某桥盖梁裂缝成因分析及拟加固方案

某桥盖梁裂缝成因分析及拟加固方案

贺艳容

中国葛洲坝电力有限责任公司宜昌市

摘要：某桥盖梁在运营通车之后，盖梁出现裂缝，针对该裂缝的成因进行分析，并拟定适合工程实际的加固方案，并就加固方案引出体外预施加应力技术，介绍这一技术的施工工艺。

关键词：桥梁；盖梁；裂缝；原因分析；加固方案

本文介绍的桥梁为城市快速路上的一座重要桥梁，桥梁系六车道城市快速路，桥面宽30.5m，设计荷载;公路I级，设计地震烈度8°，引桥上部结构为32m跨径等跨等截面预应力混凝土组合箱梁，结构体系为先简支后连续结构，下部结构为三柱形桥墩加盖梁，盖梁为双悬臂式钢筋混凝土结构。大桥建成通车后发现多处盖梁出现裂缝病害。

1.裂缝调查情况

根据该项目部调查报告显示，共检查了全部34道盖梁计68处，发现66条竖直裂缝，裂缝宽度不一，裂缝位置均在边柱顶上方盖梁负弯矩区域，最大裂缝宽度达到0.5mm，在发现的66条裂缝中，裂缝宽度≤0.1mm的裂缝7条，0.1mm～0.2mm的裂缝12条，0.2mm～0.3mm的裂缝8条，0.3mm～0.4mm的裂缝15条，0.4mm～0.5mm的裂缝24条。

从发生裂缝的盖梁数量来看，在检查的34道盖梁中，裂缝宽度≤0.2mm的盖梁仅有9座，0.2mm～0.3mm的盖梁4座，＞0.3mm的盖梁11座，故裂缝＞0.2mm的盖梁占总体盖梁58.8%。

2.盖梁结构分析

盖梁采用C35混凝土浇筑的矩形截面，（平均高度h均=1.5m、B=2m），利用MIDAS-CIVIL大型有限元计算程序建立盖梁的有限元模型进行结构分析。离散模型如下图：

（1）计算参数

a.混凝土：重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa；

b.钢材：重力密度γ=76.98kN/m3，弹性模量为Ec=2.06×105MPa；

c.沥青混凝土：重力密度γ=23.0kN/m3；

（2）计算荷载及荷载组合

a.自重：包括一期恒载和二期恒载。

b.汽车荷载：城—A级；

c.温度荷载

d.荷载组合

恒载+汽车+温度荷载

（3）计算结果

由上包络图可知盖梁上顶面最大拉应力出现在边柱负弯矩区域内出现较大拉应力为5.2Mpa、3.8Mpa，其余部分主拉应力均较小。盖梁最大压应力出现在跨中，最大值为0.56Mpa，盖梁最大扰度为2.39mm。对主拉应力较大区域的正截面抗弯进行验算如下：

使用阶段正截面抗弯验算如下表

可见3、4单元正截面抗弯验算不合格，7、8单元在移动荷载工况下正截面抗弯富余不大。

综合所述：目前裂缝是由于边柱负弯矩区域主拉应力过大，配筋不够导致正截面抗弯验算富余不足甚至不够所产生。

3.加固方案

拟采用体外束加固，由下图所知在盖梁外侧采用体外预应力束加固，两侧各设2根7-Φ15.2钢束，钢束间距15cm,一个盖梁设4根钢束。张拉的两端采用圆弧形钢板为传力结构，钢板中间开孔，可使浇筑混凝土密实。此方案加固工期短，且不改变桥梁现有的受力体系，可操作性大，施工容易控制，但是需在原盖梁的基础上两边各增加30cm的截面，如图所示：

由上包络图可知使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力为4.7Mpa＜0.5fck=8.35Mpa，且正截面拉应力为0.4Mpa＜0.5fct=0.785Mpa，满足要求。

故此体外预应力方案在理论上是可行的。

3.3施工工艺

（1）锚栓钢板加固

①按设计方案把粘帖钢板位置放样出来，利用角磨机将盖梁表面磨平，使盖梁骨料露出，把浮尘使用大功率的空气压缩机吹除后，采用丙酮溶液将盖梁表面清洗干净。

②用冲击钻按设计方案钻孔，并用气筒将浮渣吹净。用注胶枪把直筋胶从孔底开始慢慢注入，注到植筋孔高度的2/3为止，慢慢的把钢筋插入注胶孔内，直至查到植筋孔最底为止。把钢筋插入孔内以后，钢筋位置的调整必须在10min以内弄好，为了不影响锚固强度，在1.5h以内绝对不允许扰动调整好的钢筋位置。

③把环氧树脂胶浆分别刷在混凝土表面和钢板表面上，间隔2min后把厚度为2mm的环氧树脂砂浆再均匀地涂到钢板表面上，把钢板粘到混凝土的表面上，旋紧螺丝会把多余的胶浆沿板边挤出，如若发现空隙存在于钢板与混凝土之间，应及时注入环氧树脂胶浆将其封闭，以确保密贴。

④防护处理：粘完钢板后清除钢板表面污染，涂底漆、涂三层环氧富锌漆。

（2）张拉预应力钢绞线

本项目采用欧维姆体系作为体外预应力体系，控制张拉应力为1395Mpa，使用400t张拉千斤顶两端同时对称张拉，锚固钢板做防腐涂装处置，按设计要求封闭张拉完毕后锚头。

①施工准备

把锚固横梁施工完毕后并浇筑混凝土待混凝土强度达到100%，开始着手准备布设预应力钢绞线。

a.检查盖梁并清除杂物使其满足穿束布设钢绞线的要求；

b.在预应力钢绞线布设通道上有接触的部位设置塑料垫块。

②钢绞线下料、布设

由于体外钢束质量过大，穿束过程采用在桥面上下料，在桥梁两侧设置吊装设备用于布设。

在穿束过程中要注意保护钢绞线，防止在施工中碰伤钢绞线上的环氧涂层和外包PE层，从而影响钢绞线的防腐蚀能力。

③锚具、夹片安装

对中安装锚具与其相对应孔道，使预应力钢束的线性平顺，避免缠绕穿插。为避免影响锚固的效果，应安装擦拭干净后的锚具与夹片。

④钢绞线预紧

在张拉钢绞线时必须保证整束钢绞线所受的拉力比较均匀，但是由于钢绞线的松弛长度较大，所以预紧是每根钢绞线必须进行的，以保证每束钢绞线均匀收紧，没有明显松弛及不均匀情况即可。钢绞线采用两端牵引预紧，以10%左右的张拉力进行牵引，预紧效果从伸出锚垫板的钢绞线长度和牵引力两方面来控制，每根钢绞线都要保证其所受张拉力基本均匀。

⑤预应力张拉

采用分级对称张拉的方法来张拉体外预应力，每级张拉不得超过设计张拉值的20%，固定点的受力情况在每一级张拉后都要认真观测，检查新的裂缝和变形是否出现，如若发生上述情况，应立即停止张拉，查明上述情况的原因，妥当处理后方可继续。

⑥安装防护装置，封锚

张拉完成后，将剩余外露钢绞线割除，防松动部件安装，构件防腐，安装保护设备。

4.结语

盖梁体外预应力技术在不影响结构外观的前提下，对已有的裂缝有一定的封闭作用，能够满足桥梁结构各施工阶段及成桥后的受力及安全性、耐久性要求，本文的研究为我们在体外束加固工艺方面积累经验，可以指导公司以后类似工程的施工。

作者简介：贺艳容，身份证号：36032119881025XXXX，女，本科，1988年10月生，研究方向主要为道路桥梁工程技术