空心板鉸縫病害成因及防治措施研究

葉品 童熙 楊永平 吳宜正

1.浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院 浙江杭州 311300

2.嘉善縣公路與運(yùn)輸管理服務(wù)中心 浙江嘉興 314100

浙江省是橋梁大省，截至2019 年末，浙江省公路總里程達(dá)12．18 萬(wàn)公里，已建成公路橋梁51106 座，占全國(guó)橋梁總數(shù)的十分之一，位居全國(guó)第三。其中中小跨徑梁式橋占全省橋梁總數(shù)的90%以上；隨著大量等級(jí)公路的建設(shè)和不斷投入運(yùn)營(yíng)，公路橋梁在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中相繼出現(xiàn)了一些病害，某些橋梁病害還具有普遍性，已影響到橋梁的運(yùn)營(yíng)安全和耐久性。浙江省交通廳組織的省內(nèi)多條高速公路、地方道路橋梁的調(diào)查結(jié)果顯示，橋梁病害主要集中在上部結(jié)構(gòu)與橋面鋪裝及支座、伸縮縫附屬構(gòu)造等，其中空心板梁鉸縫損傷是最為普遍的橋梁病害之一，也是空心板梁橫向裂縫等多種其他橋梁病害的誘因。

1 空心板鉸縫型式的發(fā)展

空心板在浙江省的應(yīng)用起步于上世紀(jì)60-70 年代，最初采用淺的小鉸縫。到了90 年代，截面形式進(jìn)行了較大更改，對(duì)鉸縫形式進(jìn)行了修正，但依然為淺的小鉸縫形式。經(jīng)過(guò)十幾年的經(jīng)驗(yàn)積累，又發(fā)展出寬幅式預(yù)應(yīng)力空心板，鉸縫也改為深的大鉸縫，見(jiàn)圖1。鉸縫的形式直接影響到空心板的橫向連接性能，鉸縫過(guò)小，在施工時(shí)鉸縫混凝土往往不容易搗實(shí)，則各板之間的橫向連接性差，在反復(fù)的車輛荷載和重車作用下，空心板的撓度加大，造成鉸縫損壞、甚至脫落等病害。而鉸縫病害又會(huì)導(dǎo)致空心板出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，空心板內(nèi)力和撓度變大，使空心板底部出現(xiàn)橫向裂縫病害。此外，還會(huì)導(dǎo)致橋面鋪裝出現(xiàn)縱向裂縫病害。這些都是幾十年來(lái)的實(shí)踐和應(yīng)用中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

圖1 空心板截面形式和鉸縫的演變

2 鉸縫病害及成因分析

空心板橋梁在鉸縫處出現(xiàn)破碎、導(dǎo)致單板受力現(xiàn)象，造成橋面鋪裝屢修屢壞。嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)生鉸縫混凝土整體脫落、鉸縫透空的情況，見(jiàn)圖2。該病害嚴(yán)重削弱了空心板的橫向連接整體受力性能，并且往往會(huì)導(dǎo)致其他次生病害的發(fā)生，例如因單板受力導(dǎo)致的空心板底板橫向裂縫病害、空心板的水侵害病害等等。

因這種病害的維修需要封閉交通，挖開(kāi)橋面鋪裝，掏空原有的破碎鉸縫殘?jiān)?，因此維修復(fù)雜，工期長(zhǎng)，對(duì)交通的影響大。這些因素已直接影響到空心板這種結(jié)構(gòu)形式的推廣應(yīng)用。因此對(duì)鉸縫病害的成因進(jìn)行分析，并提前預(yù)防尤為重要。通過(guò)對(duì)鉸縫病害成因進(jìn)行分析歸類，其主要可以歸為以下幾類。

圖2 空心板鉸縫病害

表1 空心板鉸縫病害成因

3 防治及加固措施分析

空心板梁鉸縫病害的防治應(yīng)多管齊下，分別針對(duì)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)階段的病害成因?qū)ΠY下藥，全面提升提升空心板梁質(zhì)量。

3.1 設(shè)計(jì)階段

3.1.1 針對(duì)鉸縫尺寸偏小問(wèn)題

（1）增大空心板的板寬[1]，板寬不小于1．25m，鉸槽的深度不小于預(yù)制板高的2/3，鉸的上口寬度應(yīng)滿足施工時(shí)使用插入式震搗器的需要，上口寬度宜大于8cm。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用大鉸縫空心板。還要加強(qiáng)對(duì)鉸縫內(nèi)連接鋼筋布置的重視程度，甚至可以將鉸縫鋼筋和橋面鋪裝鋼筋作一定的連接。通過(guò)加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體性，將鉸縫受損的可能性降到最低。

