高 辰

(安徽省高速公路試驗(yàn)檢測科研中心有限公司,安徽 合肥 230601)

0 引言

混凝土連續(xù)箱梁橋在運(yùn)營多年后,會(huì)出現(xiàn)多種病害,嚴(yán)重影響了橋梁運(yùn)營安全。為保證橋梁安全營運(yùn)和盡可能延長其安全使用年限[1],對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的橋梁進(jìn)行特殊檢查,對(duì)橋的整體及其組成部分進(jìn)行檢測、分析。同時(shí),依據(jù)檢測結(jié)果,對(duì)橋梁進(jìn)行加固,并進(jìn)行施工監(jiān)控。本文結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的工程背景,通過橋梁特殊檢查,確定病害成因,制定橋梁加固方案。通過對(duì)施工過程監(jiān)控以及加固后橋梁線形、動(dòng)剛度數(shù)據(jù)分析,以驗(yàn)證加固方案的加固效果。

1 工程概況

某高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋長110 m,跨徑布置為30 m+2×40 m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室連續(xù)箱梁,采用支架現(xiàn)澆施工工藝。橋面寬度全寬16 m,箱梁底寬度為8.15 m,梁高2.4 m,跨中處截面頂板厚度為0.3 m,底板厚度為0.3 m,腹板厚度為0.5 m。本橋各鋼束只設(shè)置豎彎,三跨箱梁的頂板束設(shè)置8束;三跨箱梁底板束設(shè)置10束;三跨箱腹板板束設(shè)置10束。

在檢查中發(fā)現(xiàn)第3跨箱梁底板出現(xiàn)多道橫向裂縫,隨即開展橋梁特殊檢查。

2 特殊檢查內(nèi)容及結(jié)果

2.1 外觀檢查內(nèi)容及結(jié)果

本次橋梁外觀檢查共發(fā)現(xiàn)病害198處。第3跨病害數(shù)目較多,占比達(dá)56%。結(jié)合箱梁內(nèi)外病害位置,發(fā)現(xiàn)第3跨3條由底板延伸至兩側(cè)側(cè)板的U型全截面貫穿裂縫(L2,最大裂縫寬0.33 mm;L4,最大裂縫寬0.53 mm;L6,最大裂縫寬0.31 mm),3條底板橫向裂縫(L1,裂縫長度2.1 m,最大裂縫寬0.35 mm;L3,裂縫長度1.6 m,最大裂縫寬0.20 mm;L5,裂縫長度2.8 m,最大裂縫寬0.50 mm)。

選取存在滲水且全截面貫穿裂縫L2,L4,L6進(jìn)行底板取芯。取芯結(jié)果表明,3處裂縫均貫穿底板。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的單項(xiàng)控制指標(biāo)[2],第1-3跨(一聯(lián))標(biāo)度評(píng)定為5。

2.2 實(shí)體檢查內(nèi)容及結(jié)果

底板及腹板尺寸檢查。針對(duì)病害較為嚴(yán)重的第3跨,對(duì)該跨的底板和腹板進(jìn)行厚度測量。底板尺寸偏差超允許偏差,整體厚度偏薄。

2.3 預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)檢查內(nèi)容及結(jié)果

預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)檢查一直是橋梁檢測工作中的難點(diǎn),本次檢測選取損傷相對(duì)較小的檢測方式進(jìn)行檢測。

1)預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部缺陷檢測。采用地質(zhì)透視儀進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道定位,超聲成像掃描儀檢查預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)部缺陷。檢測發(fā)現(xiàn)右腹板鋼束W3c和W4c之間不密實(shí),且鋼束W3c大部分灌漿不密實(shí),并進(jìn)行充氣驗(yàn)證。

2)預(yù)應(yīng)力鋼束外觀檢查。采用內(nèi)窺鏡對(duì)孔道內(nèi)部進(jìn)行檢查,鋼束W3c內(nèi)部鋼絞線局部位置處存在點(diǎn)狀銹跡,預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)壁也出現(xiàn)銹蝕。鋼束W4c鋼絞線存在銹蝕現(xiàn)象,預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)壁銹蝕嚴(yán)重。

