空心板梁橋鉸縫病害分析和維修方法研究

劉明選

（上海浦江橋隧高速公路管理有限公司，上海201100）

空心板梁橋鉸縫病害分析和維修方法研究

劉明選

（上海浦江橋隧高速公路管理有限公司，上海201100）

通過(guò)對(duì)上海市繞城高速南段42座空心板梁橋鉸縫典型病害的分析，總結(jié)了簡(jiǎn)支空心板鉸縫破壞的病害特征，并結(jié)合病害特征綜合分析鉸縫損壞的原因。進(jìn)一步對(duì)鉸縫破壞的維修工藝進(jìn)行研究，提出一種合理的鉸縫維修方法，并通過(guò)維修前后板梁外觀特征的檢查和相鄰板梁撓度差的定量測(cè)試對(duì)鉸縫的維修效果進(jìn)行評(píng)定，證明了該方法的有效性。從而為高速公路的簡(jiǎn)支空心板梁鉸縫維修提供參考和建議。

空心板；小鉸縫；病害分析；維修方法

引言

簡(jiǎn)支空心板橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)制、安裝方便，結(jié)構(gòu)受力性能好，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，故在橋孔通行要求不高、下部結(jié)構(gòu)施工便捷的高速公路、城市道路部分橋梁建造中被廣泛采用。早期建造的板式橋梁結(jié)構(gòu)，梁板之間采用的淺鉸接形式，也被稱為小鉸縫。在板梁安裝就位后，采用高標(biāo)號(hào)鋼纖維混凝土澆筑板間鉸縫。鉸縫主要起板梁的橫向連接作用，使板梁形成整體，共同承載上部荷載。設(shè)計(jì)方面由于小鉸縫截面尺寸小且為素混凝土結(jié)構(gòu)，接縫混凝土抗剪能力有限；施工過(guò)程，由于空間狹小、預(yù)制板側(cè)面較光滑、混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑質(zhì)量不可控，造成鉸縫混凝土抗剪能力遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。橋梁通車后，在承受上部車輛荷載反復(fù)作用下，受板梁支座的不均勻變形影響，而且目前高速公路重載交通下，小鉸縫混凝土極易破碎，進(jìn)而失去鉸接作用，造成橋面損壞、單板受力。所以探索快速有效的鉸縫維修方法是十分必要的［1］。

本文結(jié)合上海市繞城高速南段42座空心板梁橋鉸縫損壞病害的情況，綜合分析小鉸縫空心板的破壞特征和病害成因，并對(duì)鉸縫損害的維修工藝進(jìn)行研究，提出一種快速有效的鉸縫維修方法，為高速公路空心板梁鉸縫維修提供參考和建議。

1 空心板鉸縫破壞特征分析

通過(guò)對(duì)上海市繞城高速南段42座小鉸縫空心板梁的鉸縫病害進(jìn)行歸類總結(jié)，鉸縫破壞病害特征主要為：

（1）各種中小跨徑的混凝土板梁，橋面板受建筑高度的影響，本身的整體剛度比箱梁、T梁結(jié)構(gòu)弱。上海繞城高速南段42座空心板梁橋構(gòu)造上均采用小鉸縫實(shí)現(xiàn)各片板梁的橫向連接，整體性相對(duì)偏弱，易出現(xiàn)鉸縫破壞的情況。由于小鉸縫空心板梁存在先天不足，在長(zhǎng)期重車作用下板間的橫向聯(lián)系失效，活載不能被有效的橫向分布，直至出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象。

（2）鉸縫破壞一般表現(xiàn)為鉸縫位置出現(xiàn)滲水，由于在長(zhǎng)期超載和反復(fù)荷載作用下板梁鉸縫處橫向應(yīng)力值超過(guò)鉸縫混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，將產(chǎn)生裂縫，裂縫由上部鉸縫底緣產(chǎn)生，并不斷向橋面鋪裝頂層發(fā)展，從而在橋面鋪裝出現(xiàn)縱向裂縫或縱向的破裂帶［2］。打開(kāi)橋面鋪裝可以看到鉸縫位置的混凝土出現(xiàn)破碎，而且橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)和鉸縫鋼筋出現(xiàn)銹蝕斷裂，從而導(dǎo)致鉸縫失效［3］。

（3）鉸縫破壞一般發(fā)生在重車方向行車道范圍內(nèi)的板梁上，由于重車車速比較慢，很少占用超車道，使行車道范圍內(nèi)的橋面縱向開(kāi)裂頻率遠(yuǎn)大于超車道。重車車輪直接作用的板梁兩側(cè)的鉸縫一般均出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，鉸縫混凝土被剪壞，并逐步出現(xiàn)松散而脫落，使板梁之間的橫向聯(lián)系發(fā)生明顯下降。對(duì)上海繞城高速南段42座橋梁損壞鉸縫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，86%的損壞鉸縫出現(xiàn)在重車的行車道上。

