空心板橋梁單板受力原因分析與防治

李彩霞

【摘 要】針對國省干線公路運營中空心板橋梁出現(xiàn)鉸縫脫落、單板受力的現(xiàn)象，導(dǎo)致板間橫向聯(lián)系較差，尤其是個別空心板單獨承受荷載，存在較大的安全隱患。本文通過分析單板受力現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，提出了單板受力預(yù)防和加固的方法，并以工程實例加以詳細說明，為單板受力的空心板橋加固提供了參考。

【關(guān)鍵詞】空心板梁；單板受力；原因；防治措施

中圖分類號： U445.7 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0159-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.079

【Abstract】In view of the phenomenon that the hollow slab bridge is broken off and the single board is stressed during the operation of the national and provincial trunk roads，the horizontal connection between the boards is poor， especially the individual hollow slab bears the load alone，which has a great potential safety hazard.Through this article This paper analyzes the causes of the single board stress phenomenon，puts forward the methods of preventing and strengthening the single board stress，and illustrates it in detail with an engineering example，which provides a reference for strengthening the hollow slab bridge with single board stress.

【Key words】Prevention and control measures for stress causes of hollow slab beam veneer

裝配式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)橋梁，因其構(gòu)造簡單，重量輕、便于工廠化成批生產(chǎn)，運輸、安裝都較為方便等優(yōu)點，在中小跨徑橋梁中廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)七八十年代建造的空心板橋設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低，鉸縫大都采用混凝土小企口縫型，再加之施工工藝落后、施工不到位等使得板間橫向聯(lián)系較差。隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，重型及超載車輛的頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致鉸縫逐漸破碎，出現(xiàn)了“單板受力”現(xiàn)象，當(dāng)重型車輛通過時，行車道空心板產(chǎn)生明顯彈性下?lián)希^續(xù)發(fā)展影響橋梁安全運營。

鑒于以上預(yù)應(yīng)力空心板橋梁的運營現(xiàn)狀以及存在的問題，下面進行較為深入的原因分析，提出空心板橋梁病害的治理措施。

1 單板受力的原因分析

單板受力的表現(xiàn)有：由于早期空心板梁的設(shè)計與施工中鉸縫混凝土較為薄弱，在頻繁大撓度受彎的情況下，出現(xiàn)節(jié)狀斷裂、擠碎進而脫落。橋面鋪裝層出現(xiàn)縱向裂縫，進而發(fā)展會產(chǎn)生車轍、擁包等。雨水通過破損的鋪裝層滲入梁板，對其進行侵蝕、凍融進而在梁底出現(xiàn)縫隙、滲水和白化現(xiàn)象，逐漸弱化梁板強度及結(jié)構(gòu)性能。梁體橫向聯(lián)系差，行車道的梁板獨立承受橋面的動力荷載，繼續(xù)發(fā)展會加速該梁板的結(jié)構(gòu)破壞，影響橋梁的正常運行。

單板受力是一種綜合性病害，其發(fā)生的原因受設(shè)計、施工和運營三方面因素影響。

1.1 設(shè)計方面

首先是早期建造的空心板梁橋設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低，而空心板承受的荷載作用逐年增加，且重型車輛行駛在固定的空心板上，致使空心板鉸縫混凝土脫落，并產(chǎn)生較大撓度，這是形成單板受力的主要原因。其次鉸縫設(shè)計采用的斷面薄弱，配筋少，再加上混凝土后期的收縮，導(dǎo)致與空心板的粘結(jié)力較弱。再者是橋面鋪裝未設(shè)置專門的防水層，而滲水更加速了鉸縫的破壞，橋面鋪裝混凝土厚度不足，與梁板的整體性較差，不能發(fā)揮其抗拉及抗剪能力，影響了橋梁的承載能力。

1.2 施工方面

首先空心板完成后，未對鉸縫結(jié)合面鑿毛，使新舊混凝土的結(jié)合面粘結(jié)能力不足，導(dǎo)致抗剪能力較弱。其次鉸縫混凝土采用的配合比不合理，養(yǎng)護不到位等都使混凝土強度不足。第三混凝土鋪裝層施工時厚度不均勻、與梁板粘結(jié)不好，施工質(zhì)量控制不嚴，都會導(dǎo)致運營期間橋面出現(xiàn)裂縫，而滲水會使上部結(jié)構(gòu)逐漸受到破壞。

1.3 運營方面

首先是重型及超載車輛對橋梁上部結(jié)構(gòu)的反復(fù)揉搓作用促使鉸縫混凝土的破壞，重車通過時空心板產(chǎn)生明顯下?lián)?，長期以往則形成個別空心板單獨受力的現(xiàn)象。其次超重車長期作用于固定的行車道位置，使相應(yīng)的橋面瀝青面層產(chǎn)生多條縱向裂縫和車轍，甚至?xí)纬煽v向的破碎帶。第三在雨雪天氣橋面積水如果不能排除，則會通過裂縫向下滲漏，進而破壞鉸縫及空心板混凝土。

