某钢筋混凝土箱梁桥的裂缝分析及加固处理.pdf

总第 1期 某钢筋混凝土箱梁桥的裂缝分析及加固处理 3 1 某钢筋混凝 土箱梁桥 的裂缝分析及加 固处理 曾德礼 ( 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 ) 摘要： 介绍某钢筋混凝土箱梁桥的病害情况 ， 对病害 产生原 因进 行详细分析 ， 并 针对病 害提出加固设计方案 。 关键词： 钢筋混凝土桥； 箱梁桥； 病害； 分析 力 固设计 I 工程概况 某立交桥主桥为钢筋混凝土箱梁结构 ， 跨径布 置为 5 2 1 m。箱梁采用单箱三室箱梁， 梁高 1 6 m， 宽 1 6 2 5 m， 箱 梁混凝 土采 用 C 3 0混凝 土。于 2 0 0 0年建 成， 设计车速 8 O k m h ， 设计荷 载等级为 汽车一超 2 0 ， 挂车一1 2 0 。桥梁总体布置见 图 1 。 图 1 桥梁总体布置示意 2 病 害状况及原 因分析 2 1 裂 缝病 害状 况 桥梁外观检查结果表明箱梁梁体外表面主要有 以下裂缝 ： ( 1 )第 1类裂缝为箱梁腹板上 的裂缝 。该类裂 缝出现在桥梁各跨 ， 腹板裂缝在支点附近处 ， 极少数 呈斜 向( 斜率 1：2 1： 3 ) ， 大部分裂缝 略有倾斜 ( I： 6 1： 1 0 ) ， 在跨 中附近裂缝基本呈竖 向， 裂缝 宽度变化在沿桥纵 向无 明显规律 ； 跨 中区域底板裂 缝无明显增多的迹象 ， 但跨 中附近裂缝长度 、 宽度 明 显大于桥墩附近处的， 部分跨 中的腹板裂缝延伸至 底板 ， 形成 U形裂缝 。 ( 2 )第 2类裂缝为箱梁腹板上顺桥 向裂缝 。该 类裂缝数量较少 ， 主要在 2号墩和 3号墩附近的箱 梁腹板上 。 ( 3 )第 3类裂缝为桥墩 附近箱梁底板顺桥 向裂 缝。该类裂缝数量较少 ， 主要集 中在第 3跨 3号墩 附近的箱梁底板上。 2 2 裂 缝原 因分 析 依照裂缝 类别 ， 对裂 缝产 生 的原 因分 别进 行 分析。 ( 1 )通过查 阅资料 ， 在建桥初期箱梁各跨腹板 上均出现了竖 向裂缝 ， 且部分裂缝贯穿箱梁内外侧， 由此推定第 1 类裂缝的产生主要不是桥梁设计承载 能力不足引起 的， 其产生 的原因可能有 ： 温度影 响和混凝土收缩 。在混凝土浇筑完成后 ， 由于温度 作用和混凝土收缩 ， 使混凝土产生温度和收缩应力 ， 当受到腹板模板约束后 ， 在 混凝 土表面形成纵 向拉 应力 ， 达到抗拉强度极限后 ， 使腹板混凝土产生竖向 裂缝。建桥初期各跨箱梁腹板出现的裂缝可能就是 由此原因产生 。 混凝土选用 骨料不 当。建桥时 采用的混凝土骨料硬度高且脆性差 ， 在建成后 ， 对此 种骨料浇注的混凝土试块进行试验 ， 试块 的强度较 正常骨料浇注的混凝土高 ， 一旦开裂 ， 裂缝扩展 的速 度 比正常骨料浇注的混凝土快很多 。由于建桥初期 箱梁腹板就产生 了很多裂缝 ， 且部分裂缝贯穿 箱梁 内外侧 。在后期 由于运营荷载和混凝土的收缩徐变 影响裂缝进一步扩展 ， 而此种骨料浇注的混凝土脆 性较差 ， 裂缝扩展速度相对较快 ， 箱梁跨 中附近的 U 形裂缝就是由此原 因产生 。 桥梁额外荷载影响。 进入箱梁内部检测裂缝 ， 发现箱梁 内部 混凝 土底板 超厚现象严重， 箱梁底板普遍超厚 1 5 c m左右 ， 尤其 是第 1 跨箱梁 内部混凝土底板局部超厚达 2 5 c m。 由混凝土浮浆凝固的超厚部分不能协同混凝土箱梁 受力 ， 成为桥梁的额外荷载 ， 加速 了裂缝的扩展。 ( 2 )对于箱梁腹板上 的顺桥 向裂缝 ， 依照连续 梁的受力特点 ， 该类裂缝 的产生不是 由于桥梁承载 能力不足引起 ， 推定腹板顺桥 向裂缝可能 由于混凝 土收缩产生 ， 其产生机理 为 ： 在施工过 程中、 混凝土 浇注后约 4 5 h ， 此时水泥水化反 应激烈 ， 分子链 逐渐形成 ， 出现泌水和水分急剧蒸发 ， 混凝土失水收 收稿 日期 ：2 O 0 8 1 1 一l O 作者简介 ：曾德礼 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 工程师 ， 2 0 0 3年毕业于西南交通大学土木工程专业 ， 工学学士 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 桥梁检测与加 固 2 0 o 8 年第 1 期 缩 ， 同时骨料 因自重下沉 ， 此时混凝 土尚未硬化 ， 称 为塑性收缩 。塑性 收缩所产生 量级很 大， 可达 1 9 6 左右， 塑性收缩大小与混凝土的流态有很大关系， 且 仅发生在混凝土浇注初期。