苑林棟

（唐縣交通運(yùn)輸局公路站，河北 唐縣 072350）

0 引言

現(xiàn)役鋼筋混凝土空心板梁橋大多為老舊橋梁，因其運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，大多出現(xiàn)了不同程度的病害。為降低工程造價(jià)及不中斷交通，通常采取一些加固維修措施，對(duì)橋梁病害進(jìn)行修補(bǔ)。因此，對(duì)橋梁加固維修設(shè)計(jì)效果的驗(yàn)證顯得十分必要[1]。本文以某鋼筋混凝土空心板梁小橋?yàn)檠芯勘尘?，結(jié)合橋梁具體病害特點(diǎn)，提出了加固維修設(shè)計(jì)方法，最后通過(guò)荷載試驗(yàn)對(duì)加固維修效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 工程概況

某鋼筋混凝土空心板簡(jiǎn)支梁橋，橋梁總長(zhǎng)14.0m，跨徑組合：1×13m。橋面總寬為7.5m，橋面橫向布置為：0.25m（欄桿）+7.0m（機(jī)動(dòng)車(chē)道）+0.25m（欄桿）。該橋主要結(jié)構(gòu)材料：上部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土空心板梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)臺(tái)帽、橋墩蓋梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。其設(shè)計(jì)荷載為：汽車(chē)-超20 級(jí)，掛車(chē)-120。因該橋自修建至今，使用年限較長(zhǎng)，橋梁損傷情況較為嚴(yán)重。2019 年3 月，委托橋梁檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行全面檢測(cè)，橋梁主要病害為：橋面混凝土破損嚴(yán)重、伸縮縫破損、鉸縫砂漿脫落，存在單板受力、梁底滲水、泛白、梁底大量橫向裂縫。最終評(píng)定為四類(lèi)橋梁，需要進(jìn)行大修或改造，同時(shí)采取必要的交通管制措施。該橋全景圖如圖1所示。

圖1 橋梁全景圖

2 加固維修處理措施

2.1 采用鋼纖維橋面鋪裝

采用C40 鋼纖維混凝土重新進(jìn)行橋面鋪裝。鋪裝層采用Ф12mm 規(guī)格的鋼筋網(wǎng)，間距10cm×10cm。為使鋼筋網(wǎng)安裝定位準(zhǔn)確，澆筑混凝土?xí)r鋼筋網(wǎng)不下沉，預(yù)先將鋼筋網(wǎng)主要支撐部位焊接支撐鋼筋，保證每平方米鋼筋網(wǎng)上有足夠的支撐鋼筋[2]。

2.2 更換原破損的伸縮縫

更換伸縮縫主要步驟為：開(kāi)挖預(yù)留槽口→清理預(yù)留槽口→植埋鋼筋→安裝伸縮裝置→混凝土拌和→澆筑混凝土→養(yǎng)生→上橡膠條→修整邊緣→開(kāi)放交通。

2.3 鉸縫病害維修處理

對(duì)鉸縫砂漿脫落處采用M50 環(huán)氧砂漿材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)鉸縫病害嚴(yán)重時(shí)，可先植入鋼筋，然后澆筑C30膨脹型混凝土，同時(shí)在鉸縫內(nèi)填入楔形鋼板[3]。

2.4 梁底滲水、泛白處理

先對(duì)梁底滲水、泛白處進(jìn)行打磨，直至露出新鮮的混凝土。然后清理新鮮混凝土表面，最后采用樹(shù)脂型輕質(zhì)砂漿或聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

2.5 梁底破損及裂縫修補(bǔ)處理

對(duì)梁底破損部位進(jìn)行剔鑿、清除，然后用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)裂縫位置處，當(dāng)裂縫寬度小于0.2mm時(shí)，可采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行涂抹封閉表面，當(dāng)大于0.2mm時(shí)，可用混凝土裂縫膠進(jìn)行灌縫封縫處置[4]。

2.6 采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對(duì)梁底進(jìn)行加固

采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對(duì)梁底進(jìn)行加固不僅能夠增大梁底的橫向聯(lián)系，而且可以有效處理空心板梁的單板受力問(wèn)題?？v向預(yù)應(yīng)力碳纖維板能夠較好地起到封閉梁底橫向裂縫的作用，同時(shí)可以阻止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展[5]。本橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固時(shí)，每片空心板梁縱向設(shè)置一根碳纖維板，橫向設(shè)置6 根碳纖維板。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固對(duì)主梁的破壞較小，加固后的橋梁不會(huì)影響橋梁的定期檢測(cè)。采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的橋梁不會(huì)影響橋梁的再次加固，大幅降低了橋梁養(yǎng)護(hù)維修的造價(jià)[6]。