2 單板受力的防治措施

單板受力現(xiàn)象主要有：第一空心板間鉸縫混凝土被剪壞、破碎進而脫落。第二在橋面鋪裝層上沿鉸縫方向產(chǎn)生不規(guī)則的縱向裂縫， 甚至?xí)纬梢粭l破碎帶，而雨雪水滲入鉸縫，腐蝕、碳化梁板混凝土。第三當(dāng)重型車輛通過時空心板產(chǎn)生彈性下?lián)希?與兩側(cè)的空心板產(chǎn)生上下錯位后， 形成臺階，如果長期通行超載車輛，會形成永久性變形，導(dǎo)致變形大于規(guī)范值，這樣將嚴重影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，降低其使用壽命。

因此，如發(fā)現(xiàn)有單板受力現(xiàn)象時，應(yīng)積極采取有效的預(yù)防性養(yǎng)護措施進行加固，而處治單板受力最核心的就是要恢復(fù)個空心板的橫向聯(lián)系，使相鄰梁板聯(lián)結(jié)起來，共同承擔(dān)車輪荷載的作用。根據(jù)實際情況進行分析，對單板受力這種綜合性病害，可采用以下方法進行預(yù)防和處治：

（1）要加強對超限超載車輛的管理，超載是橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的主要原因，要加大管理力度，比如對超重車輛通過橋梁使檢查現(xiàn)場管理，超重車輛應(yīng)沿橋梁的中心線行駛勻速行駛，不在橋上制動、變速、停留等，減少超載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。

（2）為加強板與板之間的橫向連接，設(shè)計時考慮采用鋼筋或鋼板進行部分連接以增加整體穩(wěn)定性。也可采用大鉸縫設(shè)計，并加強配筋設(shè)計，提高混凝土標(biāo)號。施工時重視鉸縫混凝土的施工質(zhì)量，混凝土中摻加UEA 防縮劑，避免收縮后形成板間縫隙；其次鉸縫混凝土在澆注時，應(yīng)采用較細的振搗棒伸入鉸縫內(nèi)部充分振搗；梁板出場吊裝前，先對板側(cè)進行鑿毛處理，增加空心板和鉸縫混凝土的粘結(jié)。

（3）為提高絞縫和橋面鋪裝與梁板的整體性，改善橋梁的承載能力，應(yīng)適當(dāng)對橋面鋪裝進行厚度和提高配筋，采用C40商品混凝土（添加鋼纖維可以起到很好的防裂作用）澆筑鋪裝層，養(yǎng)生完成后在其表面做拉毛處理后做微表處，即在橋面設(shè)置防水層，以利于行車、橋面防水及道路整體美觀。特別應(yīng)該注意施工時要嚴格按照操作規(guī)范進行，加強對橋面鋪裝混凝土施工質(zhì)量的檢查力度。

（4）重視養(yǎng)護和及時維修，首先鑿除破損的橋面及鉸縫混凝土，在鉸縫中增設(shè)鋼筋，重新澆筑高標(biāo)號低收縮的混凝土，并恢復(fù)板底勾縫以利于橋梁檢查。其次在橋面植入豎向連接鋼筋，與新設(shè)的橋面鋪裝鋼筋形成整體，并增設(shè)防水層。再者對于板底出現(xiàn)抗拉裂縫的采用粘貼碳纖維布進行修補，或粘貼鋼板加固法等?？傊?，通過處理提高絞縫和橋面鋪裝與梁板的整體性，增強抗拉、抗剪能力，改善橋梁的承載能力。

3 工程實例

G312線K2617+509處下洪水橋，該橋運營年限較久以及重型車輛激增等主客觀因素的影響，導(dǎo)致空心板單板受力，橋面鋪裝層出現(xiàn)多處縱向開裂破損現(xiàn)象，空心板板底水腐蝕嚴重。為預(yù)防可能導(dǎo)致的上部承重構(gòu)件出現(xiàn)全截面開裂、嚴重的異常位移等失穩(wěn)現(xiàn)象，我們采用錨夾板法加固工藝進行了加固，消除了單板受力現(xiàn)象，使整體受力較為均衡，增強了各梁板的整體穩(wěn)定性。

3.1 加固原理

錨夾板加固法的原理是在梁板撓度較大的區(qū)域，通過鋼板拉桿組合錨固的強制作用，并且新做鉸縫混凝土加強梁板間的橫向聯(lián)系，約束其產(chǎn)生相對的位移，即消除板與板之間的撓度差，從而提升相鄰板間剪力傳遞的均衡性，以達到共同承擔(dān)荷載的目的。圖1夾板加固法示意圖：