3.1.2 針對(duì)鉸縫內(nèi)的鋼筋連接不好問(wèn)題

（1）預(yù)制板內(nèi)應(yīng)預(yù)埋鋼筋伸入鉸內(nèi)[2]，相鄰板間鉸縫鋼筋應(yīng)要求焊接?？稍阢q縫頂部增設(shè)跨縫加強(qiáng)鋼筋。

（2）橋面的混凝土調(diào)平層的構(gòu)造應(yīng)予加強(qiáng)[3]，梁板頂部宜設(shè)間距為50cm 的U 型剪力筋，橋面混凝土調(diào)平層的強(qiáng)度等級(jí)與預(yù)制板相同，調(diào)平層內(nèi)設(shè)置D10 焊接鋼筋網(wǎng)（鋼筋直徑10mm，網(wǎng)格間距10cm）。水泥混凝土層厚度取10-12cm，若頂部不設(shè)瀝青混凝土，則取12cm。頂部的瀝青混凝土層厚度與橋頭路面（上面層+中面層）的厚度相協(xié)調(diào)。

3.1.3 針對(duì)設(shè)計(jì)圖中鉸縫施工工藝未交待清楚

（1）設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)對(duì)施工工藝提出明確而嚴(yán)格的要求：①鉸縫必須作鑿毛處理，鑿毛要求以露出粗骨料粒徑的2/3 為宜。

②板底宜采用吊模，不允許采用碎布填塞。③鉸縫底部應(yīng)懸掛并固定模板，模板上先澆筑一層厚度約5cm 的砂漿，在砂漿強(qiáng)度達(dá)到5Mpa 后方可澆筑鉸縫混凝土。④澆筑鉸縫混凝土?xí)r用插入式振搗棒，振搗時(shí)間要充分，以確保振搗密實(shí)；⑤鉸縫底部模板拆除后，應(yīng)馬上進(jìn)行勾縫，勾縫應(yīng)保證縫寬一致，邊線直順。

3.2 施工階段

針對(duì)鉸縫混凝土強(qiáng)度偏低、粘結(jié)不佳問(wèn)題等問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)施工管理和優(yōu)化施工工藝。

（1）加強(qiáng)施工質(zhì)量管理。①施工單位應(yīng)充分重視鉸縫混凝土的施工質(zhì)量控制，克服并改變“重梁板預(yù)制，輕鉸縫施工”的思想和行為，認(rèn)真對(duì)待鉸縫混凝土施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)。②施工技術(shù)部門應(yīng)組織施工班組進(jìn)行施工技術(shù)交底，明確每個(gè)施工環(huán)節(jié)的施工要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，讓每一位施工人員做到心中有底。③要選擇和培養(yǎng)專業(yè)的鉸縫施工隊(duì)伍，使鉸縫施工成為規(guī)范化施工，使鉸縫施工人員成為熟練工人，防止質(zhì)量差錯(cuò)和瑕疵。④鉸縫混凝土配合比應(yīng)根據(jù)審批程序先報(bào)施工技術(shù)負(fù)責(zé)部門審核，再報(bào)監(jiān)理機(jī)構(gòu)審批，以確保配合比的規(guī)范、科學(xué)、適用。