（4）當(dāng)重車通過(guò)時(shí)，鉸縫破壞的板梁出現(xiàn)明顯的下?lián)希蛊渑c相鄰兩側(cè)的板梁上下錯(cuò)動(dòng)后行成臺(tái)階，待重車通過(guò)后，這種錯(cuò)動(dòng)消失，又恢復(fù)原狀，采用電子位移計(jì)對(duì)正常行車下的鉸縫破壞的板梁的動(dòng)撓度進(jìn)行采集，鉸縫損壞的相鄰板梁的撓度差非常明顯［4］。現(xiàn)場(chǎng)選取上海市繞城高速南段鉸縫滲水較嚴(yán)重的6座橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)重車通過(guò)時(shí)滲水鉸縫兩側(cè)的板梁出現(xiàn)了明顯的撓度差。

（5）鉸縫破壞時(shí)上部結(jié)構(gòu)的整體受力效果受到明顯的削弱，整體的剛度和強(qiáng)度下降，一般鉸縫損壞的板梁梁底的橫向裂縫發(fā)展較嚴(yán)重，而且伴隨著裂縫處的滲水，檢查中上海繞城高速南段橋梁22座普通鋼筋混凝土空心板梁中92%的滲水鉸縫兩側(cè)的板梁出現(xiàn)橫向裂縫滲水析白。裂縫滲水會(huì)導(dǎo)致板梁內(nèi)受力鋼筋銹蝕，如果不及時(shí)維修，板梁可能從彈性下?lián)习l(fā)展成塑性變形，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性能［5］。

2 鉸縫破壞的成因分析

從對(duì)上海市繞城高速南段鉸縫出現(xiàn)破損的空心板梁的狀況出發(fā)，綜合分析鉸縫損害的原因，對(duì)導(dǎo)致鉸縫破壞的主要原因歸納為4方面：

（1）公路自身特點(diǎn)因素

高速公路行車道的劃分，使車輛行駛的軌跡具有規(guī)律性，因此行車道上板梁承受重復(fù)荷載的幾率增加，在重車荷載作用下導(dǎo)致板梁的鉸縫破壞。

（2）荷載方面因素

正常使用下橋梁的承載能力是由設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)確定的。隨著社會(huì)的發(fā)展，車輛總重和軸重日益增大，特別是近幾年集裝箱卡車的大幅增加，公路運(yùn)輸對(duì)橋梁的要求越來(lái)越高，從實(shí)際的交通結(jié)構(gòu)上看，目前高速公路超載嚴(yán)重，加速了鉸縫的損壞。

（3）設(shè)計(jì)方面的因素

設(shè)計(jì)方面主要有以下3方面原因：①目前上海地區(qū)早期建設(shè)的高速公路一般采用小鉸縫空心板梁，采用的鉸縫結(jié)構(gòu)尺寸，斷面變化較小，鉸縫混凝土標(biāo)號(hào)較低，板梁間的橫向連接較弱，高速公路重車作用下鉸縫容易損壞。②由于橋面縱橫坡或預(yù)制板梁的預(yù)拱度不合適等原因造成橋面鋪裝局部厚度不足，而且早期橋面鋪裝混凝土標(biāo)號(hào)較低、橋面鋪裝鋼筋直徑較小、間距設(shè)置較大等情況，降低了鋪裝層的整體化作用、與板梁的協(xié)同作用減小、整體剛度降低。③橋梁設(shè)計(jì)中一片板梁一般為4各支座，但由于施工工藝的原因，個(gè)別情況會(huì)出現(xiàn)一個(gè)支座脫空的現(xiàn)象，車輛通過(guò)時(shí)三個(gè)支座支撐的板梁會(huì)出現(xiàn)翹動(dòng)，導(dǎo)致鉸縫破碎損壞。

（4）施工方面的因素

材料不符合要求，設(shè)計(jì)鉸縫或橋面混凝土鋪裝的強(qiáng)度比設(shè)計(jì)低，從上海繞城高速南段橋梁現(xiàn)場(chǎng)破壞的情況看，橋面鋪裝和鉸縫混凝土呈破碎狀，經(jīng)檢測(cè)的混凝土標(biāo)號(hào)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，振搗不密實(shí)，鋼筋綁扎不合要求，施工時(shí)對(duì)板梁的橫向聯(lián)系沒(méi)有引起足夠的重視，橋面混凝土鋪裝內(nèi)的鋼筋網(wǎng)位置控制不準(zhǔn)、預(yù)制板梁鉸縫以及頂面鑿毛不到位，施工完后橋面鋼筋網(wǎng)位于鋪裝層和板梁之間形成一道夾層，鋼筋網(wǎng)未達(dá)到效果，混凝土鋪裝層及鉸縫與預(yù)制板梁粘結(jié)不牢固情況嚴(yán)重，均會(huì)導(dǎo)致鉸縫的損壞。

