空心板橋橋面裂縫病害分析及處治方案

羅彥， 吳志隆， 唐賡， 毛建平

(廣西交通工程檢測(cè)有限公司， 廣西 南寧 530011)

為了提高行車舒適性，部分早期建設(shè)的高速公路開始進(jìn)行路面升級(jí)改造，涉及到既有橋梁的維修加固處置，其中的橋面裂縫問題尤為突出。受限于建設(shè)時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，早期的高速公路橋梁多采用先張法預(yù)應(yīng)力空心板或普通鋼筋混凝土空心板，按初期交通量水平，能滿足安全運(yùn)營(yíng)要求。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量快速增長(zhǎng)，此類型橋梁橋面病害開始顯現(xiàn)，給運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)單位帶來不小的挑戰(zhàn)。因此，在路面改造工程中對(duì)既有橋梁橋面裂縫病害情況進(jìn)行總結(jié)分析并對(duì)其進(jìn)行加固處治十分必要。

該文依托廣西興(業(yè))-六(景)高速公路路面改造工程，歸納總結(jié)既有橋梁橋面裂縫病害并對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行總結(jié)分析，根據(jù)病害情況“對(duì)癥下藥”，到達(dá)“標(biāo)本兼治“的目標(biāo)，可為類似的高速公路路面改造工程橋面裂縫處理工程提供有益參考。

1 工程簡(jiǎn)介

廣西興六高速公路主線既有橋梁2 583.47 m/29座，其中大橋956.12 m/4座，中橋917.57 m/16座，小橋180 m/4座。橋梁上部結(jié)構(gòu)類型包含預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鋼構(gòu)-連續(xù)組合梁橋(1座)、預(yù)應(yīng)力混凝土T梁(1座)、預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁(1座)、預(yù)應(yīng)力空心板(20座)、鋼筋混凝土空心板(6座)等。橋面鋪裝采用鋼筋混凝土鋪裝層。橋梁設(shè)計(jì)荷載為：汽車-超20級(jí)、掛車-120。

2018年對(duì)橋梁進(jìn)行了常規(guī)病害維修處治,包括:裂縫封閉、混凝土缺陷修補(bǔ)、更換伸縮縫、支座脫空處理、支座鋼墊板除銹防銹處理、更換剪切變形支座等。

2 橋面裂縫病害情況

根據(jù)2019年檢測(cè)結(jié)果，橋面鋪裝縱向裂縫修補(bǔ)后雖然暫時(shí)未見明顯發(fā)展，但病害位置基本均在鉸縫上方，部分裂縫貫通鉸縫可在橋下對(duì)應(yīng)位置發(fā)現(xiàn)滲水污染痕跡。因2018年剛進(jìn)行了常規(guī)病害維修處治，為了更好地反映路段橋面裂縫情況，以2017年的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，該路線上橋梁橋面鋪裝主要病害類型為縱向裂縫、橫向裂縫。主線上29座橋梁橋面鋪裝縱向裂縫發(fā)病率為89.7%(存在縱向裂縫橋梁與全線橋梁數(shù)量比值)，且縱向裂縫主要集中于重車道鉸縫處，鉸縫處橋面鋪裝縱向裂縫率為31.0%(縱向裂縫數(shù)占全橋鉸縫數(shù)比值)。按上構(gòu)類型細(xì)分，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鋼構(gòu)-連續(xù)組合梁及預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋面無縱向裂縫；預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋面縱向裂縫發(fā)病率達(dá)到100%，即每座橋橋面鋪裝均存在縱向裂縫，鉸縫處橋面鋪裝縱向裂縫率為33.9%；混凝土空心板橋面縱向裂縫發(fā)病率達(dá)到100%，鉸縫處橋面鋪裝縱向裂縫率為20.4%。

主線29座橋梁左、右幅橋面鋪裝橫向裂縫發(fā)病率均為17.2%、20.7%，橫向裂縫主要位于墩頂橋面連續(xù)或橋臺(tái)橋面連續(xù)附近。橋面裂縫位置見圖1。

