崔华根大桥病害原因分析及结构加固措施

2023-02-23

1 工程概况

崔华根大桥位于江门市新会区省道S271线上, 中心桩号K11+145。全桥长292.04米, 共18跨, 桥跨组合为8×16m (T梁) +2×16m (空心板) +8×16m (T梁) , 桥面宽13m。桥梁上部结构主跨为普通钢筋砼空心板梁, 其余跨为普通钢筋砼简支T梁, 下部结构为双式桥墩, 轻型桥台, 钻孔灌注桩基础。设计荷载:汽车-20级, 挂-100。该桥1991年5月28日开工建设, 1992年12月25日竣工, 整个工程期7个月。大桥运营15年后, 于2007年8月进行了一般性的检查, 发现该桥局部存在较严重缺损, 对桥梁正常运营使用有影响, 桥梁总体技术状况评定为四类桥梁。鉴于此, 2007年10月江门市新会区交通建设管理办公室委托广东省公路勘察规划设计院进行加固设计。广东省长大公路工程有限公司承担维修加固施工任务。

2 桥梁损伤现状及病害原因分析

(1) 该桥两个主通航孔为16m普通钢筋砼空心板, 空心板底面有大量横向裂缝, 其主要原因: (1) 对原结构的计算表明, 在原设计荷载组合下, 结构极限状态承载力不能满足85规范的要求; (2) 在车辆的超载作用下容易产生裂缝, 这与板底裂缝规律相吻合; (3) 现浇结构施工质量较差, 保护层厚度薄、较容易出现露筋等病害; (4) 空心板为钢筋砼构件, 在使用阶段是“带裂缝工作”的, 因此出现裂缝是不可避免的。

(2) 各跨T梁腹板均有15~20条竖向、斜向裂缝 (1#、6#梁裂缝较少, 约10~13条) , 其斜向裂缝位置在1/4及3/4L, 计算结果显示梁端裂缝宽度稍超过规定, 而1#、6#梁为边梁, 按梁格结构空间受力特点为, 其边梁最为不利, 说明大部分裂缝并非结构性的裂缝。其主要原因: (1) 对原结构的计算表明, 在设计荷载组合下, 结构承载能力基本满足要求, 但富余量较小; (2) 隧着社会经济的发展, 通过桥梁交通量急剧增加, 超载车辆的通过, 导致T梁产生裂缝; (3) 将“预制吊装”改为“整体现浇”, 施工质量一般比预制结构要难以保证, 较容易出现露筋、保护层厚度薄; (4) T梁为钢筋砼构件, 在使用阶段是“带裂缝工作”的, 因此出现裂缝是不可避免的; (5) 钢筋锈蚀膨胀也可引起混凝土开裂。

(3) 较多盖梁存在蜂窝、麻面和露筋现象, 部分墩盖梁出现裂缝, 通过对原结构的计算, 在原设计荷载组合下, 结构承载能力满足要求, 出现病害的主要原因: (1) 对原结构的计算表明, 在设计荷载组合下, 结构正常使用状态下不满足要求; (2) 盖梁柱顶裂缝, 位于负弯矩区, 可能因施工盖梁顶层钢筋下移, 以致力抵抗弯矩力臂减少; (3) 随着交通量增大、超载车辆增多, 盖梁易于出现受力裂缝; (4) 盖梁为钢筋砼构件, 在使用阶段是“带裂缝工作”的, 因此出现裂缝是不可避免的; (5) 盖梁表面的蜂窝、麻面, 保护层偏薄, 出现露筋现象, 施工质量造成的。

(4) 柱式墩:8#、11#、12#和14#墩双圆柱墩顶出现环状裂缝, 出现病害的原因: (1) 墩身自由长度相对较长, 再加上墩上支座老化, 伸缩缝采用沥青混合料填补, 使结构纵向伸缩受阻, 导致桥墩立柱受力不利, 而引起墩柱开裂; (2) 可能有施工方面的原因, 出现了蜂窝、麻面、保护层厚度偏小等病害; (3) 钢筋锈蚀膨胀也可引起混凝土开裂。

(5) 2#墩及3#墩系梁底部砼结构连接处均有开裂 (沟缝) 及露筋现象, 该病害出现的原因: (1) 施工质量控制不严, 在接缝处有漏浆情况出现; (2) 基础不均匀沉降等因素导致混凝土开裂; (3) 钢筋锈蚀引起混凝土胀裂。

