竹園大橋西引橋裂縫原因分析與加固方案

1、竹園大橋西引橋裂縫原因分析與加固方案李延業(yè)廣州市市政工程監(jiān)理公司 工程概況竹園大橋位于茂名市區(qū)永久橋下游約1公里處，橫跨小東江，是連接河?xùn)|、河西兩城區(qū)的城市主干道橋梁。西引橋是竹園大橋西接紅旗路、濱河南路的立交橋。西引橋采用整體式現(xiàn)澆鋼筋砼無梁異形板結(jié)構(gòu)，平面形狀如圖1，板厚60cm，橋墩為鋼筋砼圓柱墩，直徑100cm，橋臺(tái)為鋼筋砼薄壁臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)為鋼筋砼挖孔灌注樁，樁徑1.2m。該橋于1997年6月28日正式通車。裂縫調(diào)查異形板采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，拆模后即發(fā)現(xiàn)在異形板靠路中線處有兩條細(xì)微裂縫，最大裂縫寬0.1mm，通車后裂縫有所增大，最大裂縫寬度約0.5mm，有滲水現(xiàn)象，縫隙中有

2、析出的呈乳白色的碳酸鈣，出現(xiàn)裂縫的范圍在a墩與b墩之間，通車一段時(shí)間后裂縫基本穩(wěn)定，無擴(kuò)展。1998年510月，茂名石油化工公司運(yùn)輸超重大件設(shè)備，西引橋異形板用增設(shè)鋼管柱作為臨時(shí)橋墩的方法進(jìn)行加固，加固位置如圖2，鋼管柱采用條形擴(kuò)大基礎(chǔ)，木樁加固地基，在鋼管柱頂面架設(shè)工字鋼，再在工字鋼上面設(shè)置板式橡膠支座。大件設(shè)備運(yùn)輸每次156576噸不等，共進(jìn)行21次，超重運(yùn)輸車輛安全通過，但西引橋異形板原有裂縫擴(kuò)展，寬度0.13mm，貫通紅旗路方向的整個(gè)異形板，基本沿路中線走向，裂縫兩側(cè)部分混凝土脫落，f號(hào)臺(tái)背有被異形板頂裂的現(xiàn)象。超重車輛過橋后的三年來，大橋能正常使用，據(jù)目前觀測(cè)的數(shù)據(jù)表明，裂縫已基本穩(wěn)

3、定，但隨溫度的變化和汽車荷載通過橋梁而呈活動(dòng)狀態(tài)。不過，條形擴(kuò)大基礎(chǔ)無沉降，說明目前的大橋安全可靠，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。裂縫成因分析產(chǎn)生裂縫的原因很多，但主要有以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)方面異型板結(jié)構(gòu)計(jì)算力學(xué)計(jì)算模型不合理，受力假設(shè)與實(shí)際不符；其次，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠，部分配筋漏算，使沿紅旗路方向的橫向配筋不足，而且鋼筋的布置不合理。無梁異形板為雙向受彎結(jié)構(gòu)，縱橫向均有較大彎矩，橫向鋼筋應(yīng)按受力要求計(jì)算配置，而異型板的計(jì)算比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)必須采用板單元。經(jīng)過平面桿系有限元程序?qū)ξ饕龢虻慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)算，在荷載組合I和荷載組合II情況下，沿紅旗路裂縫寬度達(dá)到0.3和0.5mm。再一方面，未考慮偶然荷載的使用（

4、設(shè)計(jì)時(shí)無此要求），即茂名石油公司大件設(shè)備的通行，在156576噸之間，裂縫驗(yàn)算可達(dá)3mm。異型板作為一個(gè)整體板應(yīng)該加大橫向配筋率，如果配筋率不足，為消除應(yīng)變能就會(huì)在應(yīng)力最薄弱處產(chǎn)生裂縫。異型板為無梁結(jié)構(gòu)、普通混凝土構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)墩柱數(shù)量偏少，部分柱間距偏大，最大9m，這就增大了板的橫向彎矩。還有設(shè)計(jì)方面欠考慮的是板的厚度，設(shè)計(jì)圖紙為0.6m，厚度的不足導(dǎo)致截面的剛度不夠。施工方面引橋異形板施工時(shí)整西體現(xiàn)澆，結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的。混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。因此，混凝土澆筑不當(dāng)

