裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁質(zhì)量通病處理綜合技術(shù)

趙常勝

(浙江省交通工程建設(shè)集團有限公司，杭州 310051)

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁質(zhì)量通病處理綜合技術(shù)

趙常勝

(浙江省交通工程建設(shè)集團有限公司，杭州 310051)

針對裝配式預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁存在鉸縫易開裂破損的質(zhì)量通病,為提高橋梁的整體性和耐久性，提出了橫橋向預(yù)應(yīng)力后張拉技術(shù)、橋面混凝土鋪裝層與梁體組合技術(shù)以及優(yōu)化鉸縫構(gòu)造與配筋等綜合改進技術(shù)。為該類橋型新橋設(shè)計及舊橋加固治理提供參考。

空心板；橫向預(yù)應(yīng)力；組合結(jié)構(gòu)；鉸縫

0 引 言

中小跨徑裝配式預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁具有施工方便、經(jīng)濟性好的優(yōu)勢，因而在交通領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，浙江省現(xiàn)有公路橋梁中約90%為該結(jié)構(gòu)形式。預(yù)應(yīng)力空心板常見跨徑有10m、13m、16m、20m、25m、30m，對應(yīng)板高分別為0.45m、0.6m、0.8m、0.9m、1.1m、1.2m[1]。25m和30m兩種跨徑通常在橋下通行凈空有特殊需求、但梁高受限，在無法采用T梁或小箱梁的情況下采用。

單跨橫向多榀預(yù)制空心板梁，主要依靠梁體自身的剛度、梁端支撐、橫橋向各板梁間鉸縫(見圖1)、橋面鋪裝等形成整體共同受力，鉸縫為板梁橫向連接的重要傳力構(gòu)件，一旦鉸縫連接失效，單榀板梁荷載橫向分布系數(shù)將發(fā)生劇變，車輛荷載作用下單榀板梁所承受的彎矩、剪力將超過其設(shè)計承載能力。

圖1 常用空心板鉸縫構(gòu)造及連接

1 空心板梁存在的主要問題

2009年，浙江省公路橋梁管理部門對省內(nèi)運營5年以上的12條高速公路累計1171座中橋、1579座小橋進行了全面調(diào)查。在查出病害的952座橋梁當(dāng)中，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁，縱向鉸縫開裂達351座(占比37%)[2]。因此提高中小跨度預(yù)制空心板梁的整體性和耐久性，降低該類橋型在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的病害，是一個至關(guān)重要的問題。以20m跨徑大鉸縫預(yù)制空心板為例，目前主要存在如下技術(shù)不足：

(1)空心板梁端靠近支座約100cm長范圍內(nèi)無鉸縫設(shè)置，同時未采取構(gòu)造補強處理措施。支點截面與跨中截面尺寸不同，梁端附近當(dāng)支座出現(xiàn)破損或者支座橫向設(shè)置不平整，極易導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)橋面鋪裝調(diào)平層開裂并逐漸擴大至鉸縫開裂。

(2)相鄰板梁間鉸縫，上口窄下口寬呈倒錐形設(shè)置，施工質(zhì)量難以保證。橋跨中間段鉸縫頂口寬僅11cm, 鉸縫深度卻超過2/3梁高；接近梁端100cm附近，鉸縫頂部閉合為水平間距只有1cm。鉸縫預(yù)埋鋼筋現(xiàn)場加工及連接工作量大，鉸縫內(nèi)部空間狹小，尤其是鉸縫頂部收口，鉸縫混凝土澆筑及振搗困難，施工質(zhì)量難以保證。

(3)預(yù)制空心板梁頂面與橋面鋪裝鋼筋混凝土調(diào)平層間，僅靠簡單的鑿毛或刮痕處治后作為結(jié)合面，彼此間通常不設(shè)置抗剪連接鋼筋或設(shè)置的抗剪鋼筋直徑較小，未有按照組合梁原理考慮發(fā)揮橋面鋪裝調(diào)平層作用以提高結(jié)構(gòu)承載能力。

目前橋面鋪裝鋼筋混凝土調(diào)平層厚度通常為10cm,受板梁張拉后反拱、混凝土收縮徐變特性以及負彎矩區(qū)錨固齒板突出板梁頂面的影響，實際鋼筋混凝土調(diào)平層厚度最薄處只有4～8cm，厚度過薄對保證橋梁整體性不利。預(yù)制空心板頂板鑿毛程度目前也未有明確要求。

(4)鉸縫連接的裝配式空心板整體性較差，鉸縫易開裂或者滲水，降低了結(jié)構(gòu)承載能力。裝配式空心板鉸縫按照傳遞剪力設(shè)計，相鄰板梁間鉸縫在完全有效的前提下，依靠變形協(xié)調(diào)的原理，鉸縫間傳遞的剪力差較小。但實際上，鉸縫間還傳遞彎矩。在彎矩、剪力共同作用下，以及施工質(zhì)量控制不嚴等原因，鉸縫易產(chǎn)生縱向開裂。

鉸縫縱向開裂后，板梁間橫向整體連接將明顯降低。而鉸縫一旦完全失效，單板所要承受的荷載將超過設(shè)計荷載值，造成嚴重安全隱患。橋面滲水也會通過開裂的鉸縫和梁板縱向裂縫滲入梁體，造成梁體鋼筋銹蝕。這些病害嚴重影響了橋梁的安全性，降低了結(jié)構(gòu)耐久性和承載能力。國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過多起因鉸縫破壞，單板因受力超過設(shè)計要求值而斷裂的事故。

