淺析早期預(yù)防鋼筋混凝土空心板梁橋單板受力的對(duì)策措施

羅秉義

【摘 要】針對(duì)國(guó)省干線特別是高速公路運(yùn)營(yíng)中空心板橋梁出現(xiàn)鉸縫脫落、單板受力早期現(xiàn)象的發(fā)生，如不加以及時(shí)處理或任期發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致和影響橋梁安全和耐久性問(wèn)題。從日常養(yǎng)護(hù)角度提出相應(yīng)的對(duì)策和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，既能確保橋梁使用性能和營(yíng)運(yùn)周期，又能預(yù)防空心板橋梁早期破壞問(wèn)題，以延長(zhǎng)橋梁使用的周期壽命。

【關(guān)鍵詞】空心板梁 單板受力 早期破壞 對(duì)策 措施

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的縱深發(fā)展，公路建設(shè)已進(jìn)入發(fā)展的鼎盛階段。同時(shí)，公路養(yǎng)護(hù)管理特別是橋梁養(yǎng)護(hù)管理，從其安全性和耐久性的角度，橋梁養(yǎng)護(hù)顯得更為重要。從鋼筋混凝土橋梁出現(xiàn)的病害分析，除了設(shè)計(jì)方面不足、施工質(zhì)量差等因素外，養(yǎng)護(hù)措施不及時(shí)以及管理不到位也是影響橋梁安全性和耐久性的重要原因。為此，筆者從養(yǎng)護(hù)的角度就鋼筋混凝土空心板梁橋分析病害產(chǎn)生及單板受力的原因，并闡述提出空心板橋針對(duì)性的預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施。

1 空心板梁橋特征及產(chǎn)生病害描述

1.1空心板梁橋特征

由于預(yù)制裝配式鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)橋梁，因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力明晰，施工方便，工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，在一般公路等級(jí)設(shè)計(jì)中，都被廣泛應(yīng)用在中小跨徑的公路橋梁上， 根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的高、低等級(jí)公路統(tǒng)計(jì)表明，跨徑在15m以下公路橋梁中鋼筋混凝土空心板梁橋應(yīng)用量在85%以上。體現(xiàn)了其經(jīng)濟(jì)性和適用性。

1.2空心板梁橋早期病害描述

通過(guò)近年來(lái)不同等級(jí)公路的橋梁設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是高等級(jí)公路設(shè)計(jì)使用鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)橋梁的反饋統(tǒng)計(jì)來(lái)看，其在短期（1—2年）運(yùn)營(yíng)過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生不同程度的早期病害。主要病害表現(xiàn)有以下類(lèi)型：（1）底板縱向裂縫，多條，縱向分段分布或縱向貫通，尤其在先張法空心板中較為普遍。（2）底板橫向裂縫，一般出現(xiàn)在跨中附近，密布。（3）腹板斜裂縫，一般表現(xiàn)為支點(diǎn)附近的腹板斜裂縫，也有分布均勻并延伸到頂?shù)装宓沫h(huán)向斜裂縫。（4）頂板、腹板偏薄，開(kāi)裂、露筋、局部壓碎。（5）鉸縫處開(kāi)裂，嵌縫砂漿脫落，鉸縫與預(yù)制梁接觸面開(kāi)裂、破損、滲水、橋面縱向開(kāi)裂等現(xiàn)象。（6）支座局壓、擠出或脫空，相鄰支座被壓壞，梁板受扭矩作用產(chǎn)生鉸縫處撕裂、結(jié)構(gòu)環(huán)向斜裂縫、單板受力等系列病害。綜合空心板梁橋的早期病害特征，以及空心板結(jié)構(gòu)梁橋的薄弱環(huán)節(jié)，在此重點(diǎn)對(duì)鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)梁橋的單板受力情況，預(yù)防橋梁早期破壞提出以下對(duì)策措施。

