七里山大桥连续箱梁裂缝成因与缺陷修补

1、七里山大桥连续箱梁裂缝成因与缺陷修补总第125期公一路与汽运highways&automotiveapplications149七里山大桥连续箱梁裂缝成因与缺陷修补周向京,罗志高(1.岳阳市汨罗公路局,湖南岳阳414000;2.临长高速公路管理处,湖南长沙410000)摘要:文中结合七里山公路大桥加固维护工程,对粘贴碳纤维布,粘贴钢板和安装劲性钢桁架等加固方法进行了研究和评估,确定了七里山大桥连续箱梁裂缝的修补方案.关键词:桥梁;预应力砼连续箱梁;裂缝成因;缺陷修补中图分类号:u448.21文献标识码:b文章编号:16712668(2008)02-0149-03运营中的预应力砼箱梁在行

2、车荷载,温度,风力等外部因素及砼收缩徐变,预应力钢筋松弛,前期施工不当等因素的影响下,梁体预应力损失随运营时间的增长逐步加大.当预应力损失达到一定值时,会使桥梁过早出现梁体局部开裂破坏现象.在设计理论上,预应力砼连续箱梁一般按全预应力结构设计(即预应力a类构件),不允许出现裂缝,裂缝一旦出现,不仅影响美观,而且降低了桥梁的实际承载力和使用寿命,影响交通安全.1工程简介七里山大桥全长300m,由6孔50m组成,上部结构为预应力砼单箱单室等截面斜腹板连续箱梁,顶板宽度10m,厚度0.22m,顶板悬臂长2.7m,箱梁中心高度3m,边缘高度2.8m,底板宽度为4.6m,厚度0.24m,腹板厚0.3m.

3、箱梁采用5o号砼,三向预应力,纵向预应力采用715.24钢绞线,设计强度1860mpa;横向预应力采用215.24钢绞线,间距50cm,扁锚;竖向预应力采用32粗钢筋.设计荷载为汽车一2o,挂车一100.2005年6月初,在桥梁例行检查中,发现1,2墩及6台附近箱梁底板,腹板出现裂缝,底板裂缝已延伸至腹板,并在裂缝部位有异常声响,重车行走时有明显振动.随后,在较短的时间内现场检测人员发现部分裂缝有所扩展,在既有裂缝部位衍生出新的裂缝,裂缝发展较快,急需进行加固维护.2裂缝类型及成因分析2.1裂缝出现部位及其类型2.1.1底板横向裂缝和腹板斜向裂缝底板横向裂缝和腹板斜向裂缝主要集中在箱梁节段界面

4、和预应力锯齿块附近.在临近i,2墩的锯齿块附近,均有多条规则的底板横向裂缝和腹板斜向裂缝,并且底板横向裂缝裂穿底板,腹板斜向裂缝大部分裂穿腹板,最严重处底板和腹板裂缝连通延伸至顶板梗胁.另外,在墩柱支点处有密集的底板横向裂缝,在箱梁跨中有底板横向裂缝.2.1.2顶板纵向裂缝顶板纵向裂缝集中在顶板中央和梗胁内外.检测发现箱梁第2跨内顶板有大量中央裂缝,在各跨的梗胁内外均有裂缝,深i3cm,全部是沿桥向的纵向间断裂纹.2.1.3腹板垂直裂缝腹板垂直裂缝分布在墩柱附近20m和箱梁跨中30m范围内.检测发现箱梁第1跨靠0台2om范围内,箱梁第2跨跨中30m范围内有裂缝,裂缝分布在腹板两侧,呈对称状,部

5、分裂穿.在部分箱梁横隔板处发现裂缝.节段接头处错缝严重,从错缝处局部可发现接缝表面光滑,无凿毛迹象.2.2裂缝成因分析2.2.1底板横向裂缝和腹板斜向裂缝成因从设计,施工和运营三方面综合分析,引起底板横向裂缝和腹板斜向裂缝的主要原因有:i)设计及构造因素.箱梁截面尺寸设计虽满足规范要求,但安全储备较小;底板预应力钢束采用大吨位预应力钢束,集中锚固导致箱梁底板局部存在拉应力;箱梁纵向构造钢筋布置不合理,偏少偏小;原设计预应力储备富余量不大.2)前期施工因素.接缝界面未凿毛或凿毛深度不够,导致节段砼连接失效;材料强度不足;底板施工时因浮模或残留物较多,致使底板实际厚度不足;竖向预应力筋张拉或锚固不

