吳佳佳，秦磊慧

（1.山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032；2.山西交通控股集團(tuán)有限公司 太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

1 概述

我國(guó)中小跨徑橋梁眾多，混凝土小箱梁橋是其主要組成部分。隨著使用年限的增長(zhǎng)，由于設(shè)計(jì)等級(jí)低、交通量增長(zhǎng)等因素，我國(guó)早期建設(shè)的無橫隔梁、少橫隔梁的裝配式梁橋，普遍存在混凝土結(jié)構(gòu)開裂、混凝土剝落、破損等各種病害[1]，甚至出現(xiàn)承載能力低，不能滿足公路交通需求下的橋梁運(yùn)營(yíng)安全，嚴(yán)重降低公路網(wǎng)的通暢性。該文基于橋梁病害統(tǒng)計(jì)分析了裝配式小箱梁橋病害成因，為橋梁的維修養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)。

2 依托工程概況

某高速公路特大橋梁，主線橋長(zhǎng)2 611.6 m，由左右兩幅組成，左右幅各19聯(lián)，主要以25 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為主，間有15 m、20 m、26 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，共103孔。等寬度按半幅橋梁寬度為14.0 m，變寬段橋面最大橋梁寬度為25.73 m，等寬段橋梁由4片預(yù)制小箱梁構(gòu)成，箱梁中心距3.5 m，橫橋向通過濕接縫連接，其橫斷面如圖1所示。下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、肋板式臺(tái)，橋面鋪裝為9 cm瀝青混凝土+5 cm混凝土調(diào)平層。

圖1 跨中橫斷面圖（單位：cm）

橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛車120。

橋梁運(yùn)營(yíng)20余年，存在以下病害：

a）主梁底板橫向裂縫共1 790道，總長(zhǎng)1 766.17 m，裂縫最寬0.64 mm；主梁腹板豎向裂縫2 319道，總長(zhǎng)1 978.5 m，裂縫最寬0.36 mm；腹板斜向裂縫485道，總長(zhǎng)440.5 m，裂縫最寬0.86 mm；部分箱梁存在左右對(duì)稱的豎向裂縫，個(gè)別豎向裂縫與底板橫向裂縫貫通形成U形裂縫，且裂縫在持續(xù)擴(kuò)展。

b）主梁底板縱向裂縫768道，總長(zhǎng)3 401.40 m，裂縫最寬0.63 mm；主梁腹板縱向裂縫235道，總長(zhǎng)467.59 m，裂縫最寬1.07 mm。

c）濕接縫共有裂縫409道，總長(zhǎng)2 246.59 m，裂縫最寬0.41 mm。

d）橫隔板共有裂縫648道，總長(zhǎng)501.17 m，裂縫最寬0.83 mm。

e）上部結(jié)構(gòu)混凝土缺陷44處，缺損面積9.23 m2，露筋72根，總長(zhǎng)23.8 m，滲水泛堿97處，總面積66.13 m2。

f）全橋支座開裂472個(gè)，脫空24個(gè)，串位1個(gè)。

g）橋墩蓋梁裂縫共322道，總長(zhǎng)175.29 m，裂縫最寬1.8 mm；混凝土缺損6處，共4.49 m2，滲水、泛堿3處，總面積10.8 m2。

3 橋梁病害成因分析

a）箱梁底板裂縫和腹板豎向裂縫分布于326片主梁，將其匯總?cè)绫?。

表1 箱梁裂縫匯總

由表可知，約94.6%～96.4%的箱梁底板橫向裂縫、腹板豎向裂縫分布于正彎矩為主的L/4～3L/4跨徑范圍內(nèi)，表明上述裂縫主要是由正常使用極限狀態(tài)的抗彎承載能力不足導(dǎo)致的，其中65.1%～77.6%的裂縫寬度小于0.1 mm。平均每片梁有1.9道/1.89 m底板橫向裂縫寬度大于等于0.1 mm、3.6道/3.53 m裂縫寬度小于0.1 mm，表明橋梁在長(zhǎng)期往復(fù)荷載作用下，形成了主裂縫，且伴隨有新裂縫的萌生與擴(kuò)展。進(jìn)一步分析其原因，主要有3方面，一是該高速公路橋梁投入運(yùn)營(yíng)以來，公路交通流量大幅增長(zhǎng)，且早期超載超限車輛較多，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部微裂縫開展，進(jìn)而形成主梁底板橫向裂縫和腹板豎向裂縫。二是橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，將其橫斷面圖與按文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行截面參數(shù)比較，如表2，可知，該橋梁抗彎剛度僅為標(biāo)準(zhǔn)圖的0.77，相同荷載下，截面應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)圖的1.29倍，因此在現(xiàn)行交通流量下，大大增加了橋梁開裂風(fēng)險(xiǎn)。三是橋梁主梁間距較大，且未設(shè)置跨中橫隔板，橫向整體性較差，超載重車作用下，主梁之間缺乏高效的橫向傳力構(gòu)件，直接承受輪載作用的主梁所承擔(dān)的荷載大于按單梁法計(jì)算所采用的荷載橫向分布系數(shù)，超過箱梁正常使用極限狀態(tài)的承載能力而出現(xiàn)底板橫向裂縫；重車作用下各主梁所分擔(dān)的荷載差值較大，導(dǎo)致主梁之間存在明顯的相對(duì)位移和扭轉(zhuǎn)，也是箱梁出現(xiàn)腹板豎向裂縫的原因之一。