圖1 典型橋面裂縫示意圖

3 橋面裂縫病害原因分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，興六高速公路交通量保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，全線2004—2015年的平均增長(zhǎng)率為12.58%，2010—2017年的平均增長(zhǎng)率為8.34%。隨著交通量的快速增長(zhǎng)，全線平均交通量從2004年全線剛通車時(shí)的4 972 pcu/d，至2017年已達(dá)26 460 pcu/d，2010—2017年貨車比例為30.2%～33.3%，興六高速公路是廣西區(qū)交通最繁忙的高速公路路段之一。可見交通量快速增長(zhǎng)是橋面病害產(chǎn)生的外在客觀原因。根據(jù)橋梁裂縫的不同，其內(nèi)在原因可歸納為：

(1) 橫向裂縫成因分析：① 因全線橋梁多采用簡(jiǎn)支(橋面連續(xù))結(jié)構(gòu)，在車輛荷載作用下，梁板產(chǎn)生撓曲變形時(shí)，梁板端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，相鄰兩跨梁板端存在相對(duì)轉(zhuǎn)角，橋面連續(xù)構(gòu)造為抵抗梁板端的轉(zhuǎn)角承受負(fù)彎矩作用，由于橋面連續(xù)構(gòu)造的厚度較薄且加強(qiáng)鋼筋配置較少，其抗彎剛度小，在反復(fù)的彎拉應(yīng)力作用下而產(chǎn)生裂縫；② 梁板下設(shè)支座，梁板端部在車輛荷載作用下產(chǎn)生豎向位移，相鄰兩跨間梁板承受的車輛荷載作用大小或作用時(shí)間不一致時(shí)，產(chǎn)生的豎向位移也不一致，橋面接縫裝置因此需承受反復(fù)的垂直剪切作用，從而導(dǎo)致橋面連續(xù)構(gòu)造由于車輛荷載的疲勞作用而產(chǎn)生裂縫；③ 施工方面，在橋面鋪裝層與橋面連續(xù)構(gòu)造的結(jié)合部，橋面鋪裝層施工前，如梁板頂面清理不徹底、未全面鑿毛或鑿毛的密度與深度不夠，橋面鋪裝層與梁板間的結(jié)合不好，不能很好地形成一個(gè)整體。以及梁板預(yù)制件的高度尺寸與梁板安裝高度的偏差均易使橋面連續(xù)處出現(xiàn)裂縫。同時(shí)橋面連續(xù)處橫向裂縫產(chǎn)生的原因與橋面假縫處理質(zhì)量不佳也有一定關(guān)系。

(2) 橋面縱向裂縫成因分析：檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分橋梁存在鉸縫封底砂漿脫落、鉸縫處滲水污染等病害。鉸縫滲水污染表明橋面雨水經(jīng)橋面鋪裝層下滲至受損鉸縫處流出。

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板鉸縫僅靠局部鋼板焊接連接，雖設(shè)有鉸縫加強(qiáng)鋼筋，但僅為直徑6.5 mm的短鋼筋網(wǎng)及直徑10 mm短鋼筋，橫向未連成整體，同時(shí)鋪裝層僅設(shè)置直徑8 mm鋼筋網(wǎng)，可見梁板間鉸縫連接剛度小、可靠性差，梁間連接薄弱。

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，鋼筋混凝土空心板鉸縫內(nèi)無鋼筋連接，僅板頂處外伸直徑為8 mm的鋼筋作為橫向連接，無其他輔助加強(qiáng)鋼筋，板間鉸縫連接較為薄弱，但因鉸縫較深，其連接較預(yù)應(yīng)力混凝土空心板稍強(qiáng)。故而，鋼筋混弟土空心板鉸縫處橋面鋪裝縱向裂縫率稍低。

由于梁板間連接較弱，在車輛荷載作用下，鉸縫出現(xiàn)缺損，導(dǎo)致鉸縫兩側(cè)空心板變形不協(xié)調(diào)，梁板間的橫向連接作用由橋面鋪裝層進(jìn)行部分代償，從而導(dǎo)致沿線大部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋、部分鋼筋混凝土空心板橋均出現(xiàn)橋面鋪裝縱向開裂。橋面鋪裝縱向裂縫產(chǎn)生后，梁板間橫向連接作用進(jìn)一步被削弱，進(jìn)而導(dǎo)致鉸縫封底砂漿脫落、鉸縫滲水。

