武夷宫大桥病害分析及维修处治方案

■官 宇

（福建武夷山旅游发展股份有限公司，武夷山 354300）

随着我国科学技术的发展和进步，公路技术等级的提高，部分桥梁因早期设计荷载标准低、车辆超载、管护不到位等问题，逐渐出现一些病害，导致桥梁的承载能力、稳定性和可靠性降低，严重影响交通出行安全。 因此，对桥梁进行维修处治迫在眉睫。 粘碳纤维布法强度高、耐久性好，工艺简单，近年来理论与试验研究逐渐完善成熟， 从最先应用在航天、航空领域逐渐扩大至土木工程加固修复领域[1]。

1 工程概述

武夷宫大桥位于九曲溪和崇阳溪的交汇口，南至景区南入口、西至星村西入口竹筏码头、北至景区北入口和三姑度假区， 周边无可绕行的其他道路，是武夷山景区的咽喉要道，对景区的正常运行和周边居民出行影响较大。

该桥建于1960 年，全长151.4 m。 设计荷载：汽-13，拖-60 级。 上部为8×17 m 钢筋混凝土T 型梁桥；下部为现浇混凝土实体桥墩扩大基础、砌石桥台扩大基础。桥面宽7.5 m，净5.5 m（行车道）+2×1.0 m（人行道）[2-3]。 桥梁断面如图1 所示。

图1 武夷宫大桥桥梁布置图

2 维修处治前检测

2.1 主要病害

主要病害如下：（1）上部结构：全桥32 片T 梁共有56 条竖向裂缝，缝宽0.10～0.18 mm，缝长共计59.80 m；1 条斜向裂缝，缝宽0.18 mm，缝长0.30 m；2 处混凝土析白，总面积0.06 m2；2 处混凝土蜂窝麻面，总面积0.20 m2，全桥钢支座锈蚀。 （2）下部结构：墩台身共5 处磨损，基础共4 处冲刷、露石现象，河床局部有漂流物，堵塞河道。 （3）桥面系：桥面铺装共8 处破损、坑槽，主要位于主梁接缝处，总面积面积16.8 m2；人行道铺装共32 处破损，总面积6.72 m2。 全桥人行道栏杆锈蚀，栏杆1 处断裂、2 处倾斜。

2.2 材质状况

梁体混凝土回弹推定强度在30.3～35.8 MPa，由于本桥原始设计资料缺失，混凝土设计强度未知，且混凝土构件龄期已超过1000 d，故不对构件混凝土强度进行评定。 所测梁片钢筋锈蚀电位评定标度最低为2，钢筋有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能坑蚀。 所测梁片混凝土碳化深度评定标度均为1。 所测梁片钢筋直径为32 mm，钢筋间距为100 mm；混凝土保护层厚度为28～38 mm。

2.3 静动载试验

（1）静载试验：试验荷载作用下，主要测点应变校验系数、挠度校验系数大于1，卸载后，部分测点相对残余应变大于20%。 （2）动载试验：实测基频8.35 Hz，大于理论计算值，无障碍行车下测得最大冲击系数为0.23。

2.4 承载力评价

依据公路桥梁承载能力检测评定规程，检算结果如表1 所示。 经荷载试验与承载能力检算评定分析， 该桥作用效应与抗力效应比值在1.0～1.2 且主要测点校验系数大于1、残余应变超过20%，因而判定该桥桥梁承载能力不满足汽-13 级的设计荷载要求[4]。

表1 正截面抗弯承载能力检算

3 维修处治方案选用

3.1 外观病害处治

外观病害处治如下：（1）对宽度＜0.15 mm 的裂缝采用表面封闭修补，涂刷专用环氧树脂胶进行裂缝封闭，涂刷前要清洗清除裂缝两侧的灰尘水渍或是松脱物及碳化的混凝土面层，修补后表面要与原有表层基本一致；对于宽度≥0.15 mm 时，应采用压力注浆修补；（2）对混凝土表面病害，可以采用环氧砂浆或环氧混凝土对混凝土破损锈胀区域进行修补。

3.2 主梁处治

由于本桥承载力不足，对桥梁处治的几种方案进行比选[5]。 处治方案及特性如表2 所示。

表2 处治方案比选

该桥是景区的咽喉要道，南北西三个入口的交叉口，游客转乘、区内居民和上游镇村居民出行的必经之路，采用粘碳纤维布法不仅可以保障景区内的日常生产不中断，同时避免加固过程中对梁体造成不确定的损伤。 本次采用无间隔粘贴三层碳布与压条，同时表面喷涂聚合物砂浆，在确保桥梁安全同时最大程度上保持了该桥原有外形和风貌，与周边环境协调统一；经济方面，碳纤维布价格虽然相对较高，但是施工相对简单，速度快，相应缩短了工期，减轻了景区运营压力，因此该方法在整体经济效益上具备优势。

采用碳纤维布加固中应防止为避免超筋而导致受拉钢筋达到屈服前，受压区混凝土先破坏和在达到正截面极限承载力前，碳布与混凝土发生剥离破坏。本次采用U 型压条能有效避免剥离破坏，通过计算采用三层碳布时，受压区高度x 不大于0.8 ξbh0可以控制不产生超筋现象[6]。经验算，加固后桥梁抗弯极限承载能力由加固前1785 kN·m 提升至1920 kN·m，大于最大作用效应1822 kN·m，满足要求。

4 桥梁维修处治后检测结果

4.1 检测结果

该桥维修处治后，对其进行了验收前的复检，经静力荷载试验表明该桥经维修处治后主要测点挠度、应变校验系数均小于1，相对残余变形、应变均未超过20%，该桥承载力满足设计荷载汽-13 级要求。

4.2 检测结果分析

表3、表4 分别为试验荷载作用下，加固前后桥梁试验截面挠度、应边测试的对比数据，由表可知：（1）维修处治后比处治前挠度测值降低了8.87%～10.19%；（2）维修处治后比处治前应变测值降低了10.64%～14.81%。在外荷载一定下，挠度与结构刚度成反比，分析试验结果得到，本次维修处治后桥梁结构整体刚度提高约9.73%～11.34%。

表3 加固前后桥梁挠度实测值比较

表4 加固前后桥梁应变实测值比较

5 结语

本次武夷宫大桥维修处治工程中主梁采用粘贴碳纤维方法加固，工期短，对日常交通、景区运营影响小。 通过验算分析，加固后桥梁抗弯极限承载能力由加固前1785 kN·m 提升至1920 kN·m。经荷载试验， 加固后桥梁挠度、 应变测试值分别降低8.87%～10.19%、10.64%～14.81%， 说明加固后桥梁工作状态良好，粘贴碳纤维布能有效提高了桥梁承载力与整体刚度。