在骨料下沉过程中受到 钢筋 阻挡 ， 便 形 成 沿钢 筋方 向的裂 缝 ， 即顺 桥 向 裂缝 。 ( 3 )桥墩附近箱梁底板顺桥 向裂缝较少， 主要 集中在第 3 跨 3 号墩附近的箱梁底板上。为了解裂 缝产生的原因， 对裂缝 附近 的箱梁底板 钢筋保护层 厚度进行 了测量 ， 经检测 ， 发现 3号墩附近箱梁底板 钢筋保护层厚度不足 ， 推定第 3类裂缝 可能由此产 生。裂缝产生机理为 ： 由于钢筋保护层厚度不足 ， 二 氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面 ， 使钢筋周 围混凝土碱 度降低 ， 或由于氯化物介入 ， 钢筋周围氯离子含量较 高 ， 均可引起钢筋表面氧化膜破坏 ， 钢筋 中铁与侵入 到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应 ， 其锈蚀物 氢氧化铁体积 比原来增长约 2 4倍 ， 从而对周围混 凝土产生膨胀应力 ， 导致保 护层混凝土开裂、 剥离， 沿钢筋纵 向产生裂缝 ， 并有锈迹 渗到混凝土表 面。 由于锈蚀 ， 使得钢筋有效断面面积减小 ， 钢筋与混凝 土握裹力削弱， 结构承载力下降， 并将诱发其他形式 的裂缝 ， 加剧钢筋锈蚀 ， 导致结构破坏。 3 裂缝 的影 响 钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多 ， 甚至 是多种因素相互影响， 每一条裂缝均有其产生 的一 种或几种主要原因。虽然本桥裂缝的产生主要不是 由于桥梁设计承载能力不足引起的， 但是 由于本桥 裂缝数量较多， 裂缝深度较深 ， 为了解桥梁 目前的承 载能力 ， 在桥梁外观检查后对桥梁进行了荷载试验 ， 荷载试验选取桥梁的第 1 、 2跨进行试验 ， 荷载试验 结果表 明： ( 1 )在试验荷载作用下 ， 第 1 跨 1号墩 附近断 面剪力校验系数接近 1 ， 表明箱梁抗剪强度满足要 求 ， 但抗剪强度富余量略显不足。 ( 2 )在试验荷载作用下 ， 桥梁第 1 、 2跨 的挠度 校验系数均略大于 1 ， 表明由于裂缝的影响 ， 桥梁 目 前 的竖 向刚度已不能满足设计荷载的要求 。 ( 3 )在试验荷载作用下 ， 箱梁的相对残余变位 及残余应 变率均接 近 2 O ， 且加 载时裂缝 扩展较 快， 卸载也不能及时恢复 ， 表 明由于裂缝 的影 响， 箱 梁梁体 的弹性工作性能较差。 4 加 固设计 根据裂缝 的特点及产生的原 因， 采用以下加固 方案 ： ( 1 )裂缝修补。 对小于 0 1 mm宽的裂缝采 用裂缝修补胶 进行表 面封闭处理 ； 对大于 0 1 mm宽的裂缝采用裂缝修补胶进行灌注处理 ； 对 腹板与底板处 的 U形贯通裂缝 ， 灌注处理后粘贴碳 纤维布加固。 ( 2 )粘贴碳纤维布。在原设计结构验算能满足 老规范要求的前提下， 考虑桥梁现行车流量增大， 超 载车辆多， 为确保其安全运营， 设计按城一A级汽车 荷载进行核算 ， 综合考虑梁体超厚部分产生的荷 载 效应 ， 通过粘贴碳纤维布的方式来提高梁体承载力 ， 以满足使用要求。 ( 3 )粘贴钢板 。考虑到箱梁腹板抗剪强度富余 量不足 ， 对各桥墩附近至 i 8跨的范围内采用粘贴 钢板进行加固。 ( 4 )凿除箱梁底板超厚部分。由于箱梁内底板 上的浮浆不能协同混凝土箱梁受力 ， 只能成为桥梁 的额外荷载 ， 在桥梁加 固时凿除箱梁 内底板超厚部 分混凝土。 ( 5 )对第 3 跨 3号墩附近混凝土保护层厚度不 足进行处理 。先用锯切槽 ， 划定需要处理 的范围， 形 成整齐而规则 的边缘 ， 再用 冲击工具对处理范围内 的疏松混凝土进行清除。若钢筋保护层厚度不足 ， 必须要将钢筋 向里移动。准备工作完成后 ， 采用喷 射混凝土工艺或压力灌浆技术进行修补 。 ( 6 )更换桥面铺装 。桥梁原有铺装破损严重， 本 次加 固时对桥面铺装进行更换。为进一步提高桥梁 的整体刚度 ， 桥面铺装采用混凝土铺装， 铺装前先对 原有桥面进行植筋 ， 再浇注混凝土， 保证新浇注的桥 面能协同箱梁受力， 达到增强箱梁整体刚度的目的。 5 结语 钢筋混凝土箱梁桥产生裂缝的原因很多， 但裂 缝的产生是可以控制的。对桥梁裂缝产生 的原因进 行分析 ， 在 以后类似桥梁中可采取适当的措施 ， 避免 出现类似情况。 本桥加固后进行 了桥梁静 、 动载试验 ， 试验结果 表明加固后的桥梁承载能力已满足设 计荷载要求 ， 可以投入使用 。目前桥梁已运营近半年 ， 运营状况 良好 ， 表明桥梁 的加 固设计方案是可行的。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m