3 鉸縫維修工藝的研究

3.1 鉸縫維修的具體實(shí)施工藝

通過(guò)對(duì)空心板鉸縫的病害特征和成因進(jìn)行綜合分析，結(jié)合上海繞城高速南段的鉸縫病害的具體特點(diǎn)，提出了高速公路鉸縫損壞后快速有效的維修方法。

先進(jìn)行鉸縫病害的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)鉸縫滲水和橋面縱向裂縫的外觀檢查和鉸縫兩側(cè)相鄰板梁的位移差的監(jiān)測(cè)判斷鉸縫損傷程度，外觀檢測(cè)中要注意板梁的支座是否脫空，一旦出現(xiàn)支座脫空，修復(fù)鉸縫前應(yīng)墊實(shí)脫空支座。進(jìn)行鉸縫維修時(shí)，先在損壞的鉸縫兩邊各50 cm范圍內(nèi)鑿除橋面鋪裝和鉸縫混凝土，清除損壞的橋面鋼筋網(wǎng)，鉸縫鋼筋完好時(shí)，應(yīng)保留鉸縫鋼筋，施工過(guò)程中使用機(jī)械設(shè)備時(shí)應(yīng)注意不要破壞板梁的主體結(jié)構(gòu)，鑿除完畢后進(jìn)行清理，重新澆筑鉸縫混凝土和橋面鋪裝時(shí)采取新措施［6］：（1）在板梁鉸縫中順向放置預(yù)制好的鋼筋骨架，使原設(shè)計(jì)的鉸縫中的素混凝土變成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（圖1）；（2）將鉸縫和橋面鋪裝混凝土的標(biāo)號(hào)提高到C50，從而提高鉸縫混凝土的整體性；（3）鉸縫兩側(cè)的板梁上種植鋼筋，進(jìn)一步加強(qiáng)鉸縫連接力；（4）在不提高橋面標(biāo)高的前提下，增加橋面混凝土鋪裝層的厚度，鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，并加密橋面鋪裝鋼筋，增大鋪裝鋼筋的直徑；（5）將鉸縫鋼筋骨架、原有的和種植的鉸縫鋼筋，以及雙層橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)綁扎焊接成整體（圖2）?；炷龄佈b澆筑完畢后，表面應(yīng)做好防水措施后再澆筑瀝青鋪裝，整個(gè)過(guò)程施工完成后，施工段兩側(cè)各封閉2 m范圍，有條件的可以考慮封閉車道，防止未達(dá)到強(qiáng)度時(shí)，車輛行駛的振動(dòng)影響施工質(zhì)量，待達(dá)到強(qiáng)度后開(kāi)放交通［7］。

3.2 維修后效果的判斷

以上海繞城高速南段一座3跨簡(jiǎn)支空心板梁為例，判斷該維修方法的可靠性。該橋跨徑布置為16 m＋22 m＋16 m，維修前中跨22 m空心板梁的梁底鉸縫位置滲水嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)鉸縫的橋面鋪裝位置出現(xiàn)通長(zhǎng)的縱向裂縫，打開(kāi)縱向裂縫處瀝青鋪裝發(fā)現(xiàn)鉸縫混凝土破碎，橋面混凝土鋪裝的鋼筋網(wǎng)和鉸縫鋼筋出現(xiàn)銹蝕斷裂?，F(xiàn)場(chǎng)情況詳如圖3、圖4所示。

通過(guò)外觀檢查初步判斷鉸縫已出現(xiàn)損傷，為了進(jìn)一步判斷鉸縫損傷的程度，現(xiàn)場(chǎng)在板梁跨中位置鉸縫兩側(cè)位置安裝電子位移計(jì)［8］，采用30 t標(biāo)準(zhǔn)車輛加載，通過(guò)監(jiān)測(cè)鉸縫兩側(cè)的位移差對(duì)鉸縫損壞程度進(jìn)行判斷?，F(xiàn)場(chǎng)典型的鉸縫位移差的監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線如圖5所示，位移差的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，表1中鉸縫位置的標(biāo)示以相鄰兩片板的編號(hào)進(jìn)行標(biāo)示，如L00204－05表示第2跨4＃板和5＃板之間的鉸縫。相鄰兩片板梁最大撓度差為1.96 mm～2.18 mm，說(shuō)明板梁鉸縫已破壞［9］。

