河桥T 形梁裂缝修补措施浅谈

预应力混凝土梁在水利水电工程及桥梁工程中广泛应 用,混凝土的破坏是以混凝土出现裂缝修补为先兆的混凝土自身 的破坏,所以工程裂缝是一个具有普遍性的技术问题[1 ] ,科 技工作者在对预应力混凝土梁的裂缝研究方面的成果也不 少,在工程实践中发挥了重要的作用[2～8 ] 。裂缝修补是混凝土结 构普遍出现的现象,裂缝产生的原因一般可分为两种[2 ] :一 是由变形引起的,也称非结构性裂缝,指变形得不到满足,在 构件内部产生自应力,当自应力超过混凝土容许应力时,引 起混凝土开裂;二是由外荷载引起的裂缝,也称结构性裂缝, 表示结构承载力可能不足或存在严重问题。非结构性裂缝 产生的原因有多方面,如施工不当、温度变化、混凝土凝固过 程中因收缩等等。结合湖北竹山县潘口河桥工程的实际情 况,河桥工程T形梁裂缝修补属于支撑台座基础两侧不均匀下沉 引起的结构性裂缝修补。 1 　工程概况 潘口河桥桥址位于潘口河口上游约200 m 处,距电站厂 房约400 m ,在电站施工期间承担左岸施工交通运输任务,电 站建成后作为永久左岸上坝交通使用。潘口河桥以襄关省 道为起点,左岸上坝公路为终点,且与两端道路顺接,桥长 63. 5 m ,桥宽11 m(9 m行车道+ 2 ×1 m人行道) ,设计荷载汽 —60 级、特挂—200 级。桥跨布置由一跨38 m长的预应力钢 筋混凝土T形梁桥和一跨12 m的钢筋混凝土肋板梁组成。 河桥上部构造为一跨38 m 长后张预应力钢筋混凝土T 形梁,桥面宽为11 m ,桥跨布置为5 m ×38 m 简支结构,横向 布置5 片T形梁,其中3 片中梁,2 片边梁,梁高2. 5 m ,38 m T 形梁采用C50 预制混凝土。是按照《公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范》JTGD62 - 2004 标准,采用5 - 7 Ф5 的 钢绞线,预制成具有高强度低松弛的预应力混凝土大梁。

2 　T 形梁裂缝处理方案 根据裂缝的成因情况,一般可将裂缝修补分为两种类型[6 ] : 一类是由于材料、气候等造成的一般塑性收缩裂缝、干缩裂 缝等,这类裂缝一般对承载力影响较小,可作一般处理或不 处理;另一类裂缝明显影响了梁的承载能力,随着裂缝的扩 展和延伸,钢筋达到屈服强度,受压区混凝土应变量增大,梁 刚度大大降低,构件趋向破坏,此类裂缝必须及早采取加固 补强,以满足结构安全需要。该T形梁裂缝是属于施工前期 降雨影响造成。由于中梁混凝土浇注前连续几天降雨,混凝 土浇筑后第三天在距T 形梁一端16 m 处发现一条裂缝,裂 缝呈横向分布,延伸到两侧翼板边缘,裂缝宽度为1 mm ,并 向梁下部腹板两侧延伸0. 8 m ,如不进行修补处理,此梁将无 法投入正常使用。经后续观察,该裂缝修补发展变化不大,用水 准仪观测T形梁台座水平度,台座两侧下沉约2 cm～3 cm , 裂缝修补是由于T形梁台座基础不均匀下沉引起。由于潘口河 汛期已至,为了赶在洪水到来之前保证潘口河桥通车,将该 跨T形梁报废重新预制时间已经不允许,同时也会造成较大 的经济损失,经专家论证,并考虑预制预应力T 形梁结构的 特点,确定采用具有一定的变形性能粘结补强材料进行修补 的处理方案———采用填充法[6 ] ,即沿裂缝修补混凝土表面凿成一 定宽度、深度的梯形槽,使用柔性环氧砂浆及环氧混凝土材 料进行填充。 3 　修补材料 3. 1 　修补材料的选择 T形梁设计年限为100 a ,设计荷载为汽—60 级、特挂— 200 级,要求粘结补强材料必须满足如下条件: (1) 粘结补强材料的抗压、抗拉强度必须要大于T 形梁 C50 混凝土的设计强度。 (2) 粘结补强材料必须与原T 形梁混凝土粘结牢固,并 要与原混凝土形成一个整体。 (3) 必须具有与原混凝土相近的变形性能,不能因T 形 梁裂缝修补后进行张拉时,修补部位因受拉力而出现二次裂 缝。 (4) 粘结补强材料的有效期限必须大于T 形梁设计年 限。 为了满足T形梁裂缝修补的要求,决定采用本身强度较 高,并具一定的变形性能,而且与原混凝土粘结牢固的柔性 环氧砂浆及环氧混凝土来进行修补。

