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。
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10 84.55 m, 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1 3 1#～1 4 2#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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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) 。
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。
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。
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。
摘要：本文详细介绍了广州市环城高速花地河大桥桥梁病害产生的原因, 以及针对病害采取相应的加固措施, 从而为类似桥梁加固施工提供参考。
关键词：桥梁,病害分析,加固,腹板加厚
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