采用本文的鉸縫維修方法對(duì)該橋損壞的鉸縫進(jìn)行維修加固，維修加固后半年對(duì)該橋維修效果進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明：梁底鉸縫位置未出現(xiàn)滲水，橋面鋪裝未出現(xiàn)縱向裂縫，車輛通過(guò)時(shí)相鄰板梁之間的位移差顯著減小，現(xiàn)場(chǎng)在相同鉸縫跨中位置兩側(cè)安裝電子位移計(jì)，采用相同的重車對(duì)維修效果進(jìn)行檢測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，相鄰兩片板梁之間的最大撓度差為0.19 mm，和加固前的測(cè)試結(jié)果相比撓度差明顯減小，說(shuō)明板梁的橫向聯(lián)系得到加強(qiáng)，上部結(jié)構(gòu)的整體工作性能較好，該方法進(jìn)行鉸縫維修加固效果較好［9］。

4 結(jié)論

鉸縫是相鄰空心板梁連接的重要構(gòu)件，是保證板梁共同受力的關(guān)鍵。本文結(jié)合上海市繞城高速南段42座小鉸縫空心板梁的鉸縫病害情況，對(duì)空心板鉸縫損壞的特征進(jìn)行總結(jié)，綜合分析鉸縫損壞的原因，提出一種快速有效的鉸縫維修方法。通過(guò)本文研究得出：

（1）考慮到高速公路重載車輛較多，小鉸縫空心板橫向聯(lián)系較弱，建議以后新建高速公路不再采用小鉸縫的空心板梁結(jié)構(gòu)。

（2）鉸縫損傷判斷應(yīng)通過(guò)外觀檢查梁底鉸縫滲水的形態(tài)，結(jié)合橋面鋪裝對(duì)應(yīng)位置的病害開(kāi)展情況，對(duì)鉸縫損傷做出初步判斷，根據(jù)外觀檢查的情況，可進(jìn)一步采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相鄰板梁的位移差的方法對(duì)鉸縫破損程度做進(jìn)一步的量化。

（3）本文鉸縫維修方法是修復(fù)鉸縫損傷的有效方法，維修實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意施工質(zhì)量，才能修復(fù)鉸縫，增加橋梁的橫向聯(lián)系。

［1］趙素鋒.裝配式空心板梁橋鉸縫病害機(jī)理分析與防治措施［J］.中國(guó)港灣建設(shè),2012（4）：15-18.

［2］項(xiàng)貽強(qiáng),邢騁,邵林海,等.鉸接預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋的空間受力行為及加固分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,42（4）：734-738.

［3］彭利英,衛(wèi)軍,班霞,等.鋼筋銹蝕對(duì)空心板連接鉸縫受力性能影響分析［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,8（2）：12-16.

［4］劉曉春,衛(wèi)軍,李沛,等.一種基于相對(duì)位移的鉸縫傳力性能評(píng)估方法［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2013,44（8）：3377-3383.

［5］王立志.現(xiàn)役空心板橋單板受力病害治理方案［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版,2012（8）：121-123.

［6］黃民水,朱宏平.空心板梁橋“單板受力”病害機(jī)理及其加固處治研究［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008,36（2）：118-121.

［7］衛(wèi)軍,李沛,徐岳,等.空心板鉸縫協(xié)同工作性能影響因素分析［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào),2011,24（2）：29-33.

［8］鄒毅松,袁波波,王銀輝,等.基于瞬態(tài)動(dòng)力分析的裝配式板橋鉸縫損傷識(shí)別［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,30（1）：1-3,41.

［9］錢寅泉,周正茂,葛瑋明,等.基于相對(duì)位移法的鉸縫破損程度檢測(cè)［J］.公路交通科技,2012,29（7）：76-81.

Analyses of Disease of Hollow Slab Hinged Joint and Study on the Repair Method

LIU Mingxuan
（Shanghai Huangpu River Bridges and Superhighway Management Co.，Ltd，Shanghai201100，China）

The failure characteristics of hollow slab hinged joints are concluded through the typical disease analyses of42 hollow slab bridges hinged joints at southern section of G1501 Shanghai ring expressway.The causes of hinged joints damage are synthetically analyzed through the disease characteristics of the bridges.Further studies on repair process of hinged joints damage are taken to propose a reasonablemethod to repair the hinged joints.And themaintenance effect of hinged joints is evaluated through the examinations of bridges'appearance characteristics before and after themaintenance and the quantitative tests of deflection differences between adjacent bridges before and after the maintenance，and the method is proved to be effective.Thus it provides the reference and suggestion for themaintenance work of the hollow slab hinged joints of highway bridges.

hollow slab；hinged joint；analysis of disease；repairmethod

U445.4

A

1673-1549（2014）04-0065-04

10.11863／j.suse.2014.04.16

2014-03-04

劉明選（1980-），男，湖北襄樊人，工程師，碩士，主要從事橋梁檢測(cè)加固方面的研究，（E-mail）mx612＿0＠163.com