3. 2 　修补材料的性能 配制后的柔性环氧砂浆及环氧混凝土的性能决定于配 方中所采用的固化剂的性能。使用改性固化剂加入少量的 丁晴橡胶,克服了原采用乙二胺为固化剂配制的环氧砂浆及 环氧混凝土毒性大、放热量大、反应速度快,固化后质硬脆, 且施工中要求干燥、忌水等缺点,用改性固化剂及丁晴橡胶 配制出的环氧砂浆及环氧混凝土具有许多优良性能,毒性甚 微,反应速度慢,利于施工,并且该材料粘结力强,可与原混 凝土粘结牢固,形成一个整体,不影响原混凝土的整体结构 及承载力,另外由于在配方中加入了少量的丁晴橡胶,配制 出的环氧砂浆及环氧混凝土具有一定的柔性及韧性,提高了 粘结补强材料的极限变形性能,使它能够满足对T 形梁修补 后进行后张拉的要求,粘结补强材料力学性能见表1。 表1 　粘结补强材料及C50 混凝土力学性能 材料 抗压强 度/MPa 抗拉强 度/MPa 粘结强 度/MPa 抗冲击 韧性/MPa 粘接剪切 强度/MPa 修补材料70～100 9～14 6～8 7～8 > 4. 0 由上述指标可见,这种修补材料的力学性能比C50 混凝 土的抗压强度及抗拉强度高,并且与混凝土粘结力强,且具 有一定的韧性,因此它完全可以满足大梁C50 混凝土裂缝修 补的要求。 3. 3 　修补方案 对翼板及腹板两侧出现的裂缝修补,沿裂缝凿开宽20 cm ,深 10 cm的梯形槽,采用柔性环氧砂浆及环氧混凝土处理。为 减少裂缝处在张拉过程中出现的应力集中,故在腹板顶部裂 缝左右各50 cm内范围凿开宽20 cm ,深约5 cm的梯形槽,露 出腹板钢筋,槽内布置了3 根1 m 长Φ12 钢筋,与腹板钢筋 点焊,然后用柔性环氧砂浆及环氧混凝土填充平。T 形梁修 补平面示意图见图1、T形梁裂缝修补剖面见图

2。 图1 　T形梁修补示意图 图2 　T形梁裂缝剖面 4 　施工工艺 施工工艺与修补材料同等重要,在施工中确定修补材料 的适宜配方后,要特别注意施工工艺,否则粘结补强就达不 到预期的效果,因此要严格按照施工工艺进行施工,以确保 修补后的质量。 施工工艺: (1) 将配制环氧砂浆及环氧混凝土所需的砂和小石洗 净、晒干。 (2) 被粘面的处理,按照修补方案将T形梁翼板顶面、腹 板顶面与侧面凿开成梯形槽,将凿开的混凝土表面的疏松层 清除掉,露出坚硬、牢固的混凝土面,并用高压风枪将混凝土 表面的碎屑、灰尘等杂物冲净。要求被粘面一定要保持干 净,漏出钢筋部位要除去钢筋上的铁锈及其它杂物。 (3) 修补步骤:在修补前,首先在被修补面上涂刷清洗 剂,以清除表面细小颗粒,然后均匀涂抹一层环氧基液,厚度 控制在0. 5～1. 0 mm ,等候15～20 min 后涂抹一层厚5～10 mm的环氧砂浆,中间分层填充环氧混凝土并掺入适量的钢 纤维,每次填充约5 cm左右,分层插捣密实,用力挤压,最后 填充1 cm左右的环氧砂浆(见图3) ,表面拍打密实平整,排 出内部气泡至泛出浆液,然后用塑料薄膜覆盖。 1　24水利与建筑工程学报 第 8 卷 图3 　梯形槽填充材料典型剖面 (4) 修补后固化24 h 即可拆模,2 d 后可达到预期强度, T形梁张拉即可进行。 5 　裂缝修补后试验检测 T形梁裂缝修补后,为了检测桥跨结构的实际承载能 力,结构变形及抗裂标准是否满足有关技术规范要求,邀请 了武汉理工大学交通学院武汉港湾工程质量检测中心对T 形梁进行了张拉,并对河桥作了静载与动载试验。

