预应力砼T型梁桥病害分析及加固技术探讨
摘 要 本文通过对福泉高速公路某T型梁桥进行病害检测，分析病害成因，提出维修加固的方法，达到预期效果，为该类桥型的病害治理提供参考。 关键词 T型梁桥 病害 成因分析 加固技术1 工程概况 福泉高速公路某大桥全长276.2m，上部结构为预应力钢筋砼准连续T形梁，桥跨组合为5×30m+4×30m，分两联，T梁中心高2m,桥面全宽2×0.5m（护栏）+11.5m（行车道）+1m（中间分隔带）+11.5m（行车道）+2×0.5m（护栏），设计荷载为汽超-20级、挂-120；下部结构为钢筋砼空心柱式墩，钢筋砼钻孔灌注桩；钢筋砼肋板式台，钢筋砼钻孔灌注桩；全桥采用矩形板式橡胶支座。经过几年运营和超载车辆的行驶，该桥出现了不同程度的病害，根据《公路养护技术规范》，该桥右幅评定为四类桥。2 桥梁病害检测情况及原因分析2.1 病害情况 2003年3月，检测单位对该桥进行了外观检查，发现存在以下问题： （1） 上部结构T梁的梁体出现多条斜、竖向裂缝，裂缝多发生在L/2和L/4、3L/4处，腹板处裂缝最宽为0.52mm（超限值），部分裂缝贯穿梁底，梁底处裂缝宽度相对较小，但也严重影响到结构安全（详见图1）。
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图1 部分桥跨病害示意图
（2） 腹板与马蹄部位交接处多处出现纵向开裂。 （3） 横隔板出现斜向裂缝，最大缝宽0.34mm（超限值）。 （4） 部分墩柱出现竖向裂缝，最大缝宽0.60mm。 （5） 部分支座橡胶体倾斜，最大倾斜2cm，个别的支座橡胶体承压不均。2.2 病害成因分析 （1） T梁竖向、斜向裂缝主要是由于砼强度不足、施工质量不良造成局部预应力不足和超载车辆通行引起结构主拉应力和承载力不足所致。 （2） T梁腹板与马蹄部位交接处出现纵向裂缝，主要是由于波纹管位置的砼保护层较薄，在预应力张拉时应力集中引起的开裂。 （3） T梁横隔板斜向裂缝、竖向裂缝是由T梁间受力不均衡或施工时砼收缩所致。 （4） 墩柱出现竖向裂缝则是由钢筋锈蚀、膨胀引起砼表面的开裂造成的。 （5） 支座橡胶体倾斜与支座上钢板锈蚀、支座处残留施工垃圾导致伸缩滑动受阻和施工质量不好有关。3 结构加固方案3.1 裂缝分类 裂缝分为三类： （1） 第一类裂缝：受力裂缝，裂缝较严重，系由承载力不够而引起的。 （2） 第二类裂缝：除第一类裂缝外，裂缝宽度在0.20mm以上的非受力裂缝。 （3） 第三类裂缝：除第一类裂缝外，裂缝宽度在0.20mm以下的非受力裂缝。3.2 裂缝处理方案3.2.1 第一类裂缝处理方案 由于该类裂缝是由于承载力不够而引起的，应对出现裂缝部位进行结构加固以提高其承载力。本方案采用碳纤维片材加固方式来处理，加固示意图如图2。
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图2 碳纤维加固示意图
具体施工工艺如下： （1） 灌缝和表面处理。底层混凝土表面的劣化层,如风化、浮浆、脱模剂、污渍、油渍等，要用砂轮很好地进行打磨清除，直到露出集料的新面。混凝土的接头、模板的段差，要用砂轮打平，平整度应达到5mm/m。转角要用要打磨成倒角，倒角半径R≥20mm。该桥由于模板的段差最大达2cm，横隔板整体平整度较差。致使打磨的工作量非常大，打磨采用先局部后整体的处理方式。 （2） 涂刷底层树脂。 （3） 局部找平。该桥的预制T梁梁底普遍表面凹陷，最大深度3cm，凹陷部位在找平过程中要多次用环氧腻子进行找平。 （4） 涂刷浸渍树脂，随后粘贴碳纤维片材，多层粘贴时重复第④步骤。 （5） 在粘贴完最后一层碳纤维片材后再涂刷一道浸渍树脂。 （6） 表面外观处理。 应当注意的是，为防止过往车辆对树脂固化产生不利影响，在碳纤维粘贴过程中应对桥面的交通加以限制。3.2.2 第二类裂缝处理方案 第二类裂缝采用压力灌浆补强处理。对裂缝进行灌缝处理可以对裂缝实施有效的加固，抑制裂缝开展，恢复结构整体刚度；并且裂缝封闭后还可以阻止水气从裂缝处渗入而引起钢筋的锈蚀，提高结构的耐久性。 压力灌缝处理具体施工工艺过程：①裂缝表面处理；②灌浆嘴定位和封闭裂缝；③配置灌浆树脂；④实施灌浆；⑤封口结束，外观处理。3.2.3 第三类裂缝处理方案 第三类裂缝采用封闭处理。