5、最容易引起收縮裂縫。本橋施工拆模時(shí)即發(fā)現(xiàn)板底面有裂縫。經(jīng)分析有原材料、施工工藝和養(yǎng)護(hù)等方面的原因。水泥的收縮性較高，導(dǎo)致混凝土收縮變大。施工質(zhì)量控制差，施工和管理水平低，集料含水量沒有很好的控制，結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能（和易性、密實(shí)度）下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。安裝順序不正確，構(gòu)件運(yùn)輸和堆放均在連續(xù)梁滿堂支架上進(jìn)行，亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。使用的混凝土塌落度過低，澆筑過快，容易產(chǎn)生收縮裂縫。已形成裂縫處是結(jié)構(gòu)的薄弱斷面，通車以后裂縫自然會(huì)沿已有裂縫向兩端延伸和擴(kuò)展。還有可能的原因，是該橋施工時(shí)2個(gè)月不拆模板

6、，限制了板底混凝土的收縮，引起混凝土的拉裂。不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，使混凝土內(nèi)外溫度不均，極易出現(xiàn)裂縫。其他方面茂名石油化工公司運(yùn)輸超重大件設(shè)備，雖然對(duì)該橋進(jìn)行了加固，但由于裂縫處薄弱斷面的存在，加上時(shí)效性，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)展。處理方案西引橋異形板縱向裂縫的形成，改變了異形板原有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。異形板原為異型受彎結(jié)構(gòu)，縱向裂縫形成后，異形板變成了兩塊互相鉸結(jié)的單向整體連續(xù)板，有利于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)橫向受力，保留現(xiàn)有臨時(shí)墩，也減小了板的橫向彎矩，故采用以下加固方法（圖3）：裂縫處理裂縫處理的目的在于防止裂縫內(nèi)的鋼筋繼續(xù)銹蝕，阻止橋面水滲漏，美化外觀。擬采用美國(guó)泰扶高強(qiáng)復(fù)合纖維系列產(chǎn)品中的泰扶芳玻韌布進(jìn)行封縫。該產(chǎn)品具有

7、強(qiáng)度高、延性好、耐久性佳及施工簡(jiǎn)單且韌性好等特點(diǎn)，施工程序?yàn)椋呵謇硇枵迟N的構(gòu)件表面，使之整潔、無尖角、無雜物。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪芳玻韌布。按比例配制混合樹脂。對(duì)于待粘貼的結(jié)構(gòu)表面先刷一薄層樹脂作底膠。用混合樹脂均勻涂刷待粘貼的芳玻韌布。將濕透的芳玻韌布用手工均勻平整地貼在準(zhǔn)備好的結(jié)構(gòu)表面上。刷表面保護(hù)層使處理過的結(jié)構(gòu)表面與原來結(jié)構(gòu)面一致。臨時(shí)支撐處理將大件設(shè)備運(yùn)輸時(shí)的鋼管柱改造為永久性的混凝土柱。用素混凝土（摻入膨脹劑和泵送劑）灌滿鋼管柱內(nèi)，鋼管柱及工字鋼表面先進(jìn)行人工除銹，表面涂阻銹劑，再外包混凝土（摻入適量的阻銹劑）。為使混凝土與鋼管柱粘貼牢固，可在鋼管柱表面焊接短鋼筋，并設(shè)置構(gòu)造鋼筋。對(duì)外

8、觀進(jìn)行美化裝飾，主要用白色瓷片裝飾。加固效果與跟蹤觀察大橋通過封縫和把大件設(shè)備運(yùn)輸時(shí)的臨時(shí)鋼管柱改造為永久性的混凝土柱，加固后的板與原設(shè)計(jì)的受力情況完全不同，混凝土柱是主要的受力構(gòu)件。該橋經(jīng)加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)新的病害，裂縫也未繼續(xù)擴(kuò)展。承載能力仍然能達(dá)到汽車超20、掛120的標(biāo)準(zhǔn)，說明此種加固方法是有效的，而且施工期限也較短，工程費(fèi)用也較少，可以應(yīng)用到同類的普通鋼筋砼梁橋加固上。結(jié) 論設(shè)計(jì)方面應(yīng)按三維空間結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析，考慮溫度荷載和支座位移的影響。正確選擇力學(xué)模型對(duì)配筋和截面進(jìn)行計(jì)算，充分估計(jì)時(shí)間溫度差等的溫度荷載，尤其是像無梁異型板這種結(jié)構(gòu)的溫度荷載影響很大。對(duì)于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋提高混凝土的抗裂性，全截面構(gòu)造配筋率不宜低于0.3，一般可采用0.30.5。施工方面嚴(yán)格把好材料質(zhì)量關(guān)，注意混凝土澆筑順序，減少混凝土硬化過程的收縮，重視支架拆除工作，不能長(zhǎng)期不拆模板，以保證混凝土的收縮不受約束。重視像茂名石油化工公司超重大件設(shè)備運(yùn)輸對(duì)橋梁的危害，因?yàn)樵斐傻臉蛄簝?nèi)部損傷不能恢復(fù)，即使裂縫在荷載卸除后能夠閉合或加固，但混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷，構(gòu)