5. 1 　裂缝修补后T 形梁的张拉与架设 6 月15 日完成T形梁的粘结补强,6 月19 日完成了中梁 的张拉,张拉过程中严格按照设计张拉力进行,T 形梁裂缝 修补处未出现二次拉缝现象,T 形梁张拉后反拱值为3. 9 cm ,设计反拱值为4 cm ,满足设计要求。现场观察,T 形梁在 移动架设过程中,修补部位完好。 5. 2 　静载试验 (1) 裂缝修补部位观测在桥梁荷载试验期间,采用专人 观察桥梁跨中以及支座附近等承受弯矩和剪力比较大的部 位,在整个加载试验过程中,没有二次裂缝的出现。 (2) 挠度测试挠度测点选择各跨的L/ 4、L/ 2 和3L/ 4 处,采用精密水准仪测量,结果见表2。将观测数据与理论计 算值进行比较分析,结合挠度校验系数,得出检测结果为:中 梁桥跨结构的竖向刚度满足设计规范要求,且表中其刚度储 备比较充分,说明该梁处于弹性工作状态。 表2 　挠度、应变实测值与理论值比较 测点数据类型 挠度 L/ 2 截面正弯矩 的承载能力 L/ 4 截面正弯矩 的承载能力 规范允许值 应变 L/ 2 截面正弯矩 的承载能力 L/ 4 截面正弯矩 的承载能力 规范允许值 L/ 4 实测值- 6. 1 - 6. 1 小于- 59 - 115 小于 理论值- 11. 2 - 11. 7 L/ 600 = 63. 3 - 136 - 219 L/ 600 = 63. 3 校验系数0. 54 0. 52 0. 6～1. 0 0. 43 0. 53 0. 5～0. 9 残余变形0. 2 - 0. 5 2 - 3 残余、实测比3. 30 % 8. 20 % 20. 00 % 3. 40 % 2. 60 % 20. 00 % L/ 2 实测值- 9. 4 - 6. 3 小于132 - 97 小于 理论值- 16. 7 - 15. 3 - 259 - 208 校验系数0. 56 0. 41 0. 6～1. 0 0. 51 0. 47 0. 5～0. 9 残余变形0 0 - 2 2 残余、实测比0 0 20. 00 % 1. 50 % 2. 10 % 20. 00 % 3L/ 4 实测值- 5. 3 - 5. 1 小于 理论值- 12. 4 - 10 L/ 600 = 63. 3 校验系数0. 43 0. 51 0. 6～1. 0 残余变形- 0. 3 - 0. 2 残余、实测比5. 70 % 3. 30 % 20. 00 % (3) 应变测试结果见表2 ,根据应变测量值与理论值进 行比对,得出中梁简支结构的抗剪强度和承载能力均满足设 计要求。