3 加固效果分析

為檢驗(yàn)本橋的加固維修效果，驗(yàn)證加固維修后是否達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)該鋼筋混凝土空心板梁小橋進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)。通過(guò)靜載試驗(yàn)，可驗(yàn)證橋梁加固維修效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求、了解加固后的橋梁實(shí)際受力工作狀態(tài)等[7]。本次橋梁靜載試驗(yàn)主要測(cè)試各跨跨中截面的撓度及應(yīng)變，觀(guān)察空心板梁裂縫的發(fā)展趨勢(shì)與分布規(guī)律等。

3.1 加載工況

本次橋梁靜載試驗(yàn)加載采用2 臺(tái)40t重的4 軸貨車(chē)進(jìn)行加載，根據(jù)橋梁加固設(shè)計(jì)理論的需要，橋梁荷載試驗(yàn)采用以下兩種工況進(jìn)行。

（1）工況一（偏心加載工況）

本工況為偏心加載以跨中截面為加載控制截面，加載時(shí)分三級(jí)進(jìn)行逐級(jí)加載，測(cè)試加載前后各主梁撓度及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的數(shù)值變化，同時(shí)觀(guān)察主梁裂縫的發(fā)展變化情況。工況一加載布置圖如圖2所示。

圖2 工況1加載車(chē)輛布置橫斷面示意圖 （單位：m）

（2）工況二（對(duì)稱(chēng)加載工況）

本工況為對(duì)稱(chēng)加載以橋梁跨中截面作為加載控制截面，該工況在加載時(shí)分兩級(jí)進(jìn)行逐級(jí)加載，測(cè)試加載前后主梁各撓度及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)值變化，并觀(guān)察主梁裂縫發(fā)展變化情況。工況二加載布置圖如圖3所示。

圖3 工況2加載車(chē)輛布置橫斷面示意圖 （單位：m）

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

在橫向跨中位置每片空心板梁底各布設(shè)1 個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)的測(cè)試，同時(shí)在跨中位置每片空心板梁底各布設(shè)1 個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)來(lái)測(cè)試橋梁撓度的數(shù)值變化[8]。應(yīng)變及撓度測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖4～5所示。

圖4 跨中截面撓度布置圖

圖5 跨中截面應(yīng)變布置圖

3.3 撓度測(cè)試結(jié)果分析

由表1、表2 和圖6、圖7 可知，該鋼筋混凝土空心板梁橋加固后，在各試驗(yàn)工況荷載作用下，各主梁撓度變化呈線(xiàn)性變化規(guī)律，各板之間的撓度差值明顯減小，不存在單板受力情況。說(shuō)明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對(duì)梁底進(jìn)行加固后，橫向聯(lián)系得到加強(qiáng)，各板受力較為均勻，極大地提高了橋梁的承載能力。各撓度測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.02～0.25 范圍內(nèi)，主梁的殘余變形均在20%以?xún)?nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)承載能力及剛度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了加固后的設(shè)計(jì)要求。

圖6 工況1各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比圖

表2 工況2 各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比表

圖7 工況2各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比圖

3.4 應(yīng)變測(cè)試分析

工況1 各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比見(jiàn)表3、圖8。

表3 工況1各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比表

圖8 工況1各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比圖

工況2 各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比見(jiàn)表4、圖9。

表4 工況2各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比表

圖9 工況2各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)比圖

由表3、表4 和圖8、圖9 可知，在工況一、工況二試驗(yàn)荷載下，控制截面各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變變化規(guī)律均與理論計(jì)算值變化趨勢(shì)相同，且各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化較為均勻。各實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，表明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對(duì)梁底加固效果較好，達(dá)到了加固設(shè)計(jì)要求。

3.5 裂縫觀(guān)測(cè)

本次試驗(yàn)在各工況加載過(guò)程中對(duì)空心板梁進(jìn)行了裂縫觀(guān)測(cè)，在各工況加載前后空心板梁均未出現(xiàn)新的裂縫。表明梁底縱橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固可有效抑制梁底裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，滿(mǎn)足加固設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某鋼筋混凝土空心板梁小橋加固維修設(shè)計(jì)為研究背景，通過(guò)橋梁靜載試驗(yàn)對(duì)加固維修后的效果進(jìn)行檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明：在各試驗(yàn)荷載工況下，各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度值均小于理論撓度計(jì)算值，且實(shí)測(cè)撓度變化規(guī)律與理論撓度變化規(guī)律接近；各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論應(yīng)變計(jì)算值，且實(shí)測(cè)應(yīng)變變化規(guī)律與理論應(yīng)變變化規(guī)律接近。均表明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，可極大地提高橋梁的承載能力，增大空心板梁之間的橫向聯(lián)系。最終證實(shí)了本次加固維修設(shè)計(jì)的效果，可為同類(lèi)橋梁加固設(shè)計(jì)提供參考。