簡支空心板橋梁典型病害及維修加固措施

王子強(qiáng)

（ 遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110000）

簡支空心板橋梁以受力簡單明確、可預(yù)制裝配施工便捷、結(jié)構(gòu)輕盈等優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。但空心板梁橋由于早期設(shè)計(jì)抗剪考慮不足、施工質(zhì)量差、重車超載通行等原因常出現(xiàn)板端剪切裂縫、單板受力、跨中橫向受彎裂縫、頂板壓漏等結(jié)構(gòu)受力病害，后期運(yùn)營過程中由于排水不暢、橋面防水層破壞、北方冬季除雪灑除冰鹽等原因常出現(xiàn)板底縱向裂縫、鋼筋銹蝕、滲水泛堿、混凝土鹽蝕等耐久性病害。結(jié)構(gòu)受力病害通常發(fā)展較快，若不及時(shí)處理將嚴(yán)重影響橋梁通行安全，耐久性病害雖不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)引起橋梁安全問題，但將會(huì)縮短橋梁的使用壽命。

1 板端剪切裂縫病害及維修加固措施

梁式橋以承受彎矩為主，因此早期進(jìn)行空心板梁橋設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)者對(duì)于跨中抗彎承載力較為重視，往往容易忽視板端斜截面抗剪承載力，板端箍筋加密段設(shè)置過短，早期設(shè)計(jì)時(shí)空心板箍筋加密段通常在1.0～1.5m 左右，箍筋肢數(shù)一般為兩肢，且常采用直徑φ8 的光圓鋼筋，而空心板結(jié)構(gòu)腹板厚度也較薄，這些因素都制約了空心板梁橋的抗剪承載力。隨著通行車輛的增多與加重，活載效應(yīng)超出原設(shè)計(jì)荷載，空心板板端抗剪承載出現(xiàn)不足，板端附近腹板、底板會(huì)出現(xiàn)斜向裂縫，剪切裂縫通常發(fā)展較快，若不及時(shí)采取措施易出現(xiàn)脆性破壞，嚴(yán)重影響車輛通行安全。

空心板板底斜向裂縫照片

對(duì)于帶翼緣空心板梁橋由于腹板裂縫在橋梁檢測(cè)時(shí)能觀測(cè)到，因此往往能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；后期設(shè)計(jì)時(shí)空心板常采用無翼緣空心板，腹板位置裂縫被遮擋無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)只能通過板底板端附近的斜向裂縫或橫向裂縫來判斷空心板是否出現(xiàn)剪切破壞，這就要求橋檢人員能了解剪切裂縫常出現(xiàn)的位置及規(guī)律，區(qū)分剪切裂縫與普通受彎裂縫。空心板剪切裂縫一旦出現(xiàn)應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)加固措施防止其進(jìn)一步發(fā)展。目前較為有效的加固措施是板端填充混凝土，增大受力截面，該方案需鑿除部分橋面鋪裝及空心板頂板混凝土，在斜裂縫出現(xiàn)的板端空腔區(qū)域內(nèi)植筋，填充微膨脹混凝土，增大板端抗剪受力截面，該方案的優(yōu)點(diǎn)是能直接有效的解決板端抗剪不足問題，缺點(diǎn)是施工周期較長，且需封閉交通。對(duì)于帶翼緣空心板可采取板端腹板加厚外包混凝土方案，增大腹板截面厚度，該方案需在腹板位置植入鋼筋，并在新舊混凝土結(jié)合面處進(jìn)行鑿毛處理，新舊混凝土結(jié)合質(zhì)量對(duì)加固效果起到關(guān)鍵作用。

某空心板梁橋板端填充砼加固圖

在新橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮板端斜截面抗剪承載力，結(jié)合驗(yàn)算結(jié)果適當(dāng)加長箍筋加密段長度，采用帶肋箍筋，增加箍筋肢數(shù)，調(diào)整腹板厚度，設(shè)置彎起鋼筋等措施提高空心板斜截面抗剪承載力。