3)預(yù)應(yīng)力連接器檢查。通過內(nèi)窺鏡檢查鋼束W3c連接器(見圖1),可發(fā)現(xiàn)該位置灌漿不密實(shí),此處鋼絞線有19根,存在2根鋼絞線與連接器脫落。鋼束W4c連接器位置灌漿也不密實(shí),連接器表面明顯銹蝕。

2.4 橋梁動(dòng)剛度檢查內(nèi)容及結(jié)果

在橋梁各跨的L/4,L/2,3L/4點(diǎn)分別布設(shè)豎向速度傳感器,以測試橋梁固有頻率、振型和阻尼比。1階頻率2.930 Hz、理論值2.965 Hz;2階頻率4.736 Hz、理論值4.320 Hz;3階頻率6.738 Hz、理論值6.311 Hz;根據(jù)相關(guān)規(guī)范[3]可知,本橋第1階豎向基頻略小于理論值,第2階,3階豎向基頻與理論計(jì)算結(jié)果相當(dāng),其對(duì)應(yīng)的標(biāo)度分別為3,2,2,表明橋梁剛度存在一定衰減。

3 施工控制

3.1 加固方案

鑒于本橋的主要病害為第3跨下?lián)?、底板U型貫通裂縫以及預(yù)應(yīng)力損失等,采用體外預(yù)應(yīng)力加固能較大幅度提高原來截面的抗彎承載能力。

在第3跨箱室內(nèi)布置4根16φs15.2短束(TW1-1/2,TW2-1/2);在箱室外側(cè)腹板單側(cè)上下布置4根16φs15.2長束(TW3-1/2,TW4-1/2),鋼束標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa,箱室內(nèi)外均是雙側(cè)對(duì)稱布置。具體如圖2所示。

3.2 監(jiān)控內(nèi)容

1)主梁線形。線形測點(diǎn)布置在第3跨4分點(diǎn)位置處,共計(jì)5個(gè)測點(diǎn)。在體外預(yù)應(yīng)力張拉過程中及張拉后的4個(gè)月內(nèi)進(jìn)行線形測量,張拉后的4個(gè)月內(nèi)測量分為7次,分別是張拉后第3天1次、第7天1次、第15天1次、第1個(gè)月1次、第2個(gè)月1次、第3個(gè)月1次、第4個(gè)月1次。

2)主梁應(yīng)力。在第3跨中及大、小里程間隔50 cm位置處布設(shè)三個(gè)測試斷面,當(dāng)測試斷面有橫向裂縫時(shí),應(yīng)對(duì)測試斷面進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,降低裂縫對(duì)應(yīng)力測試的影響。

3)主梁裂縫寬度。選擇U型貫穿裂縫L4,L6進(jìn)行寬度監(jiān)測,檢測張拉完成后裂縫閉合情況。

4)主梁動(dòng)剛度。加固完成后在各跨的L/4,L/2,3L/4點(diǎn)分別布設(shè)豎向速度傳感器,以測試橋梁固有頻率、振型和阻尼比。

4 結(jié)果與分析

1)線形監(jiān)控結(jié)果分析。以錨固塊、轉(zhuǎn)向塊安裝完畢,體外預(yù)應(yīng)力束開始張拉之前為結(jié)構(gòu)變形的起點(diǎn)至TW4鋼束張拉完成后,對(duì)橋梁線形進(jìn)行測試。加固完成后對(duì)主梁線形測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后,得出施工階段和加固完成后的第3跨各測點(diǎn)撓度實(shí)測值,并與有限元軟件計(jì)算得出的撓度理論值進(jìn)行比較分析﹐結(jié)果見表1。

表1 主梁線形監(jiān)測及計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

由上述可知,體外預(yù)應(yīng)力張拉過程中及張拉后的監(jiān)測過程中第3跨整體上抬。在體外預(yù)應(yīng)力加固階段[4],在張拉TW1體外預(yù)應(yīng)力鋼束后,跨中已出現(xiàn)上抬,上抬了2.6 mm;張拉至TW2后,跨中繼續(xù)上抬,上抬值為4.7 mm,直至全部預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完成,跨中累計(jì)上抬10.3 mm。同時(shí)與圖3,圖4健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比可知,張拉過程中健康監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)際測量數(shù)據(jù)基本一致?？紤]檢測過程環(huán)境的影響,本次檢測橋梁上抬值與設(shè)計(jì)相符。

