簡支空心板橋的病害及有效治理方法

(重慶交通大學(xué)土木學(xué)院建筑與土木工程系 重慶 400041)

一、引言

改革開放的發(fā)展，是中國的交通運輸行業(yè)迅速發(fā)展，公路鐵路的大規(guī)模的修建加快的我國經(jīng)濟的發(fā)展。常見的梁橋有空心板橋、T梁橋、箱梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等。其中空心板橋有構(gòu)造簡單、受力明確、施工方便、建筑高度較低、用材經(jīng)濟、可標(biāo)準(zhǔn)化集中預(yù)制生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，因而在我國中、小型橋梁設(shè)計中被廣泛采用，近些年來隨著經(jīng)濟大規(guī)模的發(fā)展，重載車輛持續(xù)增多，該橋型混凝土鉸縫病害日益突出，作為各板之間橫向連接的鉸縫，在不斷增加的交通量和重載車作用下極易損壞，從而降低了結(jié)構(gòu)橫向傳遞荷載的能力，導(dǎo)致單板受力。空心板板橋的病害有空心板鉸縫脫落，梁底縱向開裂和支座脫落、變形，單向板受力，橋面鋪裝層開裂，混凝土剝落鋼筋銹蝕等常見病害。

二、簡支空心板橋病害分析

簡支空心板橋的受力結(jié)構(gòu)主要由承重結(jié)構(gòu)梁板及傳力結(jié)構(gòu)橫梁，橋面板，鉸縫等兩大部分承擔(dān)，鉸縫承擔(dān)梁板間傳遞內(nèi)力并約束位移的關(guān)鍵作用。鉸縫的橫向聯(lián)系被削弱會引起實際受力情況脫離原來假設(shè)的梁板整體受力體系，使梁板間受力分配不均勻，反過來進一步加大鉸縫的內(nèi)力，加速鉸縫的破壞。

(一)空心板產(chǎn)生的病害

空心板常見的病害有：單板受力，底板縱向開裂，頂、底板厚度不夠，空心板內(nèi)積水。

單板受力的原因和影響：空心板橋通過縱向鉸縫橫向連接，因施工過程中鉸縫質(zhì)量不合格，或后期養(yǎng)護過程中超限車對橋梁的影響導(dǎo)致絞縫失效產(chǎn)生單板受力，病害以鉸縫混凝土脫落、開裂為特征。鉸縫失效后橋梁整體受力改變?yōu)閱蜗虬迨芰?，每個空心板承受的力將會大增，空心板底板縱向的拉應(yīng)力增大，增大了板底的開裂概率，對橋梁整體的安全穩(wěn)定性能有很大的影響。

梁底縱向開裂的原因和影響：空心板橋的橫向配筋較弱，受到橫向拉力時，由于強度不足，會產(chǎn)生縱向的裂縫。

空心板內(nèi)積水：橋梁在使用過程中，因板頂產(chǎn)生裂縫空洞，水由鋪裝層滲入空心板并在空心板內(nèi)蓄積，因此增加了橋梁恒重，不利橋梁結(jié)構(gòu)安全。

(二)鉸縫病害

空心板橋的橫向連接較弱，最近幾年隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通量越來越大，橋梁的承載量越來越大，導(dǎo)致鉸縫容易開裂、脫落，并使橋梁結(jié)構(gòu)的橫向連接破壞，影響橋梁力的橫向傳遞，影響橋梁的結(jié)構(gòu)整體性。該病害的出現(xiàn)一般是由于設(shè)計缺陷、施工缺陷和后期養(yǎng)護不當(dāng)造成。

(三)支座病害

支座脫空和支座設(shè)置不當(dāng)：空心板通常一塊預(yù)制板安裝4個支座，兩端各兩個，由于主梁預(yù)制和安裝精度不足，導(dǎo)致個別支座局部脫空或安裝偏位，易導(dǎo)致支座滑落，主要是由施工原因造成的。安裝位置不當(dāng)，在重載作用下主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致橋垮結(jié)構(gòu)破壞。

(四)橋面連續(xù)構(gòu)造病害

橋面橫向開裂滲水：由于空心板梁橋跨徑較小，橋梁的構(gòu)造較簡單，橋梁的配筋相對于大跨徑橋梁薄弱很多，抗剪能力也較差，橋面鋪裝層的布置也薄弱。在交通量很大的情況下，梁底彎矩較大，受拉力較大，橋面板容易產(chǎn)生裂縫、滲水。裂縫的滲水會加速鋼筋的銹蝕，進一步加快橋梁的破壞。