表2 截面參數(shù)對(duì)比

b）箱梁底板與腹板縱向裂縫寬度均較大，最大裂縫寬度為0.63～1.07 mm，箱梁底板與腹板縱向裂縫分別有2 399.3 m/539道、395.4 m/197道裂縫寬度大于等于0.1 mm，占比達(dá)70.5%～84.6%。箱梁底板與腹板縱向裂縫總長(zhǎng)之比為7.3，底板、腹板縱向裂縫平均長(zhǎng)度為4.4 m、2.0 m。該類型裂縫的特征為：（a）縱向裂縫主要分布于箱梁底板，且裂縫長(zhǎng)度較長(zhǎng)；（b）裂縫寬度較大，寬度大于等于0.1 mm的裂縫是其主要組成部分。分析其原因，主要是由于預(yù)制箱梁尺寸較小，普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力波紋管定位較為困難，施工難度大，混凝土保護(hù)層厚度不易保證，且橋梁建造年代裝配式橋梁為新型橋梁結(jié)構(gòu)，缺乏該類型橋梁建設(shè)和施工管理經(jīng)驗(yàn)，施工質(zhì)量不易保證；底板相對(duì)腹板預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量較多，且箱梁縱向受彎時(shí)底板受拉，進(jìn)一步削弱了底板混凝土橫向抗拉強(qiáng)度，因此底板縱向裂縫較多。

c）濕接縫裂縫縱向裂縫占比為88%，其中87%裂縫寬度小于等于0.1 mm，裂縫平均長(zhǎng)度約10 m。濕接縫是橋梁橫向傳力的主要構(gòu)件，因此判斷濕接縫裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，其產(chǎn)生原因主要是主梁間距較大，且該橋未設(shè)置橫隔板，車輛輪載作用下濕接縫橫向受彎，下緣拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)開裂，汽車荷載作用下，裂縫持續(xù)擴(kuò)展。

d）橫隔板裂縫與支座脫空等因素導(dǎo)致的各主梁支承反力不均勻密切相關(guān)，同時(shí)，施工質(zhì)量控制不足也是該類型產(chǎn)生原因之一。

e）上部結(jié)構(gòu)混凝土缺陷、露筋與模板安裝、混凝土施工等有關(guān)，施工質(zhì)量控制不足是該病害產(chǎn)生的主要原因。滲水泛堿主要是由于裂縫、泄水孔滲水導(dǎo)致的。

f）支座病害成因是多方面的。一是支座墊石或支座頂板高程施工控制不足，導(dǎo)致支座高程偏離箱梁底板所在平面；二是支座剪切變形屬于正常情況，但剪切變形超限時(shí)應(yīng)及時(shí)處置。支座剪切變形超限的原因主要有支座就位不當(dāng)或支座質(zhì)量缺陷。

g）橋墩蓋梁裂縫與各主梁支承反力不均勻?qū)е碌纳w梁彎矩、剪力超過設(shè)計(jì)值密切相關(guān)。

4 結(jié)論

通過分析裝配式小箱梁橋病害特征，從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、受力特點(diǎn)及其運(yùn)營(yíng)狀態(tài)等方面系統(tǒng)分析了結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生原因，結(jié)論如下：

a）箱梁底板橫向裂縫、腹板豎向裂縫是由于橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、結(jié)構(gòu)抗彎剛度小、運(yùn)營(yíng)荷載偏大等多種因素導(dǎo)致的，大主梁間距橋梁不設(shè)跨中橫隔板導(dǎo)致的橋梁橫向整體性差也是該類裂縫產(chǎn)生的主要原因。

b）箱梁縱向裂縫主要位于底板，主要是由于混凝土保護(hù)層厚度不易保證、施工質(zhì)量控制不足導(dǎo)致，且箱梁縱向受彎時(shí)底板的縱向拉應(yīng)力削弱了底板混凝土橫向受拉性能。

c）濕接縫裂縫以縱向結(jié)構(gòu)性裂縫為主，其產(chǎn)生主要原因是橋梁未設(shè)置跨中橫隔板，超限車輛局部輪載作用下下緣混凝土開裂。

d）其他裂縫多與橋梁施工質(zhì)量控制不足有關(guān)。