2 整體性與耐久性綜合改進技術(shù)

通過采用橫橋向后張拉預(yù)應(yīng)力束技術(shù)和采用組合梁設(shè)計技術(shù)提高全橋整體性；通過優(yōu)化鉸縫設(shè)計，提高鉸縫混凝土澆筑質(zhì)量，從而提高橋梁耐久性。

2.1 橫橋向后張拉預(yù)應(yīng)力束技術(shù)

在梁端、1/4L處、1/2L處采用橫橋向預(yù)應(yīng)力束設(shè)置措施(見表1)。跨中、梁端采用橫隔梁設(shè)置，橫隔梁中預(yù)留鋼束孔道，為方便空心板芯模拆除，1/4L橋跨處采用預(yù)留孔設(shè)置，不設(shè)置實體橫隔梁。垂直方向沿梁體1/3H高度處分二道施加預(yù)應(yīng)力，采用無粘結(jié)環(huán)氧涂層鋼絞線，兩端張拉，錨固端在邊梁邊腹板外側(cè)，其中1/4L位置邊腹板外側(cè)增設(shè)加勁肋局部補強。

通過對板梁間橫橋向施加一定的預(yù)壓力，提高板梁間摩擦抗剪能力，達到提高板梁整體受力的目的。通過板梁間施加一定的橫橋向預(yù)壓力，沿板梁縱向的頂板、底板裂縫將明顯減少，裂縫寬度將有效降低甚至完全閉合。

表1 空心板橫橋向預(yù)應(yīng)力束布設(shè)參數(shù)表

垂直方向沿梁體1/3H高度處分二道施加預(yù)應(yīng)力，采用無粘結(jié)環(huán)氧涂層鋼絞線，兩端張拉，錨固端在邊梁邊腹板外側(cè)(見圖2)。

半1/4L斷面 半跨中斷面

2.2 組合梁設(shè)計技術(shù)

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004) 第8.1.1～8.1.17、9.2.8、9.3.17、9.3.18等條文及說明進行組合梁設(shè)計[3]。

橋面鋪裝鋼筋混凝土調(diào)平層厚度增加到15cm；設(shè)置豎向抗剪結(jié)合鋼筋，HRB335鋼筋，直徑12mm，雙肢。一個截面采用兩根，縱向間距與箍筋間距相同。抗剪結(jié)合鋼筋埋入預(yù)制板和現(xiàn)澆層長度均不小于12cm。

圖3 空心板梁組合截面(僅示出兩塊梁板斷面)

2.3 鉸縫優(yōu)化技術(shù)

為確保鉸縫混凝土施工質(zhì)量，改變原倒錐形鉸縫為全高度直立式大鉸縫(見圖4)，并取消鉸縫內(nèi)鋼筋設(shè)置，采用振動棒搗振鉸縫內(nèi)混凝土，方便施工并保障施工質(zhì)量。由于橫向鋼束的預(yù)壓力，鉸縫與預(yù)制梁板混凝土間存在足夠的摩擦抗剪能力，確保梁板整體變形協(xié)調(diào)。鉸縫內(nèi)采用鋼纖維混凝土，進一步提高其抗剪及在板梁間反復(fù)變位協(xié)調(diào)中抗疲勞能力。

圖4 優(yōu)化的鉸縫構(gòu)造

3 結(jié) 語

改進后的預(yù)制空心板梁施工流程處理與原有預(yù)制空心板梁澆筑流程基本相同，因設(shè)置跨中橫隔梁的需要，空心板芯模要求以跨中為界分成兩段，芯模由兩端抽出?？招陌甯拱澹鶕?jù)設(shè)計要求預(yù)有橫向預(yù)應(yīng)力束孔道。鉸縫構(gòu)造由倒錐形調(diào)整為雙壁直立式，方便施工，突出摩擦抗剪的受力理念。

對中小跨度裝配式預(yù)應(yīng)力空心板梁，目前對鉸縫進行的各種改進措施，尚無法保障各預(yù)制梁板在車輛荷載較大的情況下作為一個整體受力，鉸縫始終是全橋的薄弱部位。文中提出的綜合改進措施可以有效克服中小跨徑空心板梁鉸縫易開裂破損的質(zhì)量通病，增強結(jié)構(gòu)的承載能力，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，增加橋梁使用壽命，提高行車舒適性，降低維護成本，減少因橋梁維修對通行造成的不利影響，將具有十分明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]交通部專家委員會．中華人民共和國交通行業(yè)公路橋梁通用圖[M]．北京:人民交通出版社，2008．

[2]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院.中小跨徑橋梁典型病害防治研究[Z].杭州：浙江省交通運輸廳，2010.

[3]JTG G62-2012，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S]．北京:人民交通出版社，2012．

Comprehensive Treatment Technology for Solving the Common Defects of Precast Concrete Hollow Slab Bridges

ZHAO Chang-sheng

(Zhejiang Transportation Engineering Construction Group，Hangzhou 310051，China)

Hinged joints between adjacent beams of Precast concrete hollow slab bridges are damaged by traffic loads easily, In order to solve this problem, the comprehensive method is proposed: transverse post-tensioning technology, composite structure technology and optimizing of hinged joints design. This is a good reference for the design of the new bridges and reinforcement of the old bridges.

precast concrete hollow slab; transverse post-tensioning; composite structure; hinged joints

2015-10-29

趙常勝(1972-),男，河北樂亭人，工程師，E-mail: zhaocs1972@163.com。

TU375

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.005

1671-234X(2015)04-0021-03