簡(jiǎn)支空心板橋鉸縫失效分析及治理辦法

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院　重慶　400074)

一、引言

簡(jiǎn)支空心板梁橋一般跨度較小，其梁板強(qiáng)度和剛度相對(duì)較低，各個(gè)空心板通過混凝土鉸縫連接，鉸縫結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中受力復(fù)雜，極容易由于橫向剪力過大而破壞掉，同時(shí)橋面板會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。長(zhǎng)期在超限車輛荷載作用下，鉸縫結(jié)構(gòu)一旦失效，會(huì)引起單板受力問題。由于單片梁板無法承擔(dān)大于其設(shè)計(jì)值的荷載，梁板可能有破裂和塌陷的危險(xiǎn)。所以，研究鉸縫的破壞機(jī)理、傳力方式以及治理方案對(duì)于簡(jiǎn)直空心板橋的安全性至關(guān)重要。

二、鉸縫失效

(一)鉸縫失效成因

1.鉸縫受剪截面小。早期的空心板橋均為小鉸縫構(gòu)造，且深度不夠，縫內(nèi)沒有鋼筋連接，橫向連接弱，剛度較差。鉸縫需要傳遞橫向剪力，但是鉸縫結(jié)構(gòu)過小，鉸縫無法承擔(dān)橫向荷載，從而鉸縫混凝土發(fā)生剪切破壞。

2.橋面鋪裝層厚度不夠。在橋面板設(shè)計(jì)過程中，混凝土鋪裝層厚度要滿足構(gòu)造要求以外，還要考慮預(yù)制板拱度和橋面板縱橫坡坡度對(duì)橋面鋪裝的影響。在實(shí)際工程中，由于分布筋配筋不夠，混凝土厚度不夠，導(dǎo)致橋面板橫向剛度低，鋪裝層抗拉強(qiáng)度不夠。

3.鉸縫新舊混凝土粘結(jié)不良。施工過程中，鋼模板施工使得梁板接觸面光滑平整。絞縫為后澆筑混凝土，在與預(yù)制空心板的連接時(shí)，新舊混凝土結(jié)合面之間抗拉強(qiáng)度將減為原來的三分之一。

4.鉸縫混凝土澆筑不密實(shí)。鉸縫寬度不夠，混凝土不易澆筑均勻和密實(shí)，內(nèi)部易形成孔洞，在外力作用下，應(yīng)力集中效應(yīng)尤為明顯，從而導(dǎo)致鉸縫開裂和破壞。

5.超載。在汽車荷載作用下，鉸縫易出現(xiàn)疲勞破壞。重車車輛將導(dǎo)致梁板間剪力傳遞大幅增加，頻繁的剪切作用易使鉸縫發(fā)生剪切破壞，從而混凝土開裂、脫落。

(二)典型病害

1.鉸縫內(nèi)混凝土開裂與脫落。鉸縫處混凝土與鉸縫兩側(cè)空心板壁在車輛的碾壓下，容易產(chǎn)生縱向裂縫，鋪裝層破裂致使雨水直接滲入腐蝕橋梁結(jié)構(gòu)。隨著侵蝕的加劇，空心板鉸縫縫內(nèi)混凝土?xí)l(fā)生開裂和脫落。

2.橋面鋪裝層破損。鉸縫破壞，橋面鋪裝層和鉸縫一起承擔(dān)的橫向荷載將大部分傳給橋面鋪裝層，在過大的外荷載作用下，空心板上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縱向裂縫，并貫通橋面鋪裝層，此裂縫將延展開裂。瀝青混凝土路面是常見的路面形式，橋面鋪裝層開裂會(huì)產(chǎn)生較大的剪力，發(fā)生剪切破壞。由于瀝青和水泥粘結(jié)力較差，所以上下兩層混凝土面層抗水平切應(yīng)力差，兩面層易發(fā)生相對(duì)水平位移，出現(xiàn)擁包等現(xiàn)象。

3.空心板企口縫混凝土塌陷。橋面鋪裝層縱向裂縫繼續(xù)開裂，混凝土澆筑質(zhì)量差的橋面區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)大面積的網(wǎng)裂和破碎，鉸縫內(nèi)混凝土發(fā)生分離和脫落，雨水進(jìn)一步加劇鉸縫的破壞。當(dāng)出現(xiàn)“單板受力”現(xiàn)象后，單片板梁承受荷載超出其設(shè)計(jì)承載值實(shí)，空心板下部會(huì)會(huì)被拉裂。車輛荷載直接作用于空心板，造成空心板鉸縫混凝土塌陷，形成較大的凹槽，影響交通行車安全。