由表1,圖3,圖4可知,在施工過程結(jié)束后的跟蹤觀測過程中,各測點(diǎn)撓度均有所變化,考慮到檢測過程環(huán)境的影響,基本與設(shè)計(jì)值相符,同時(shí)健康監(jiān)測系統(tǒng)第3跨跨中上抬數(shù)據(jù)與實(shí)際測量數(shù)據(jù)基本一致。

綜上所述,實(shí)測值與理論值變化趨勢及變化值有較好的吻合,跨中最大上抬值為12.3 mm,由此可見,加固后橋面線形得到了較好的改善[5]。

2)應(yīng)力結(jié)果分析。以錨固塊、轉(zhuǎn)向塊安裝完畢,體外預(yù)應(yīng)力束開始張拉之前為結(jié)構(gòu)應(yīng)力的起點(diǎn)至TW4鋼束張拉完成,對(duì)橋梁應(yīng)力進(jìn)行測試,加固完成后對(duì)應(yīng)力測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后,得出施工階段第3跨各測點(diǎn)應(yīng)力實(shí)測值,并與有限元軟件計(jì)算得出的應(yīng)力理論值進(jìn)行比較分析﹐結(jié)果如表2所示。

由表2可知,在體外預(yù)應(yīng)力加固施工階段,各個(gè)施工階段的控制截面應(yīng)力實(shí)測值和有限元模擬計(jì)算值變化規(guī)律一致,箱梁基本處于全截面受壓狀態(tài)[6]。

在整個(gè)張拉過程中梁底壓應(yīng)力增大,應(yīng)力理論值與實(shí)測值的最大誤差為0.87 MPa,實(shí)測結(jié)果與理論值變化趨勢及變化值均吻合較好,各面基本處于全截面受壓狀態(tài),由此可見,該橋加固后,在一定程度上提高了壓應(yīng)力儲(chǔ)備。說明該橋施工對(duì)應(yīng)力控制效果良好。

3)裂縫寬度結(jié)果分析。除裂縫寬度監(jiān)控位置外,其他裂縫在體外預(yù)應(yīng)力加固前已進(jìn)行修補(bǔ)。加固完成后L4裂縫寬度閉合0.08 mm,L6裂縫寬度閉合0.03 mm。

4)加固后橋梁動(dòng)剛度結(jié)構(gòu)。橋梁加固后,1階頻率3.104 Hz、2階頻率4.824 Hz、3階頻率6.785 Hz。根據(jù)相關(guān)規(guī)范可知,本橋加固后第1,2,3階豎向基頻與理論計(jì)算結(jié)果相當(dāng),其對(duì)應(yīng)的標(biāo)度分別為2,1,2,通過對(duì)加固前后橋梁動(dòng)剛度對(duì)比可知,加固后橋梁動(dòng)剛度有一定提升。

5 結(jié)語

依托于某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁病害特殊檢查及體外預(yù)應(yīng)力加固項(xiàng)目,對(duì)橋梁特殊檢查及加固過程施工監(jiān)控進(jìn)行研究,取得以下結(jié)論:

1)通過對(duì)橋梁特殊檢查,全橋評(píng)為5類。針對(duì)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)檢查,發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力孔道存在局部不密實(shí)現(xiàn)象,部分預(yù)應(yīng)力鋼筋未受力。由此可知,原橋主梁病害主要是由預(yù)應(yīng)力損失所致。

2)橋梁撓度監(jiān)控表明在體外預(yù)應(yīng)力張拉各個(gè)階段撓度增量正常,撓度增量基本大于理論計(jì)算值,與健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)相符;后期的跟蹤觀測過程中,撓度變化較小,與健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)相符。說明施工效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

3)在體外預(yù)應(yīng)力TW1,TW2,TW3,TW4張拉過程中,橋梁控制截面的混凝土應(yīng)力變化正常,全截面受壓,實(shí)測值和理論值的整體編號(hào)趨勢基本一致,最大偏差在合理范圍內(nèi),有效保證了結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)[7]。

4)加固完成后,橋梁動(dòng)剛度較加固前有所提升。