圖1

3.2 加固方法

通過圖1可直觀看出錨，夾板加固法對板梁實施強制限位，從而避免相鄰梁板的相互撓曲錯動，以實現(xiàn)通過拉桿和鉸縫混凝土傳遞剪力。具體加固方法為：（1）根據(jù)梁板的跨度以及撓度變形的大小確定鉸縫上錨固點的數(shù)量，一般情況下，對于跨度在15m以下的預(yù)應(yīng)力板梁，錨固點為3～5個。（2）每個加固點開鑿尺寸以40cm×40cm孔洞為宜（3）待加固夾板安裝就位后，用快硬砂漿澆筑梁板鉸縫契口，再依次對開鑿點用速效快凝混凝土澆筑封面。（4）攤鋪瀝青面層壓實。

3.3 夾板設(shè)計

夾板由鋼板、拉桿和螺栓組成。鋼板均由25mm厚鋼板切割而成，其規(guī)格30cm×15cm兩塊、20cm×10cm兩塊，拉桿為Φ25圓鋼兩端加工M24螺紋，配套M24螺帽墊圈。

3.4 利于快速施工措施

為盡快和提前開放交通，減少施工長時間封閉交通帶來巨大壓力，該加固法盡量采用速效快凝性的材料，選擇AC-K5路面坑洞修復(fù)劑，養(yǎng)護時間短，施工需4～6小時后即可開放交通，非常適合于橋梁橋面系維修，并可提高施工的安全性。該材料對混凝土破損修復(fù)效果較好，特別是開放交通后，檢成品測材料的后期強度非常理想。

3.5 錨夾板加固法施工流程

具體施工流程為：

施工準(zhǔn)備（施工現(xiàn)場需要的人員、機械設(shè)備）→對加固橋梁施工現(xiàn)場交通管制→加固點布局放樣→開鑿清理鉸縫混凝土→涂抹粘鋼膠找平梁板→進行夾板安裝→鉸縫灌注快硬性混凝土→AC-K5速效混凝土澆筑鋪裝層（1小時后）→攤鋪瀝青混合料壓實→開放交通即可

3.6 錨夾板加固法技術(shù)效果分析

運用該方法對小跨徑的鋼筋混凝土空心板梁橋進行加固，簡便易行，造價低廉，效果明顯。主要表現(xiàn)在以下幾點：

（1）使用了AC-K5坑洞修復(fù)劑，該材料對混凝土破損修復(fù)效果較好，且后期強度非常理想；且養(yǎng)護時間短，提高了施工安全性。

（2）通過植筋、穿筋錨固、鋼板上下同步緊固等使得空心板在橫、縱、豎向受力比較均衡。不僅從理論上解決了橋梁的橫向連接、減少剪切破壞，而且對增強橋梁的橫向整體性、延緩橋梁早期疲勞破壞具有重要作用。

（3）賦予橋梁新的鉸縫混凝土，更新和恢復(fù)了橋梁原有的使用性能，提高耐久性。

（4）較為徹底的處理了沿鉸縫縱向貫通裂縫，防止水下滲，從而更好的保護橋梁結(jié)構(gòu)，確保橋梁安全、舒適的行駛性能，延長了中修或大修期限。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場考察和查閱資料，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段運營的橋梁中，有一部分建造年代較久，且橋梁設(shè)計、施工時的均存在一定的不足或缺陷。再加上近年來交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，超載超重車輛長期對橋梁上部結(jié)構(gòu)的作用，梁板之間的病害逐漸增加，尤其是裝配式空心板梁橋中單板受力現(xiàn)象日趨明顯。而處治單板受力這種綜合性病害， 必須對整幅破損的橋面鋪裝和鉸縫鑿除、清理，再進行重新加固處理，這樣耗費大量的人力、財力，并且在通車條件下，維修處理必須封閉車道，嚴重影響行車安全。因此建議以后采用裝配式空心板梁橋建造時應(yīng)改進設(shè)計、重視施工質(zhì)量控制，加強空心板之間的橫向聯(lián)系，以防患未然，避免這一病害的發(fā)生。在養(yǎng)護管理中應(yīng)重視橋梁檢查，對出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象的橋梁發(fā)現(xiàn)一座，治理一座，在實際應(yīng)用中探索和總結(jié)橋梁加固技術(shù)及方法，采用新型材料來加強其受力性能，采用可靠的加固措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)斷面，增強橫向聯(lián)系，使橋梁上部結(jié)構(gòu)整體受力較為均衡，通過對橋梁進行預(yù)防性養(yǎng)護措施，改善橋梁使用性能，延長其使用壽命，使之盡可能的能夠適應(yīng)新形勢下的交通運輸狀況。

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