3 结构加固措施

3.1 1 6 m普通钢筋砼空心板加固

本桥只有两通航孔为现浇整理体空心板结构, 其承载能力严重不足, 刚度小, 开裂过于严重, 加固的难度和代价太大, 因此采用“16米预应力砼空心板置换旧钢筋砼空心板”的方法, 这样不仅提高其承载力, 还能有效提高结构耐久性。

3.2 16m钢筋砼T梁加固

梁腹板均有15~20条竖向、斜向裂缝, 采用环氧胶或压力灌浆方法封闭裂缝。普通钢筋砼T梁裂缝封闭灌浆处理后: (1) 应对梁体加强日常性观察, 发现新的问题及时处理。 (2) 严禁超载车辆通过, 对桥梁进行必要限载提示。

3.3 盖梁加固

根据验算的结果及裂缝的特点, 对出现裂缝的盖梁加固采用粘贴Q235-C钢板条: (1) 在盖梁两侧上缘粘贴两条长3.96m, 宽度200mm, 厚8mm, 间距10cm的Q235-C钢板条进行加固补强, 采用膨胀螺栓固定, 螺栓间距50cm, 在钢板条宽度范围对称墩柱布置。 (2) 盖梁梁底粘贴三条长6m, 宽度300mm, 厚8mm, 间距15cm的Q235-C钢板条进行加固补强。

3.4 立柱加固

对8#、11#、12#和14#墩双圆柱墩顶环状裂缝, 其加固实施措施: (1) 先采用化学灌浆方法, 按裂缝宽度分别处理:裂缝≤0.15mm的采用环氧胶表面封闭;裂缝宽>0.15mm进行灌浆处理; (2) 再对砼表面缺陷部位进行修补; (3) 最后粘贴碳纤维布进行包裹补强。

3.5 承台、系梁加固

(1) 对2#墩及3#墩系梁底部砼结构连接处均有开裂 (沟缝) 及露筋, 采用灌浆方法封缝和修补破损部位; (2) 对于8#~10#墩, 充分利用高承台桩基底部有足够的作业空间, 将“工字形承台”扩大为“矩形承台”, 旨在增强承台的整体性和承载能力, 同时发挥承台对钢管桩的整体连接作用, 其具体措施有以下几点。

(1) 准确定位14根钢管桩的桩位, 然后施工钢管桩, 施工完钢管桩后再施工扩大承台。

(2) 承台裂缝灌浆。清理承台表面泥土及浮尘, 并采取措施使承台保持干燥;对承台进行裂缝灌浆处理, 采取压力灌浆的办法, 尽可能使承台裂缝灌浆饱满。

(3) 桩头段约0.75m范围内清除杂物、干净桩头段, 并采取措施使桩头段保持干燥, 对50cm桩头段凿毛。

(4) 在承台侧面打穿横向预应力孔眼, 在桩侧和承台侧底面植筋;另外将桩顶部分桩基主筋凿开部分露出, 在原钢筋侧焊接承台钢筋, 与承台钢筋连接成为整体。

(5) 绑扎承台钢筋工程。新增承台采用钢套箱施工, 依托承台、桩顶植筋和焊接钢筋, 焊接和绑扎承台能与原桩基连接成整体。布置原承台底面、侧面和顶面植筋, 并绑扎钢筋网、安装横、竖向预应力钢筋。

(6) 浇筑承台混凝土 (C40) , 振捣、养生, 扩建承台将钢管桩顶部连成整体。

(7) 承台混凝土达到设计强度和养护时间要求后, 张拉预应力, 封锚。

如图1。

3.6 8#~1 0#墩桩基加固

(1) 崔华根大桥通航孔原为两孔16m现浇钢筋砼空心板, 板高+铺装厚度共为74cm, 现采用PC宽幅空心板置换旧板, 新板预制梁高80cm, 铺装层厚度10cm, 总厚度为90cm, 比原结构增高16cm, 同时自重增加了约1.5倍, 验算结果如下表, 验算结果可知, 8#~10#墩桩基竖向承载力不能满足要求, 需要进行加固处理。如表1所示。

(2) 鉴于桩基承载力不足, 由于桥下净空受限, 考虑增加14根Ф168mm微型钢管桩, 并将原系梁加宽至与原承台同宽, 同时承台和系梁向下加厚50cm。为使新旧承台共同受力, 在50cm厚度内增设四根Ф32预应力粗钢筋。每根钢管桩的单桩承载力特征值Ra=300kN, 考虑新旧桩基共同承担上构竖直力, 新老桩基各承担50%。其加固后的验算结果如表2。

(3) 经计算, 加固后8#~10#墩桩基竖向承载力能满足要求。