2 單板受力的成因分析

2.1設(shè)計(jì)理念問(wèn)題

近年來(lái)，隨著公路交通流量逐年增大，由于早期空心板梁的設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)實(shí)的荷載水平估計(jì)不足，往往滿(mǎn)足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全需要，而忽視結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料、施工、后期維護(hù)等方面的問(wèn)題。經(jīng)查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)對(duì)空心板梁鉸縫混凝土的設(shè)計(jì)有缺陷，鉸縫混凝土只考慮了傳遞板間剪力，對(duì)其現(xiàn)實(shí)中長(zhǎng)期跟隨梁板反復(fù)受彎的情況沒(méi)有特別的應(yīng)對(duì)措施，導(dǎo)致鉸縫混凝土在頻繁大撓度受彎的情況下，呈現(xiàn)出節(jié)狀斷裂，進(jìn)而擠碎。再加上雨水侵蝕、凍融等不利因素的影響，鉸縫混凝土脫落破碎，繼續(xù)發(fā)展則在該處鋪裝層松散開(kāi)裂，傳遞至橋面，至此板間位置被完全剪斷，使梁體失去橫向聯(lián)系，從而使梁板獨(dú)立承受橋面的動(dòng)力荷載，這就是鋼筋混凝土空心板梁?jiǎn)伟迨芰Α?/p>

2.2超載問(wèn)題

由于現(xiàn)實(shí)交通的超載問(wèn)題，客觀上就是公路橋梁的殺手锏。尤其是對(duì)單板受力的橋梁就意味著雪上加霜，不僅增加了梁板的單位荷載，使其最大撓度超過(guò)設(shè)計(jì)值，而且在反復(fù)的大撓度變形的情況下，導(dǎo)致橋面出現(xiàn)縱向溝槽影響通行，同時(shí)梁板容易出現(xiàn)橫向裂縫，鋼筋出現(xiàn)應(yīng)力疲勞，極端情況下出現(xiàn)脆性破壞，引發(fā)斷板事故。

2.3解決對(duì)策

綜合上述分析，解決鋼筋混凝土空心板梁橋單板受力的關(guān)鍵，最核心的就是要恢復(fù)橫向聯(lián)系，使其相鄰梁板聯(lián)結(jié)起來(lái)，恢復(fù)橋梁結(jié)構(gòu)體系，通過(guò)加強(qiáng)鉸縫鋼筋、提高鉸縫混凝土強(qiáng)度等級(jí)等措施來(lái)強(qiáng)化鉸縫，以增強(qiáng)鉸縫的抗剪能力。

3 處理措施

3.1傳統(tǒng)處理方法

鋼筋混凝土板橋傳統(tǒng)的處理方法，就是先清除橋面鋪裝，再清理鉸縫破損混凝土，并做鉸縫處理后重做橋面鋪裝。但這種方法相當(dāng)于重做橋面系處理，不僅工作量大，施工周期較長(zhǎng)，而且影響交通通行，費(fèi)用成本也較高。特別針對(duì)只有個(gè)別梁板之間出現(xiàn)的單板受力，這種方法明顯養(yǎng)護(hù)成本較高。

3.2應(yīng)用夾板加固法

3.2.1加固原理

夾板加固法的原理是在單板受力的梁板撓度較大的區(qū)域，通過(guò)鋼板拉桿組合錨固和局部新做鉸縫混凝土的強(qiáng)制作用，約束其產(chǎn)生相對(duì)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(dá)到共同承擔(dān)荷載的目的。圖1夾板加固法示意圖。

