 、 应力和边 墩支座反力进行有效监控 ， 确保梁体的安全 。 经过修复 ， 原来梁体 的转动侧倾现象 已经得到 纠正 ， 桥面线形平顺 ， 支座反力布置合理。 ( 下转第 3 7页) 2 4 7 8 5 1 6 一变 川 ．c 一 5 9 5 9 2 3 1一q 9 6 8 6 8 6 9一 一 9 8 9 6 l 8 2一 3 O 3 O 4 O 4一 } ～一～一一一一一一 3 3 l 7 4 6 6 I l 一 2 O 2 O 2 O 2一 1 2 6 4 6 9 81 ． 一～一一一一一一一九 lIl表 7 6 6 6 5 5 6一I一水 A B C D E F G一 一 一 一 一 一 二E“ 一一一一一 一一一一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 期 桥梁加固方法比较及典型桥梁加固实例 3 7 图 2石泉汉江大桥 9号墩基l i lll ：~ n 固现场 病害情况： ① 桥面铺装 ： 桥面出现多处网裂 ， 部 分桥面坑洼不平 ， 局部出现坑槽 ， 排水不 畅。② 栏 杆 ： 栏杆错位、 变形 ， 护轮带开裂。③ 侧墙 ： 侧墙变 形开裂 、 渗水 。④ 主拱肋 ： 局部混凝 土出现混凝 土 剥落 ， 边肋外侧及拱肋与拱波结合部位 、 拱脚及其附 近区段存在渗水 。部分拱肋 接头处混凝 土开裂剥 落 ， 钢板外露锈蚀。拱肋横向联结拉杆构件断面小 ， 部分联结拉杆出现松动 。⑤ 拱波 ： 有纵向开裂和渗 水侵蚀现象 ， 局部混凝土剥落 。⑥ 墩 台： 有渗水侵 蚀 ， 砂浆剥落 ， 骨料外露等_ l 1 ] 。 加 固方案 ： 拆除拱背上面所有建筑 ， 以拱背作为 底模 ， 新浇注 3 0 c m厚钢筋混凝土板拱圈， 并保证新 旧拱圈紧密结合共 同受力。在新 拱圈背 面设 防水 层 。为减轻拱上建筑 自重 ， 将原实腹式结构改为空 腹式 ， 在主拱圈两侧各设一个腹孔 ， 其跨径 3 ． 2 r n ， 矢高 0 ． 3 m， 圆弧拱 。侧墙改为现浇片石混凝土 ， 拱 上 填料采用砂砾 ， 桥面结构为2 O ～2 6 c m厚水泥稳 ( 上接 第 1 8页) 5 结语 预应力 曲线梁桥的受力计算 比较复杂 ， 除了受 弯矩 、 剪力外， 还受较大的扭矩和翘 曲双力矩 ， 且其 预应力效应 、 活载的影 响面加载和温度效应等都和 新 定碎石 ， 2 0 c m厚钢筋混凝土桥面板 。对拱肋 、 拱波 及墩台混凝土裂缝进行封闭修补 。将原栏杆扶手变 为防撞护栏 。 4 结语 在桥梁加 固工程中， 尽管每座桥梁的情况各不 相同 ， 但也存在一定的共性 。因此 ， 在进行桥梁维修 加固过程 中， 不仅需要考虑桥梁 的维修加 固方案 ， 还 应适时地总结经验， 并培养一批精干 的常规维修队 伍 ， 使得桥梁的维修加 固规范化 ， 采取有效的措施 ， 归纳出宝贵的经验指导新桥 的设计工作 ， 同时更要 做好桥梁的维修养护工作 ， 建立健全 的桥梁管理机 制， 制订相应的规范， 延长桥梁的使用寿命。 参考文献 ： [ 1 ] 张充满．桥梁加固实例及工艺介绍E z ] ．2 0 0 5 ． [ 2 ] 谌润水， 曾念辉．公路旧桥加 固技术研究与实践[ Z ] ． 2 007 ． [ 3 ] 张树仁．桥梁结构病害分析与改造加固设计[ z ] ． 2 0 04 ． [ 4 ] 吕 艳， 吕健巍．旧桥基础加固实例[ J ] ．城市道桥与 防洪 ， 2 0 0 5 ， ( 4 ) ： 5 0 —5 1 ． E s ] 王玉廷．公路双曲拱桥加固技术研究( 硕士学位论文) [ 【 ) ] ．上海 ： 同济大学， 2 0 0 2 ． 直线梁桥计算不同。国内有许多预应力 曲线梁桥都 出现 了文 中相 同的问题 ， 希望本文 的处理方法可以 为其他桥的加 固处理提供参考 。 本桥加 固后 已运 营一年多了， 经过为期一年多 的后期监测 ， 边 、 中墩反力 已经稳定 ， 表 明加固整治 工作已经取得成功 。 钢管 千斤顶 ( b )A _ ^ 截面 图 2中墩加 固示意 9 0 0 I ( c )侧面 单位：c m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m