浅谈公路桥梁的修复

浅谈公路桥梁的修复

桥梁是道路的翅膀，其使用功能直接影响道路的畅通。公路桥梁由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响,多数已经不能适应现在交通量的飞速增长。中国桥梁工程的发展已具有相当规模,公路交通量不断增加,行车密度及车辆载重越来越大,公路桥梁负荷日趋加重。中国的公路桥梁有一部分是20世纪80年代以前修建的,因其设计荷载标准偏低,普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的,其中已有不少桥梁暴露出缺陷,更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象,影响其承载能力和使用寿命。因此,采用适当的加固和改造技术措施,恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。某高速公路全线公路桥梁均为双向4车道、全封闭、全立交,设计时速为120km/h。该高速公路全线公路桥梁已经如运营6年,通过检测发现存在的问题有以下几个方面:①空心板梁梁板板底裂缝较为普遍,部分桥梁在板底出现横向裂缝,缝宽为0.05～0.25mm,缝长从0.1～1.1m不等。个别桥梁梁板在L/8～L/2位置出现顺主筋方向的纵向裂纹,缝宽为0.12mm,裂缝最长达5.8m。②大部分空心板梁桥均存在较为严重的铰缝脱落现象,个别桥梁甚至铰缝全部脱落。且梁板结合面严重漏水,出现白色结晶现象。③空心板梁底面以及侧面存在多处露筋、锈蚀现象。④支座脱空、剪切;下部结构个别桥台出现竖向、纵向裂缝;墩台挡块位置偏差;锥坡损坏。1设两组受力工况由于梁板间铰缝脱落严重,横向联系差,考虑实际受力情况,验算单板受力工况。采用“桥梁博士V3.0”计算空心板横向分布系数,将空间内力转化为平面内力计算,建立单片梁平面杆系计算模型,纵向布置可变荷载。1.1车辆荷载设计空心板采用30号混凝土。每片空心板顶层布置直径16mm主筋4根,底层直径22mm主筋12根。空心板毛截面构造及尺寸如图1所示(单位:m),几何特性见表1所列。荷载计算计入板梁自重、二期恒载及汽车荷载进行荷载组合,分两种荷载工况进行验算。荷载组合Ⅰ:1.2恒载+1.4汽车荷载;荷载组合Ⅲ:1.2恒载+1.1挂车荷载。根据原设计,车辆荷载取汽-超20,挂车-120级。人群荷载、温度均不计入。空心板计算长度取10m计算。1.2横向分布系数梁板间铰缝已经断裂、脱落,横向联系大大削弱,空心板属于单板受力状态。故采用“桥梁博士V3.0”计算单板受力时横向分布系数,计算结果考虑车道折减系数。根据车辆横向布置间距及车轮宽度,一片梁能布置半列汽车和半列挂车,因此取横向分布系数m汽=0.5,m挂=0.5。车轮横向布置,如图2所示。1.3计算模型纵向整体计算按平面杆系理论,利用“桥梁博士V3.0”建立一片梁单元计算模型,如图3所示:1.4计算结果(1)弯矩最大发生在荷载组合时的跨中周边在铰缝失效单板受力的情况下,由计算可以得出,弯矩最大值发生在荷载组合Ⅲ时的跨中附近,Mj=1115.59kN·m,大于其对应的抗力值585.3kN·m,故强度不能满足安全要求。(2)裂缝宽度不高在铰缝失效单板受力的情况下,由计算可得,裂缝和位移最大值发生在荷载组合Ⅲ时跨中截面下缘处。裂缝宽度为0.28mm,大于规范限值0.25mm,不能满足正常使用状态要求;位移为0.046m,考虑空心板跨中设置了0.015m的预拱度,故梁跨中实际位移为0.031>L/600=0.017m,不能满足规范变形要求。1.5审查结论钢筋混凝土空心板在绞缝脱落或损坏的单板受力情况下不能满足规范要求,应采取措施避免出现空心板单板受力状况。