三、鉸縫失效處理方法

(一)橋面加傳力桿。橋面加傳力桿的方法稱為綁帶法，即在布置傳力桿的位置鑿開一條寬10cm、深12cm的槽，沿裂縫縱向也鑿開一條同尺寸的槽，槽壁和裂縫分別需要經(jīng)過界面處理劑和灌封用膠處理，然后將傳力桿放入槽內(nèi)，最后在槽內(nèi)澆筑微膨脹鋼纖維混凝土使其形成一個(gè)整體。傳力桿應(yīng)選用粗的、剛度大的鋼筋，以保證傳力桿受力均勻。

(二)橋面鋪裝處理。首先，鑿開混凝土鋪裝層和鉸縫破損結(jié)構(gòu)，在鉸縫橫向上布置傳力桿，布置鋼筋要求加粗加密，傳力桿可傳遞剪力、阻止裂縫持續(xù)開裂和減小斷裂面相對(duì)滑移位移。其次，應(yīng)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，并加厚橋面鋪裝層。如果鉸縫破損嚴(yán)重，需清除全部鉸縫混凝土，鑿毛縫壁，重新填筑比空心板混凝土高一等級(jí)的微膨脹鋼纖混凝土。對(duì)于深度較大的鉸縫，注膠灌縫灌不密實(shí)，結(jié)構(gòu)仍會(huì)出現(xiàn)裂縫，則需多種處理方法相結(jié)合。

(三)植入“∩”型鋼筋和螺旋筋。在原橋上維修破損的鉸縫，應(yīng)檢查每塊空心板鉸縫破損情況和范圍，將空心板鉸縫兩側(cè)各半塊橋面鋪裝層鑿除。如果鉸縫存在混凝土開裂貫通及大面積脫落現(xiàn)象，應(yīng)該鑿除鉸縫混凝土，將鉸縫兩側(cè)面鑿毛，植入“∩”型鋼筋和螺旋筋，鋪設(shè)橋面鋼筋網(wǎng)，澆筑高于兩側(cè)空心板混凝土一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的鋼纖維混凝土，最后鋪設(shè)防水層和瀝青鋪裝層。

四、鉸縫優(yōu)化設(shè)計(jì)

鉸縫在實(shí)際工程中傳遞橫向剪力是一個(gè)很復(fù)雜的過程。在理論上說，它應(yīng)該既處于鉸接又處于剛接狀態(tài)，但實(shí)際工程難以做到。在設(shè)計(jì)過程中，鉸縫一般是構(gòu)造設(shè)計(jì)，現(xiàn)行設(shè)計(jì)仍然需要優(yōu)化。

(1)加大鉸縫尺寸，即增大受剪截面面積，提高結(jié)構(gòu)抗剪能力，更有利于鉸縫與兩側(cè)空心梁板的連接和橫向剪力的傳遞；

(2)在鉸縫內(nèi)埋置鋼筋，使其與空心板連接成一個(gè)整體，鋼筋有助于阻止裂縫的延展，增加了鉸縫的抗剪強(qiáng)度；

(3)鉸縫混凝土應(yīng)采用高于兩側(cè)空心板混凝土一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

(4)在空心板橋跨中設(shè)置一道橫向預(yù)應(yīng)力，并布置橫隔板。橫向預(yù)應(yīng)力能夠在橋面橫向上提供壓力，這種垂直壓力能夠抑制鉸縫裂縫的產(chǎn)生，提高鉸縫的抗剪強(qiáng)度。

五、運(yùn)營階段預(yù)防措施

鉸縫失效是空心板橋常見的病害，鉸縫的破壞直接導(dǎo)致板梁無法橫向傳遞剪力。為了避免“單板受力”問題的出現(xiàn)，在橋梁運(yùn)營階段，可采取如下方案：(1)限制超限車輛的重量和數(shù)量，設(shè)置測(cè)速裝置，對(duì)重要路段進(jìn)行實(shí)施測(cè)速監(jiān)測(cè)；(2)建立橋梁檢測(cè)小組，定期對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)工作，在病害部位及時(shí)做出相應(yīng)的治理；(3)定期檢查和記錄橋面排水狀況，確保橋面鋪裝層的完整性、防水性，保證橋面排水順暢；(4)安裝測(cè)力環(huán)，在運(yùn)營期間，定期測(cè)試橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋的受力值，并及時(shí)調(diào)整鋼筋的預(yù)應(yīng)力大??；(5)建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

六、總結(jié)

錢江三橋引橋斷裂，江蘇S328省道通榆河大橋垮塌，鄭州市中州大道跨京廣鐵路大橋兩片梁由于超載壓斷，這些案例均表明鉸縫失效大大降低橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。橋梁安全事故不僅會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)造成人員傷亡。針對(duì)鉸縫失效問題，我們應(yīng)該緊抓設(shè)計(jì)、加固、養(yǎng)護(hù)三個(gè)方面，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。