因?yàn)闄M向連接減弱，進(jìn)一步加劇了鉸縫損壞，在活載作用下橋面縱向裂縫隨之不斷擴(kuò)大，橋面狀況的惡化又加劇了汽車的沖擊效應(yīng)，導(dǎo)致橋面裂縫病害發(fā)展速度越來越快。

由此可見，為避免鉸縫橫向連接作用失效造成單梁受力而導(dǎo)致橋面出現(xiàn)縱向裂縫，對(duì)該類橋梁的鉸縫維修加固十分必要。

4 病害處治方案

4.1 橋面橫向裂縫處治方案

橫向裂縫產(chǎn)生的根本原因?yàn)闃蛎孢B續(xù)薄弱，對(duì)此，采用重做橋面連續(xù)進(jìn)行處治：鑿除原鋪裝層后，綁扎橋面加強(qiáng)鋼筋，再重澆C50混凝土。

4.2 普通鋼筋混凝土空心板橋面縱向裂縫處治方案

鑿除混凝土鋪裝層，如發(fā)現(xiàn)鉸縫處混凝土存在裂縫則對(duì)裂縫進(jìn)行注樹脂膠修補(bǔ)后，植入門架鋼筋，增強(qiáng)梁間橫向聯(lián)系。同時(shí)橋面鋪裝鋼筋采用D12鋼筋焊網(wǎng)，為保證新舊混凝土良好結(jié)合，鑿除鋪裝后梁板頂需鑿毛，并植筋，植入的鋼筋與橋面鋪裝D12鋼筋網(wǎng)綁扎形成整體。

4.3 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋面縱向裂縫處治方案

(1) 濕接縫法加固方案

濕接縫法：在鉸縫處，人工鑿除部分橋面鋪裝混凝土、空心部分翼緣板混凝土，保留原鋼筋，增設(shè)鋼筋與翼緣板鋼筋焊接，增設(shè)門式抗剪連接鋼筋，綁扎鋼筋網(wǎng)片，澆筑新混凝土。

(2) 鋼橫梁加固

鋼橫梁法：在鉸縫處，間隔粘貼錨固鋼板耳塊，采用夾板將兩片梁間耳塊焊接連接，形成鋼橫梁。

濕接縫法與鋼橫梁加固法綜合比選見表1。

表1 方案比選

由表1可見:濕接縫法與鋼橫梁法均能較好地解決原鉸縫連接薄弱的問題，各有優(yōu)缺點(diǎn)。綜合考慮施工便利性、整體施工質(zhì)量控制、外觀及后期維護(hù)，推薦采用濕接縫法。

為驗(yàn)證其效果，對(duì)處治前后的典型橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向分布系數(shù)計(jì)算，以此分析其整體受力效果，處治前空心板間連接因薄弱采用鉸接板梁法計(jì)算，處治后因設(shè)置焊接鋼筋并現(xiàn)澆濕接縫采用剛接板梁法計(jì)算，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板處治前后橫向分布系數(shù)對(duì)比見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板處治前后橫向分布系數(shù)對(duì)比

由表2可見:各跨徑橋梁鉸縫加固處治后，中間車道橫向分布系數(shù)明顯減小，說明梁體整體性明顯提高，達(dá)到共同受力的目的，在重載交通作用下，梁體協(xié)同變形，產(chǎn)生的豎向位移一致，可有效防止橋面縱縫的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

對(duì)高速公路既有橋梁橋面裂縫修復(fù)改造前，應(yīng)在病害檢測(cè)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修處治設(shè)計(jì)。根據(jù)病害情況“對(duì)癥下藥”，加強(qiáng)薄弱部位，提高各梁間整體受力，可有效防止裂縫的產(chǎn)生，到達(dá)“標(biāo)本兼治“的目標(biāo)，該文介紹的橋面裂縫病害處置方法已在實(shí)際工程應(yīng)用，效果良好。