5. 3 　动载试验 (1) 通过脉动试验、跑车试验、跳车试验、刹车试验,运 用CRAS 随机信号与振动分析系统,进行桥梁动力特性分析。 获得结构的前2 阶固有频率,其中第一阶振动频率为4. 000 Hz ,大于计算值3. 562 Hz ,第二阶振动频率为14. 375 Hz ,大于 计算值14. 25 Hz ,表明桥梁具有良好的动力特性。 (2) 实测冲击系数为0. 19 ,与理论计算值0. 22 较接近。 6 　结　语 对潘口河桥T形梁裂缝粘结补强处理后,修补处的强度 达到设计要求。采用后张法对T形梁进行张拉,在裂缝修补 处受到拉应力作用,在受拉过程中再无裂缝出现。梁在使用 过程中,由于修补裂缝处在T 形梁靠翼缘侧,此处受到是压 应力,修补处在受压过程中无裂缝出现。从梁裂缝处理后的 受力分析来看,无论是受压还是受拉,修补处均无裂缝出现。 静载及动载试验结果表明,此桥的承载力、结构变形及抗裂 标准均达到了技术规范要求,可以交付使用。 (下转第132 页) 第 2 期 樊 　晋:河桥 T形梁裂缝修补措施浅谈 125 边角网的精度等级,采用秩亏自由网平差方法。 (1) 控制网的起算点数据如表7。 表7 　起算点坐标 点号纵坐标X/ m 横坐标Y/ m J1 3793720. 86300 400272. 30600 J2 3793465. 53391 399971. 06643 (2) 控制网的精度统计见表8。 表8 　控制网精度 网名统计项目实测误差限差 控制网 最大点位中误差1. 15 mm 1. 41 mm 方向中误差0. 33″ 0. 71″ 三角形最大闭合差- 2. 4″ 2. 5″ 固定边误差1. 6 mm 5. 6 mm 固定角误差- 1. 2″ 2. 8″ (3) 控制点平面坐标及误差计算如表9。

 表9 　控制点平面坐标及误差 点号 平面坐标数据 首次监测(08. 5) X/ m Y/ m 复测(09. 5) X/ m Y/ m 变化量/ mm ΔX ΔY ΔS J1 3793465. 53391 399971. 06643 3793465. 53391 399971. 06643 0 0 0 J2 3793720. 86300 400272. 30600 3793720. 86300 400272. 30600 0 0 0 J3 (TB - 1) 3794041. 55938 400127. 95345 3794041. 56021 400127. 95356 0. 8 0. 1 0. 8 J4 3793927. 71832 399927. 07662 3793927. 71801 399927. 07821 - 0. 3 1. 1 1. 15 J5 3794353. 80786 399975. 32340 3794353. 80744 399975. 32450 - 0. 4 1. 1 1. 3 TB - 1 3793994. 30221 399934. 54551 3793994. 30324 399934. 54367 1. 0 - 1. 8 2. 3 ( 4) 由表8、表9 看, 固定边(DJ1 - J2) 和固定角 ( ∠J2J1J3) 误差均小于规定值,因而控制J1、J2、J3 稳定,精度 均满足要求,通过对该网采用秩亏自由网平差,可靠因子为 0. 125″/ mm,误差最大点为J4 (1. 15 mm) ,小于±1. 41 mm ,无 明显位移,可以作为变形监测点观测的已知点应用。 6 　结　语 控制网的图形强度和精度是保证大坝变形监测的首要 条件,从对该网型的分析,各项误差均满足技术要求。因而 对变形点观测和数据处理分析能起到去伪存真,从而对大坝 的运营管理提供有力的技术保障。随着高科技设备在工程 中的不断应用,大坝变形监测工作将更加方便,发展更加完 善。具体实施时应做到: ①控制网的网型一般可采用三角形和大地四边形组合 或双大地四边形的边角网。②控制网首先在室内借助计算 机进行精度估算,优化设计方案,再实地标定控制点。控制 点必须标定为强制对中点。③外业数据观测必须按设计步 骤进行。④控制网的平差可采用秩亏自由网平差;拟稳网 平差。⑤所用全站仪必须经过检校。 参考文献: [1 ] 　DL/ T5178 - 2003. 混凝土坝安全监测技术规范[M] . 北京:中国 电力出版社,2003. [2 ] 　GB/ T17942 - 2000. 国家三角测量规范[M] . 北京:中国标准出版 社,2000. [3 ] 　GB50026 - 93. 工程测量规范[M] . 北京:中国计划出版社,2001. (上接第125 页) 对于结构较单薄的钢筋混凝土构件,如预制板梁构件、 现浇钢筋混凝土梁板构件、混凝土面板等,在发生裂缝后,可 借鉴潘口河桥T形梁裂缝粘结补强的处理经验,对构件裂缝 进行粘结补强处理,使其达到使用目的。

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