2疾病原因分析(1)梁板横向分布浇筑大体积混凝土时,没有控制好水化热的影响;由于铰缝脱落、破坏严重,造成梁板横向分布系数增大,导致承载力安全储备不足,产生横向裂缝;梁板底部保护层厚偏小或混凝土振捣不实,表层产生裂纹。(2)空心桥的可能原因如下施工过程质量控制不严,铰缝混凝土与梁板结合不牢;由于梁板放置不平整,造成铰缝受剪破坏。(3)梁板和结构的结合严重漏水，导致白色结晶现象支座偏压或脱空,铰缝受剪破坏;桥面铺装的防水性能较差,施工质量不过关。(4)露枝和割伤的原因如下混凝土的碳化、剥落,导致保护层厚度变薄或钢筋外露;铰缝处漏水对梁板有腐蚀作用。(5)混凝土的溢出支座支承面不平整,造成支座偏压或脱空;预埋钢板下,浇筑混凝土时空气无法溢出,混凝土凝固后收缩,与钢板产生空隙;预制板梁底板翘曲。(6)浇筑大体积混凝土时桥台台后填土不均匀沉降;施工时桥台填料压实度不足;浇筑大体积混凝土时,没有控制好水化热的影响,引发收缩裂缝;施工时地基处理不到位,承载力不足,引起桥台不均匀沉降。(7)可能的原因如下锥坡填料不均匀沉降及片石勾缝不实导致局部片石塌陷。(8)墩台支撑块的位置可能是错误的施工时模板位置出现偏差;挡块与梁板之间未设置防震橡胶块或橡胶块损坏。3结构承载能力极限状态设计存在的问题空心板不考虑梁板之间的横向联系时(即梁板处于单板受力状态),现有桥梁上部结构承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计均不能满足要求。结论:①在经计算满足结构安全性要求上部梁板,根据裂缝特征对桥梁承载力进行快速评估,并对其局部缺损进行修复处理。②对铰缝工作不良的空心板梁,则需对板梁和铰缝进行改造加固。4扩展原则和方案4.1加强受力情况加固设计以上述验算结论为依据,并根据《检测报告》反映的桥梁实际受力情况对结构进行补强。力求以较小的工程量,合理的造价,方便快捷的加固工艺,来达到提高结构安全度的目的,同时注意减少对桥梁外观的影响,减少施工过程中对原结构的扰动及对现有交通流的干扰。4.2扩展方案(1)空心板横向铰缝作用根据上部结构验算分析,空心板在施工或使用过程中,铰缝作用削弱甚至失去作用,横向铰接联系受到破坏,使梁处于单板受力状况时,将不能满足要求,应采取适当措施以加强横向联系,避免空心板单板受力。(2)灌浆前灌浆补缝加固注浆确定①基本原则:对于宽度小于0.20mm的裂缝,采用直接封闭方法;对于宽度大于或等于0.20mm的裂缝,采用注浆补缝办法。②使用材料:改性环氧树脂。③加固方案:宽度小于0.20mm的裂缝:开V型槽⇨表面清理⇨改性环氧树脂填满V型槽⇨表面磨平处理,如图4所示。宽度大于或等于0.20mm的裂缝:开V型槽,确定注浆嘴位置⇨安装灌浆嘴⇨试气⇨灌浆⇨表面磨平处理;铰缝脱落处采用12.5#砂浆混合膨胀剂进行填塞,修补。(3)复合纤维布覆合加固①基本原则:对于直径<150mm且深度<25mm的坑洞,采用修补胶或修补砂浆直接填补;其他坑洞,采用粘贴复合纤维布局部加固。②使用材料:结构修补胶、环氧树脂砂浆、复合纤维布。③加固方案:直径<150mm且深度<25mm的小坑洞:坑洞清洁⇨刷界面剂⇨刷结构底胶⇨环氧树脂砂浆或结构修补胶;大坑洞:坑洞清洁⇨刷界面胶⇨刷界面剂⇨刷结构底胶⇨环氧树脂砂浆或结构修补胶⇨贴复合纤维布一层,分别如图5和图6所示。(4)钢筋腐蚀修复①基本原则:小坑洞内钢筋锈蚀刷渗透性阻锈剂;大坑洞内钢筋锈蚀采用除锈处理。②使用材料:结构阻锈剂。(5)千斤顶顶升法①基本原则:建议对脱空、老化、损坏的支座进行调整和更换,采用千斤顶半幅顶升法进行支座调整和更换。②施工设备:百分表、扁千斤顶。③施工方案:摆放千斤顶与百分表⇨顶升梁体⇨调整支座更换新支座⇨落梁。(6)加固封闭裂缝①基本原则:对于桥台侧面出现的贯穿性裂缝,采用注浆修补封闭裂缝,外粘复合纤维材料局部加固。②使用材料:改性环氧树脂、复合纤维布此类情况在运营期间,应加强观测,密切注意裂缝的发展和变化。(7)二级设备的加固和维护方案锥