三、空心板橋的加固維修

在舊橋的損傷程度較輕不影響使用功能時，為了避免橋梁的繼續(xù)損壞，需要對橋梁進行維修加固處理，針對不同的橋型，加固維修的費用也不一樣。有的橋梁的維修費用占到了修新橋費用的30%左右。因此，橋梁是否有維修的必要是要考慮的首要問題。維修加固的方法也是研究的首要內(nèi)容，適當(dāng)?shù)募庸谭椒〞诤艽蟪潭壬咸岣邩蛄旱睦^續(xù)使用能力。

(一)去梁增肋法

空心板橋的橫向連接較弱，抗剪能力不強，在大交通量的作用下，會造成空心板橋的鉸縫失效，使空心板單向受力，加快橋梁的損壞，去梁增肋法的維修加固思路就是去掉空心板橋中損壞嚴(yán)重的空心板，剩余的空心板在原橋?qū)挾确秶鷥?nèi)重新排列，利用舊板之間的空隙新增混凝土梁肋，與舊空心板一起承擔(dān)荷載，提高結(jié)構(gòu)整體剛度和使用能力。

(二)預(yù)應(yīng)力CFRP板加固法

CFRP是碳纖維增強復(fù)合材料的縮寫，碳纖維作為一種具有很高性能的新型材料，應(yīng)用的領(lǐng)域很廣。CFRP材料強度高質(zhì)量輕且耐腐蝕能力強，相比于傳統(tǒng)的鋼材，CFRP更適合應(yīng)用于橋梁加固這一類維修工程中。傳統(tǒng)的碳纖維布加固方法中，只有在受拉區(qū)的混凝土達到屈服強度之后，碳纖維布才能發(fā)揮其性能，但是預(yù)應(yīng)力CFRP板加固的方法中，預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，可以有效的利用材料的性能，防止受拉區(qū)混凝土開裂的同時還可以增強結(jié)構(gòu)的承載能力。

(三)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

空心板橋的主要問題是結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系，主要表現(xiàn)在橋面鋪裝和空心板鉸縫兩者的不同程度的損壞。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的思路是在空心板底部布置橫向槽鋼，把鋼絞線放入槽鋼內(nèi)，槽鋼的固定由鋼筋綁扎后通過鉸縫固定在橋面上，槽鋼兩端用鋼板焊接固定。施加預(yù)應(yīng)力是均衡張拉然后錨固鋼絞線最后封錨。張拉完成后，在槽鋼內(nèi)灌入混凝土防止鋼絞線的銹蝕。橫向預(yù)應(yīng)力筋布置完成后，鋪裝橋面鋪裝層，按照要求布置鋼筋，增強橋梁的抗剪能力。體外預(yù)應(yīng)力加固方法加固效果明顯，很大程度改善了橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命；但施工工藝交復(fù)雜，體外預(yù)應(yīng)力混凝土的澆筑增大了橋梁的恒載，維修費用較高等。

(四)型鋼—混凝土組合加固技術(shù)

型鋼-混凝土組合加固是在沿梁底鉸縫兩側(cè)設(shè)置剪力鍵，縱向錨貼U形鋼板，并在U形鋼板和鉸縫間灌注高強自密實灌漿料。

四、空心板加固維修方法的改進

橋梁加固的方法很多，針對不同的橋型，病害以及損壞的程度，加固的方法不盡相同。第一點：在鉸縫破壞嚴(yán)重的情況下，使用去梁增肋法是有效的加固措施，橋梁的寬度不變的條件下，重新安排空心板并澆筑混凝土肋梁。第二點：若鉸縫的損壞程度較低，則可以采用壓力注漿法修補裂縫。第三點:在空心板橋的建設(shè)過程中，在梁底板布置橫向預(yù)應(yīng)力，增強空心板間的橫向連接。

五、結(jié)論

簡支空心板由于其優(yōu)點，被大規(guī)模的使用，隨著橋梁修建的年代久遠和交通量的持續(xù)增長等一些原因，簡支空心板梁橋出現(xiàn)很多的病害，這些病害輕則影響橋梁的表面美觀，重則影響橋梁的使用功能。對于損壞嚴(yán)重但是還可以繼續(xù)使用的橋梁，需要進行加固維修處理，根據(jù)損壞的情況制定不同的維修方案。現(xiàn)有的加固方案有：去梁增肋法，CFRP板預(yù)應(yīng)力張拉法，體外預(yù)應(yīng)力張拉法，鋼—混凝土組合加固技術(shù)等。根據(jù)橋梁的實際情況還可以對以上方法組合維修。橋梁出現(xiàn)病害是不可避免的，如何快速有效經(jīng)濟的解決病害的擴展，是需要考慮的首要問題。