3.2.2加固方法

通過(guò)圖1可直觀看出，夾板加固法對(duì)板梁實(shí)施強(qiáng)制限位，從而避免相鄰梁板的相互撓曲錯(cuò)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)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(diǎn)的數(shù)量，一般情況下，對(duì)于跨度在15m以下的預(yù)應(yīng)力板梁，錨固點(diǎn)為3～5個(gè)。以較常見(jiàn)的跨徑為13m空心板梁橋?yàn)槔?，一般設(shè)置選用4個(gè)加固錨固點(diǎn)。（2）以橋梁跨中位置為起點(diǎn)，縱向按1.5m-1m-1.5m間距分布加固點(diǎn)。（3）每個(gè)加固點(diǎn)開(kāi)鑿尺寸以40cm×40cm孔洞為宜，（4）待加固夾板安裝就位后，用快硬砂漿澆筑梁板鉸縫契口，在依次對(duì)開(kāi)鑿點(diǎn)用速效快凝混凝土澆筑封面。（5）攤鋪瀝青面層壓實(shí)。

3.2.3夾板設(shè)計(jì)

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。

4 材料選擇原則

4.1提早開(kāi)放交通原則

在橋梁日常養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中，為盡快和提前開(kāi)放交通，減少高速或國(guó)省干道上施工長(zhǎng)時(shí)間封閉交通帶來(lái)巨大壓力，該加固法盡量采用速效快凝性的材料為宜?？朔扪a(bǔ)原材料選擇由于受到諸如天氣、維修工藝等因素的影響，材料選擇不當(dāng)會(huì)造成次生病害的發(fā)生，且實(shí)施后質(zhì)量難以保證。為此，經(jīng)過(guò)實(shí)踐考察和應(yīng)用，我們選擇了一種AC-K5路面坑洞修復(fù)劑，該材料對(duì)混凝土破損修復(fù)效果較好，特別是開(kāi)放交通后，其檢成品測(cè)材料的后期強(qiáng)度非常理想。

4.2利于快速施工原則

4.2.1施工時(shí)間短

采用AC-K5路面坑洞修復(fù)劑養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，施工需4～6小時(shí)后即可開(kāi)放交通，非常適合于高速公路橋梁橋面系維修以提高施工安全性的特點(diǎn)。

4.2.2施工方便

采用該材料代替水泥材料，其施工工藝與普通混凝土施工工藝基本相同，且無(wú)需大型拌和設(shè)備，可采取人工攪拌或小型攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)攪拌即可完成

4.2.3粘結(jié)性好

材料使用性能較普通混凝土粘結(jié)強(qiáng)度高，與原的有混凝土結(jié)合硬化后，其彈性模量較普通混凝土低、抗沖擊韌性好。

4.2.4易開(kāi)放交通

早期強(qiáng)度較高，養(yǎng)生時(shí)間期短，與采用普通混凝土材料相比，減少封閉交通養(yǎng)護(hù)的環(huán)節(jié)，大大緩解因施工而造成的交通壓力。

5 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(chǎng)需要的人員、機(jī)械設(shè)備）→對(duì)加固橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)交通管制→加固點(diǎn)布局放樣→開(kāi)鑿清理鉸縫混凝土→涂抹粘鋼膠找平梁板→進(jìn)行夾板安裝→鉸縫灌注快硬性水泥砂漿→速效混凝土澆筑鋪裝層（1小時(shí)后）→攤鋪瀝青混合料壓實(shí)→開(kāi)放交通即可

6 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用該方法對(duì)小跨徑的鋼筋混凝土空心（實(shí)心矩形）板梁橋進(jìn)行加固，簡(jiǎn)便易行，造價(jià)低廉。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(duì)增強(qiáng)橋梁的橫向整體性、延緩橋梁早期疲勞破壞具有重要作用。同時(shí)也延緩橋梁過(guò)早的高成本投資，希望從事公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的廣大技術(shù)人員在養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中不斷探索和總結(jié)，積極推廣應(yīng)用新材料新技術(shù)，借鑒國(guó)內(nèi)外橋梁養(yǎng)護(hù)管理成功經(jīng)驗(yàn)，不斷提高橋梁養(yǎng)護(hù)管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG D26-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]李田，劉西拉.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[3]王克海，韋韓等.中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012.