竹园大桥西引桥裂缝原因分析与加固方案.doc

竹园大桥西引桥裂缝原因分析与加固方案李延业广州市市政工程监理公司工程概况竹园大桥位于茂名市区永久桥下游约1公里处，横跨小东江，是连接河东、河西两城区的城市主干道桥梁。西引桥是竹园大桥西接红旗路、滨河南路的立交桥。西引桥采用整体式现浇钢筋砼无梁异形板结构，平面形状如图1，板厚60cm，桥墩为钢筋砼圆柱墩，直径100cm，桥台为钢筋砼薄壁台，墩台基础为钢筋砼挖孔灌注桩，桩径1.2m。该桥于1997年6月28日正式通车。裂缝调查异形板采用满堂支架现浇施工，拆模后即发现在异形板靠路中线处有两条细微裂缝，最大裂缝宽0.1mm，通车后裂缝有所增大，最大裂缝宽度约0.5mm，有渗水现象，缝隙中有析出的呈乳白色的碳酸钙，出现裂缝的范围在a墩与b墩之间，通车一段时间后裂缝基本稳定，无扩展。1998年510月，茂名石油化工公司运输超重大件设备，西引桥异形板用增设钢管柱作为临时桥墩的方法进行加固，加固位置如图2，钢管柱采用条形扩大基础，木桩加固地基，在钢管柱顶面架设工字钢，再在工字钢上面设置板式橡胶支座。大件设备运输每次156576吨不等，共进行21次，超重运输车辆安全通过，但西引桥异形板原有裂缝扩展，宽度0.13mm，贯通红旗路方向的整个异形板，基本沿路中线走向，裂缝两侧部分混凝土脱落，f号台背有被异形板顶裂的现象。超重车辆过桥后的三年来，大桥能正常使用，据目前观测的数据表明，裂缝已基本稳定，但随温度的变化和汽车荷载通过桥梁而呈活动状态。不过，条形扩大基础无沉降，说明目前的大桥安全可靠，整体结构稳定。裂缝成因分析产生裂缝的原因很多，但主要有以下几个方面：设计方面异型板结构计算力学计算模型不合理，受力假设与实际不符；其次，结构安全系数不够，部分配筋漏算，使沿红旗路方向的横向配筋不足，而且钢筋的布置不合理。无梁异形板为双向受弯结构，纵横向均有较大弯矩，横向钢筋应按受力要求计算配置，而异型板的计算比较复杂，结构计算时必须采用板单元。经过平面杆系有限元程序对西引桥的结构进行复验算，在荷载组合I和荷载组合II情况下，沿红旗路裂缝宽度达到0.3和0.5mm。再一方面，未考虑偶然荷载的使用（设计时无此要求），即茂名石油公司大件设备的通行，在156576吨之间，裂缝验算可达3mm。异型板作为一个整体板应该加大横向配筋率，如果配筋率不足，为消除应变能就会在应力最薄弱处产生裂缝。异型板为无梁结构、普通混凝土构件，设计时墩柱数量偏少，部分柱间距偏大，最大9m，这就增大了板的横向弯矩。还有设计方面欠考虑的是板的厚度，设计图纸为0.6m，厚度的不足导致截面的刚度不够。施工方面引桥异形板施工时整西体现浇，结构上是连续的。混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则将在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。因此，混凝土浇筑不当最容易引起收缩裂缝。本桥施工拆模时即发现板底面有裂缝。经分析有原材料、施工工艺和养护等方面的原因。水泥的收缩性较高，导致混凝土收缩变大。施工质量控制差，施工和管理水平低，集料含水量没有很好的控制，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。安装顺序不正确，构件运输和堆放均在连续梁满堂支架上进行，乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。使用的混凝土塌落度过低，浇筑过快，容易产生收缩裂缝。已形成裂缝处是结构的薄弱断面，通车以后裂缝自然会沿已有裂缝向两端延伸和扩展。还有可能的原因，是该桥施工时2个月不拆模板，限制了板底混凝土的收缩，引起混凝土的拉裂。不及时养护，使混凝土内外温度不均，极易出现裂缝。其他方面茂名石油化工公司运输超重大件设备，虽然对该桥进行了加固，但由于裂缝处薄弱断面的存在，加上时效性，使裂缝继续扩展。处理方案西引桥异形板纵向裂缝的形成，改变了异形板原有结构的受力状态。异形板原为异型受弯结构，纵向裂缝形成后，异形板变成了两块互相铰结的单向整体连续板，有利于现有结构横向受力，保留现有临时墩，也减小了板的横向弯矩，故采用以下加固方法（图3）：裂缝处理裂缝处理的目的在于防止裂缝内的钢筋继续锈蚀，阻止桥面水渗漏，美化外观。拟采用美国泰扶高强复合纤维系列产品中的泰扶芳玻韧布进行封缝。该产品具有强度高、延性好、耐久性佳及施工简单且韧性好等特点，施工程序为：清理需粘贴的构件表面，使之整洁、无尖角、无杂物。根据设计尺寸裁剪芳玻韧布。按比例配制混合树脂。对于待粘贴的结构表面先刷一薄层树脂作底胶。用混合树脂均匀涂刷待粘贴的芳玻韧布。将湿透的芳玻韧布用手工均匀平整地贴在准备好的结构表面上。刷表面保护层使处理过的结构表面与原来结构面一致。临时支撑处理将大件设备运输时的钢管柱改造为永久性的混凝土柱。用素混凝土（掺入膨胀剂和泵送剂）灌满钢管柱内，钢管柱及工字钢表面先进行人工除锈，表面涂阻锈剂，再外包混凝土（掺入适量的阻锈剂）。为使混凝土与钢管柱粘贴牢固，可在钢管柱表面焊接短钢筋，并设置构造钢筋。对外观进行美化装饰，主要用白色瓷片装饰。加固效果与跟踪观察大桥通过封缝和把大件设备运输时的临时钢管柱改造为永久性的混凝土柱，加固后的板与原设计的受力情况完全不同，混凝土柱是主要的受力构件。该桥经加固后开放交通至今，使用情况一直良好，经跟踪观察未发现新的病害，裂缝也未继续扩展。承载能力仍然能达到汽车超20、挂120的标准，说明此种加固方法是有效的，而且施工期限也较短，工程费用也较少，可以应用到同类的普通钢筋砼梁桥加固上。结 论设计方面应按三维空间结构受力进行分析，考虑温度荷载和支座位移的影响。正确选择力学模型对配筋和截面进行计算，充分估计时间温度差等的温度荷载，尤其是像无梁异型板这种结构的温度荷载影响很大。对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋提高混凝土的抗裂性，全截面构造配筋率不宜低于0.3，一般可采用0.30.5。施工方面严格把好材料质量关，注意混凝土浇筑顺序，减少混凝土硬化过程的收缩，重视支架拆除工作，不能长期不拆模板，以保证混凝土的收缩不受约束。重视像茂名石油化工公司超重大件设备运输对桥梁的危害，因为造成的桥梁内部损伤不能恢复，即使裂缝在荷载卸除后