2 空心板單板受力及維修加固措施

空心板梁橋板與板間通過鉸縫傳遞荷載，鉸縫未發(fā)生破壞時(shí)空心板橫向分布系數(shù)與理論計(jì)算時(shí)基本吻合，鉸縫一旦發(fā)生破壞則橫向傳力作用減弱，造成某片板受力過大，出現(xiàn)單板受力情況。

單板受力會(huì)加劇空心板病害發(fā)展，由于承擔(dān)荷載遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)承載力，跨中部位往往會(huì)出現(xiàn)受彎橫向裂縫，空心板失去橫向聯(lián)系在活載作用下下?lián)厦黠@，鉸縫附近混凝土出現(xiàn)剝落露筋現(xiàn)象，橋面對(duì)應(yīng)鉸縫位置出現(xiàn)縱向裂縫、坑槽，若不及時(shí)處理會(huì)出現(xiàn)跨中主筋拉斷、斷板等嚴(yán)重后果，嚴(yán)重影響橋梁通行安全。

空心板單板受力照片

橋梁檢測(cè)過程中可通過鉸縫破損狀況、橋面是否對(duì)應(yīng)鉸縫出現(xiàn)縱向裂縫、坑槽等病害判斷是否出現(xiàn)單板受力過大，同時(shí)也可以通過觀察空心板在重車通行時(shí)是否下?lián)线^大甚至出現(xiàn)異響等進(jìn)行判斷，當(dāng)僅有單板受力趨勢(shì)時(shí)可通過觀察板底鉸縫附近混凝土是否出現(xiàn)剝落情況、鉸縫是否發(fā)生滲漏等進(jìn)行判斷。對(duì)于發(fā)生單板受力且未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷的空心板，可通過重做鉸縫的維修方案進(jìn)行處理，鑿除相應(yīng)位置的橋面鋪裝及鉸縫混凝土，通過植筋的方式補(bǔ)強(qiáng)鉸縫鋼筋，對(duì)鉸縫位置空心板腹板充分鑿毛后重新澆筑混凝土，恢復(fù)橋面鋪裝，使鉸縫恢復(fù)傳力作用。對(duì)于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷如主筋斷裂、板底橫向裂縫寬度超限的情況，通常采用換板的方式進(jìn)行處理。

某空心板梁橋鉸縫維修圖

3 跨中橫向受彎裂縫及維修加固措施

簡支空心板梁橋以承受彎矩為主，而跨中部位彎矩荷載效應(yīng)最大，當(dāng)通行活載彎矩效應(yīng)長時(shí)間超出原設(shè)計(jì)承載力時(shí)，易出現(xiàn)橫向受彎裂縫，跨中部位混凝土一旦橫向開裂則截面有效高度減小，承載力會(huì)進(jìn)一步降低，主筋或鋼絞線的拉應(yīng)力也會(huì)超出設(shè)計(jì)值，一旦拉斷則會(huì)出現(xiàn)斷板、下?lián)献冃芜^大等嚴(yán)重后果。

空心板跨中橫向受彎裂縫

橋梁檢測(cè)過程中對(duì)于空心板橋梁應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注跨中橫向受彎裂縫情況，同時(shí)區(qū)分鋼筋混凝土空心板沿箍筋出現(xiàn)的橫向銹脹裂縫，跨中橫向受彎裂縫通常分布較密，分布間距規(guī)律不顯著，越靠近跨中部位裂縫越寬，且裂縫形態(tài)不規(guī)則，橫向銹脹裂縫分布間距較規(guī)律，與箍筋設(shè)置間距有關(guān)，通常為15～20cm，裂縫寬度較小且遠(yuǎn)離跨中部位與跨中部位區(qū)別不明顯，裂縫形態(tài)較規(guī)則。對(duì)于出現(xiàn)跨中受彎裂縫且未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷的空心板，可通過板底張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維板、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板等加固措施提高空心板抗彎承載力，跨中開展的裂縫也應(yīng)在加固前進(jìn)行封閉處理。對(duì)于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷如主筋斷裂、板底橫向裂縫寬度超限、空心板下?lián)线^大的情況，通常采用換板的方式進(jìn)行處理。