（2）優(yōu)化施工工藝。①鉸縫混凝土的混合料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)符合規(guī)范的要求。同時(shí)應(yīng)結(jié)合鉸縫施工的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為防止鉸縫混凝土凝固收縮造成鉸縫混凝土與空心板混凝土的剝離，應(yīng)加入適量膨脹劑。膨脹劑的數(shù)量和品牌通過(guò)試驗(yàn)擇優(yōu)采用。在配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)提高目標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級(jí)（比空心板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高5Mpa），以確保鉸縫混凝土強(qiáng)度具備足夠的富余量。施工配合比的控制應(yīng)嚴(yán)格。拌制混凝土所使用的各項(xiàng)材料及拌和物的質(zhì)量應(yīng)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，確保符合要求。②梁板預(yù)制過(guò)程中，應(yīng)確保鉸縫預(yù)埋鋼筋位置正確，緊貼側(cè)模板。對(duì)于后張法施工的預(yù)應(yīng)力空心板，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉時(shí)的混凝土齡期，所有的空心板，盡量保持一致，以爭(zhēng)取空心板的預(yù)拱度保持均衡一致。嚴(yán)格控制空心板斷面尺寸符合設(shè)計(jì)，防止縮減鉸縫斷面尺寸。③空心板側(cè)面的鑿毛應(yīng)充分，應(yīng)該把整個(gè)混凝土表皮都鑿掉。建議改進(jìn)鑿毛的工具，提高鑿毛功效。鑿毛時(shí)間，不能太早，也不能太遲。太早了，混凝土強(qiáng)度不足，鑿毛時(shí)可能對(duì)梁體混凝土造成不利影響；太遲了，混凝土強(qiáng)度太高，增加鑿毛的難度，影響鑿毛的效率。一般拆模后1-3 天鑿毛較好。④支座安裝高程控制要精確，確保4 個(gè)支座頂面在同一個(gè)平面上?？招陌灏惭b后，應(yīng)仔細(xì)檢查，看看支座位置有沒(méi)有脫空，如果發(fā)現(xiàn)脫空，應(yīng)重新安裝支座，重新安裝空心板。⑤鉸縫預(yù)埋鋼筋的搭接，應(yīng)確保連接充分、牢固。應(yīng)確保橫向連接筋預(yù)埋位置精確，拆模后及時(shí)鑿出連接筋，所有的預(yù)埋鋼筋，都要鑿出、外露，確保其數(shù)量符合設(shè)計(jì)要求。⑥澆筑鉸縫混凝土前，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作。鉸縫下口，應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)砂漿（與空心板同強(qiáng)度等級(jí)）封閉，以防澆筑鉸縫混凝土?xí)r漏漿。澆筑止?jié){砂漿前，應(yīng)事先在縫底（空心板底面）設(shè)置木模，澆筑砂漿時(shí)，用細(xì)鋼筋插搗密實(shí)。止?jié){砂漿澆筑至少三天后，方可澆筑鉸縫混凝土。澆筑鉸縫混凝土前，應(yīng)對(duì)空心板鉸縫內(nèi)的建筑垃圾進(jìn)行清理，如有必要，應(yīng)進(jìn)行清洗?？招陌鍌?cè)面應(yīng)進(jìn)行灑水濕潤(rùn)。尤其是高溫施工，應(yīng)充分灑水濕潤(rùn)。⑦鉸縫混凝土拌和時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制用水量，防止多加水，增加水灰比，增加坍落度，降低混凝土強(qiáng)度。澆筑鉸縫混凝土?xí)r，應(yīng)充分振搗，確保密實(shí)。⑧鉸縫混凝土澆筑完畢并終凝后，應(yīng)及時(shí)用土工布覆蓋，并灑水保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 天。⑨試塊鉸縫混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)取樣做試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。試塊強(qiáng)度達(dá)不到目標(biāo)強(qiáng)度的鉸縫，應(yīng)返工重新澆筑。

3.3 運(yùn)營(yíng)階段

（1）針對(duì)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中忽視勾縫脫空、滲水現(xiàn)象：管養(yǎng)單位應(yīng)加強(qiáng)巡查和定期檢查，在病害前期，對(duì)鉸縫及時(shí)進(jìn)行注漿處理，加強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

（2）針對(duì)超載問(wèn)題：應(yīng)加大對(duì)超載車輛的整治力度，嚴(yán)格控制超載車輛。

（3）其他防治措施：應(yīng)及時(shí)修復(fù)橋面鋪裝防水層，防止水不斷的滲入鉸縫中，從而逐漸破壞鉸縫的使用功能。

4 維修加固方案

對(duì)于受損嚴(yán)重的鉸縫，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修加固。根據(jù)病害成因及嚴(yán)重程度可以有針對(duì)性地采取以下維修加固措施：

（1）如病害輕微，只出現(xiàn)局部滲水等現(xiàn)象，橋面和梁板等無(wú)關(guān)聯(lián)病害，鉸縫尚能維持正常使用功能，則僅對(duì)鉸縫采取預(yù)防性注漿措施處理即可。

（2）清除縫內(nèi)雜物，采用水槍從下向上對(duì)縫內(nèi)清洗，然后向縫內(nèi)壓入小石子混凝土。若有封道條件，進(jìn)一步修復(fù)橋面水泥混凝土調(diào)平層，并在鉸縫頂部增設(shè)跨縫加強(qiáng)鋼筋，則效果更好。

（3）如鉸縫破壞嚴(yán)重，已部分或全部失效，致使空心板接近或完全單板受力，則應(yīng)鑿除鉸縫兩側(cè)一定范圍的橋面鋪裝，將破損的鉸縫砼等清理干凈，通過(guò)植入騎馬鋼筋等手段強(qiáng)化空心板梁的橫向聯(lián)系，并重新做回橋面鋪裝，見(jiàn)圖3；如整幅空心板普遍存在鉸縫病害，則應(yīng)將整幅橋面鋪裝鑿除重做，同時(shí)采取植筋或粘鋼等手段加強(qiáng)空心板梁的橫向聯(lián)系。

（4）如鉸縫病害已導(dǎo)致空心板普遍產(chǎn)生嚴(yán)重病害的，建議更換采用大鉸縫型式的新梁板。

圖3 空心板鉸縫植筋加固示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

空心板鉸縫病害主要與構(gòu)造型式、施工質(zhì)量、超載等因素有關(guān)，其中施工質(zhì)量又與鉸縫的構(gòu)造形式有較大關(guān)系。因此在設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)階段加強(qiáng)對(duì)空心板病害防治的關(guān)注，對(duì)于提升空心板梁質(zhì)量，提高空心板梁橋使用壽命具有重要意義。