6、足;纵向预应力张拉不足,灌浆不密实;张拉或拆模时砼未达到龄期或强15o公路与汽运highwt&automotiveapplications第2期2008年3月度:应力重分布后的裂缝.3)负荷过载因素.成桥后.重车及超载车辆较多.长期超载导致梁体发生裂缝,而裂缝是不可恢复的,从而致使截面削弱.承载能力降低.在反复重载下裂缝加剧扩展.2.2.2顶板纵向裂缝成因现场检测分析认为引起梗胁内外沿桥纵向裂缝的主要原因是:横向预应力张拉吨位较大.施工实际定位不准,张拉时砼龄期不足或超张拉;纵向预应力钢束的实际保护层厚度偏薄,加上较高标号水泥用量偏多,导致较大的收缩变形;顶板截面的不均匀收缩和波纹管对

7、砼收缩的约束作用,导致较大的砼收缩应力,超过了当时的砼抗拉强度,从而出现沿波纹管纵向的收缩裂缝;箱梁顶板横向分布钢筋构造不当;砼振捣不密实.养护措施不到位;纵向预应力钢束张拉时砼龄期偏小.引起顶板中央裂缝的主要原因是:横向预应力实际张拉吨位不足;张拉时砼龄期不足;车辆超载.2.2.3腹板垂直裂缝成因引起腹板垂直裂缝的主要原因是竖向预应力筋张拉时砼强度不足.此外,箱梁横隔板裂缝是由构造原因和材料强度不足所致.3修补方案设计与施工工艺通过对结构的详细检测.箱梁的主要病害是节段界面和预应力锯齿块附近的底板横向裂缝及腹板斜向裂缝.从裂缝发展情况及出现部位来分析,这应该是一种抗剪不足导致的破坏,因为梁体

8、没有下挠,并且这种破坏没有预兆,破坏速度很快.因此是局部应力所致.非结构整体性病害.根据箱梁部分底板尺寸因施工原因存在负误差以及箱梁出现裂缝后结构体系的受力已发生重分布等情况.在确定修补方案时.排除了后加体外预应力方案,因为后加体外预应力不仅锚固困难,而且预应力产生的效应可能存在很多不确定因素.经过论证比较,最终确定用型钢劲性骨架结合粘贴钢板,碳纤维进行综合加固的方案.3.1修补方案施工设计根据该工程的特点.修补工作分两个阶段,即应急性加固阶段和整体性加固阶段.应急加固阶段主要是针对箱梁底板,腹板裂缝在短时间内发展较快而采取的加固措施.方法是在一定范围内对箱梁底板裂缝分布的表面粘贴3层碳纤维布

9、,对两外侧腹板粘贴纵向钢板.此阶段的加固目的是约束裂缝的继续扩展,通过桥梁限载,确保结构不发生破坏.在对结构进行应急加固的同时,对大桥进行整体性加固设计,主要是对桥梁产生的所有病害进行修复及补强加固.整体性加固的主要程序:先对箱梁的病害进行修复,对箱梁裂缝,蜂窝麻面,砼剥落,露筋,预应力筋孔道外露等病害,在清除浮浆及附着物的基础上,利用碳纤维修平胶逐层填补或封闭处理后,再采取对箱梁底板底面粘贴碳纤维布,底板顶面粘贴钢板,腹板内侧粘贴钢板,外侧粘贴钢板骨架,横隔板粘贴钢板及50m跨紧贴腹板增设钢桁架等措施对箱梁进行补强.3.2加固施工工艺3.2.1裂缝修补对于宽度小于0.15mm的裂缝进行封闭处

10、理,对于宽度大于0.1mm的裂缝进行灌浆处理.灌浆前,先对裂缝进行处理,清除裂缝表面的灰尘,白灰,浮渣及松散层等污物;然后用毛刷蘸丙酮,酒精等有机溶液,将沿裂缝两侧2o3omm处擦洗干净并保持干燥.采用埋嘴进行灌注,然后根据裂缝的不同情况与灌浆要求进行封缝.3.2.2植筋植筋时,先用压缩空气彻底清洁植筋孔,用钢丝刷除去钢筋外表面锈蚀和灰尘,注入植筋胶,插入钢筋,用铁锤敲击钢筋以确保植筋深度.植筋胶的注入量以钢筋植入后塞满整个植筋孔且溢出的胶与砼面齐平为准.3.2.3粘贴碳纤维布粘贴碳纤维布前,需对加固结构砼面进行打磨与找平.如果表面污物浮浆没除干净或不够平整,将严重影响碳纤维布复合层与砼之间的