处理的工艺流程如下：①用切割机沿缝锯深15~20mm，宽20mm的V形槽；②用钢丝清除槽内及其周边的松脱物，再用高压空气将小槽吹干净，然后用丙酮清洗裂缝，涂刷环氧树脂纯浆液；③配置环氧胶泥，用刮刀将环氧胶泥压实在裂缝上；④外观处理。4 加固效果检测4.1 静力荷载试验 加固改造后，对该桥进行了荷载试验，试验按六种工况分级加载。对控制截面进行最不利荷载试验，通过应变测试、挠度及裂缝观测等手段获得数据。 （1） 经计算，试验荷载效率见表1。由表1可见，静力试验荷载效率值能够满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988年1月）所规定的要求，静力荷载试验所产生的力学效应能够反映设计荷载汽超—20级、挂—120所产生的力学效应。
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表1 静力荷载试验效率表
（2） 根据对所测挠度进行整理，对实测挠度进行必要的修正，各控制截面在各工况荷载作用下最大挠度实测值列表2～3。由表可见，试验荷载作用下，实测值小于理论值，控制截面挠度校验系数介于0.68～0.97，在《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）规定的常值范围0.70～1.00内。相对残余变形2%以内，小于20%，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）规定，桥跨结构处于弹性工作阶段。 表2 第3跨跨中截面桥面挠度实测值 及其理论计算值比较表
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表3 第5跨L/2截面桥面挠度测值 及其理论计算值比较表
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（3） 根据对所测应变进行整理，各控制断面在等代荷载作用下的主要测点应变实测值与理论值列表4。由表可见，试验荷载作用下，实测值小于理论值，控制截面应变校验系数介于0.43～0.95，基本处于《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）规定的常值范围0.60～0.90内。相对残余变形7%以内，小于20%，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）规定，桥跨结构处于弹性工作阶段。
表4 各跨跨中截面梁底应变实测值及其理论计算值比较表
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（4） 试验过程中，原有裂缝没有明显开展和新增裂缝现象，经过几年运营，已贴碳纤维未出现老化现象。4.2 动力荷载试验 （1） 对典型测点的结构脉动响应信号进行FFT分析，模态拟合，得出自振频率。实测值与理论计算值相当，说明该桥动抗弯刚度较好。该桥自振频率结果见表5。
表5 桥梁脉动试验自振频率
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（2） 各试验工况下T梁跨中截面无障碍行车动力试验结果如表6所示。由表可知：第1跨中单车以不同速度（20km/h、30km/h）对桥跨结构产生的实测动挠度为1.06～1.85mm，折算成标准车列冲击系数1.09～1.11，与设计值1.11相当。
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4.3 砼强度检测 根据《超声回弹综合法法检测混凝土强度技术规程》（CECS 02:2005），在第3、5跨1#T梁、2#T梁梁侧各布置10个混凝土回弹测区，每个测区两侧各8个测点。检测结果表明，砼强度推定值符合设计要求。 综上所述，该桥整体桥跨结构目前能满足汽超-20级，挂-120设计荷载正常行车使用要求。5 结束语 根据本桥的具体特点，在不损伤原结构、基本不影响车辆通行的前提下，应用粘贴碳纤维布的方法进行结构加固，提高结构承载能力，达到较好的预期效果。通过碳纤维布维修加固混凝土桥梁结构的应用，应对这种材料特性和施工工艺进一步了解，不断积累经验，为此类桥型加固提供参考借鉴。
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