某空心板梁橋板底粘貼碳纖維布維修

4 頂板壓漏及維修加固措施

空心板在預(yù)制施工時(shí)空腔部位通常采用充氣橡膠芯成型，施工方法不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致橡膠芯上浮或偏位，造成頂板混凝土厚度小于設(shè)計(jì)值，同時(shí)在運(yùn)營過程中橋面鋪裝發(fā)生破損未及時(shí)維修時(shí)，頂板混凝土受車輛的直接沖擊，上述兩種情況都會(huì)造成空心板頂板發(fā)生破損，從而出現(xiàn)壓漏情況。

空心板頂板壓漏

橋梁檢測(cè)時(shí)由于空心板頂板被橋面鋪裝所覆蓋，不能直接觀察，可通過觀察橋面坑槽網(wǎng)裂、凹陷等情況間接判斷空心板頂板是否發(fā)生破損。當(dāng)空心板頂板壓漏范圍較小且靠近支點(diǎn)區(qū)域可采取空腔填充混凝土的維修方式，若壓漏位置靠近跨中區(qū)域，則需采用局部維修方式，壓漏處設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋后重新澆筑混凝土。若頂板壓漏面積較大，則需要換板處理。日常橋梁養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)對(duì)橋面坑槽、網(wǎng)裂等病害及時(shí)修補(bǔ)，防止空心板頂板受水侵蝕或直接受車輛沖擊出現(xiàn)頂板壓漏病害。

5 空心板鋼筋銹蝕、鹽蝕等耐久性病害及維修措施

北方地區(qū)道路在除雪時(shí)常采用除雪劑，除雪劑的主要成分是鹽，鹽中的氯離子滲透到混凝土中會(huì)加速鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕后有效截面減小，承載力降低，同時(shí)鋼筋銹蝕后銹皮會(huì)膨脹導(dǎo)致混凝土脹裂或剝落，失去混凝土保護(hù)后鋼筋直接暴露在環(huán)境中銹蝕加劇。橋梁檢測(cè)過程中可通過混凝土表面是否產(chǎn)生銹脹裂縫、銹脹空鼓、銹脹剝皮等現(xiàn)象判斷鋼筋銹蝕狀態(tài)，若混凝土已剝落則可直接觀察。也可通過鋼筋銹蝕電位測(cè)試儀測(cè)試混凝土銹蝕電位，從而判斷鋼筋銹蝕狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果可參照《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）給出的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。鋼筋銹蝕常用的維修方法是鑿除銹脹腐蝕的混凝土，鋼筋表面涂刷銹轉(zhuǎn)化劑進(jìn)行除銹，重新澆筑混凝土或采用聚合物砂漿等材料修補(bǔ)，恢復(fù)保護(hù)層?？招陌暹叞逡资苡炅堋Ⅺ}蝕，養(yǎng)護(hù)時(shí)可采用在邊板翼緣、腹板等部位涂刷防腐涂層進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)論

板端剪切裂縫、單板受力、跨中橫向受彎裂縫、頂板壓漏等是空心板橋梁常見的結(jié)構(gòu)受力性病害，通常病害發(fā)展快，嚴(yán)重影響了橋梁結(jié)構(gòu)通行安全。設(shè)計(jì)、施工過程中應(yīng)引起重視，橋梁檢測(cè)過程中應(yīng)關(guān)注空心板重點(diǎn)部位的典型病害，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害。鋼筋銹蝕、鹽蝕等是空心板橋梁常見的耐久性病害，短時(shí)間雖不會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全，但會(huì)影響橋梁使用壽命，運(yùn)營養(yǎng)護(hù)過程中也應(yīng)引起重視。