11、粘结强度,直接影响施工质量和加固效果.本工程采用东丽牌30型碳纤维布(厚度0.167ram),粘结剂采用与之相匹配的粘贴树脂cfr胶.碳纤维布粘贴施工工艺流程如图1所示.3.2.4粘贴钢板钢板粘贴按照卸荷一表面处理一配胶一粘贴一固定及加压一固化一检验一防腐处理的顺序进行.首先处理加固构件结合面及钢板贴合面,这是最关键的工序.对于砼构件结合面,应根据构件表面的新旧程度,坚实程度,干湿程度等不同情况进行处理;对于钢板贴合面,应根据钢板锈蚀程度,采用喷砂打磨或盐酸浸泡的方法进行处理.总第l25期公路与汽运highzvaysautomotiveapplications151去除砼表面粉涂层及浮层表面处

12、理卜一打磨砼表面,吹灰,清洗铺贴碳纤维涂敷基底树脂(cfp)砼表面找平铺贴基准放线拌制,涂刷(cfp)铺贴碳纤维布图1碳纤维布粘贴施工工艺流程在现场配制钢板粘贴胶.粘胶采用国家建设部推广使用的新型粘贴钢板结构胶(wdz型).胶粘剂配制完毕后,用抹刀同时涂抹在已处理砼表面和钢板贴合面,然后将钢板贴于预定位置,用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板,如无空洞声(表示已粘贴密实),否则,应剥下钢板,补胶,重新粘贴.钢板粘贴好后,立即用卡具,支撑,膨胀螺栓或火药枪顶人钢钉等固定,并适当加压,以使胶液刚从钢板边缘挤出为度.固化期间不得对钢板有任何扰动.若气温偏低,可采取人工加温,一般用红外线灯加热;固化时间不小于2

13、4h.粘贴钢板质量采用非破损检验.主要检验内容:钢板边缘溢胶色泽,硬化程度;以小锤敲击钢板检验钢板的有效粘结面积,锚固区有效粘结面积不应小于9o%,非锚固区有效粘结面积不应小于7o.钢板粘贴结束后,在钢板表面刷一层底胶,再用人工或机械在钢板表面点粘砂粒,增加钢板表面粗糙度,然后用空压泵喷涂一层水泥胶砂防护.3.2.5劲性钢桁架安装本工程钢桁架的制造委托专门的钢结构公司制作.首先对来料进行放样下料,再用角向砂轮机打磨.然后按杆件分类别采用精密钻床打孔,打孔结束后,运至喷砂车间进行喷砂及一度油漆.根据设计图纸进行整体组装,组装完经检查无误后拆散.拆散后的杆件进行第二度,第三度底漆.将油漆好的杆件分

14、类包装运至工地.在箱梁内安装通风,照明设备,将散件人工运人箱梁内,然后在基座植筋及座板安装.根据编号由下而上进行安装.安装过程中,先用冲钉定位,再用螺栓连接.整体拼装完毕后,用扭力板手紧固螺栓.待螺栓全部紧固完毕后,再和箱梁预埋件焊接连接.检查全部合格后,进行油漆修补.最后对基座板进行灌胶.4修补效果及结论2年来,对该桥箱梁的裂缝修补每月定期进行一次检查.在历次检查中,箱梁节段界面的腹板和预应力锯齿块附近未发现裂缝,箱梁底板受拉区域的裂缝封闭完好,重车经过时,跨中截面梁体的振动明显减弱或不振动.说明安装劲性钢桁架结合粘贴钢板,碳纤维布能控制裂缝的产生与扩展,因为钢板,碳纤维布已与原结构物形成整体共同受力,改善了原结构的钢筋及砼的应力状态,限制了裂缝的出现与扩展,使砼箱梁结构具有良好的弹性工作性能.通过七里山公路大桥预应力连续箱梁加固工程的实施,采用型钢劲性骨架结合粘贴钢板,碳纤维综合加固方案具有如下特点:能有效封闭砼裂缝及缺陷,防止扩展;能与原砼箱梁形成整体共同受力,从而达到加固补强,提高桥梁承载能力的目的;施工工艺简便,加固效果良好,费用少,对原结构不产生新的损伤,美观影响较小.实践证明该加固方法切实可行,有推广应用价值.参考文献:1jtgd602004,公