談高速公路小橋涵單板受力處治措施

李占鋒

(河北省石安高速公路管理處)

石安高速公路是我國國道主干線京港澳高速公路的主要路段,通過多年的通車運營,隨著交通量的增長以及車輛噸位的增加,橋涵構造物出現了較多的病害,主要表現為中小跨徑橋涵單板受力病害和伸縮縫損壞失效等病害,且有不斷惡化的趨勢,給行車安全造成了隱患。本人通過施工實踐,談點單板受力病害處治方面的一些經驗及體會,供同行參考。

1 單板受力的概念及表現形式

單板受力病害主要發生單跨 10m及以下裝配式小橋涵。病害主要特征表現為鉸縫混凝土被剪壞,并逐步松散而脫落,在橋面鋪裝沿鉸縫方向產生不規則縱向裂縫,嚴重時形成一條破碎帶。雨雪水通過破碎后的鉸縫滲入板底,留下明顯的滲水痕跡。當重型車輛通過“單板受力”的板時產生明顯的彈性下撓,使其與兩側板上下錯動,形成臺階。待重車過后,這種錯動消除,又恢復原狀。

2 單板受力原因分析

(1)構造原因:鋼筋混凝土空(實)心板梁由于受建筑高度的限制,它在強度與剛度方面,與箱型梁、T型梁等梁式結構比較,相對偏小。用鉸縫來保證整個上部構造的整體作用也比較薄弱。同時,現澆鉸縫與預制梁存在新老混凝土結合不良等問題,一定程度上降低了混凝土抗拉、抗剪強度,是造成“單板受力”的結構原因。裝配式板梁一般梁端各有兩個支座,很難保證各支座受力的均勻性,加之重載車的沖擊作用,從而造成個別鉸縫應力集中而破壞。

(2)施工原因:板梁結構是公路中小橋涵的常用形式,作為確保整體受力的關鍵部位,鉸縫混凝土的施工質量嚴重不足,成為整座橋梁的薄弱環節。

(3)外界環境原因:高速公路冬季除雪一般采取撒鹽或融雪劑除雪,鹽水或融雪劑通過瀝青混凝土滲入到橋面混凝土鋪裝層及鉸縫混凝土內,導致橋面水泥混凝土鋪裝層內及鉸縫混凝土內鋼筋銹蝕嚴重。經檢查梁板預留筋有許多已銹蝕得幾乎不起作用,水泥混凝土表面疏松。

(4)超重車輛荷載原因:橋梁長期經常性受到超過設計標準的重型車輛作用。超重車輛荷載的長期沖擊、疲勞作用是形成“單板受力”病害的重要原因。同時大部分鉸縫混凝土總是先有滲水,然后出現脫落。

(5)理論分析:單板受力這一病害是鉸縫抵抗拉應力和剪應力的承載力不足引起的。鋼筋混凝土空(實)心板梁由于受建筑高度的限制,它在強度與剛度方面,與箱型梁、T型梁等梁式結構比較,相對偏小。用鉸縫來保證整個上部構造的整體作用也比較薄弱。根據鉸接板的計算理論,鉸縫混凝土只承受剪力,是以鉸縫混凝土的被剪切破壞來控制的。但鉸縫混凝土和空心板混凝土粘接面,粘接強度較弱,所以在荷載的作用下,鉸縫的實際抗剪能力比理論計算值要低很多。當在重載下鉸縫發生破壞后,原來由多塊板共同承擔的荷載就落在了單塊板上,大大超出了其設計荷載,撓度變大,加劇鉸縫破壞,形成“單板受力”,并在橋面出現沿鉸縫的縱向碎裂帶。

3 小橋涵單板受力的養護對策

中小跨徑橋梁單板受力現象也非常普遍。單板受力導致橋梁橫向聯結破壞,橋面鋪裝層鉸縫頂端剪裂,而且橋梁豎向撓度增大,對橋面鋪裝的受力性能也造成不利影響。中小跨徑橋梁一旦出現單板受力及應進行處理。對該類橋梁的養護建議方案如下。

(1)更換橋面鋪裝進行白色化處理。

(2)鑿除橋面鋪裝層鉸縫混凝土重新澆筑。對于跨徑不小于 8m的橋涵構造物,在鉸縫中增設鉸縫鋼筋以及鉸縫頂面增加鉸縫連接鋼板,加強梁板的橫向聯系;在鑿除的橋面鋪設雙層鋼筋網,由水泥混凝土取代原來的 7cm瀝青混凝土 8cm水泥混凝土鋪裝,使橋面白色化,提高橋面的橫向分布能力,而對跨徑小于 8m的橋涵構造物,在鉸縫頂面增設鉸縫聯結鋼板,加強梁板的橫向聯系。

(3)板底粘貼碳纖維布。在行車道板底粘貼一層碳纖維布(200或 300g/m2)用以提高單板的承載能力,提高橋梁的安全度。

4 施工中應注意的幾個問題

橋面補強加固能否達到預期效果,關鍵取決于新舊混凝土能否牢固地形成一個整體,以及共同受力的可靠性與耐久性,因此在施工中應注意如下幾個問題。

(1)鑿除橋面鋪裝和鉸縫混凝土時,注意保留原橋伸縮縫裝置、預留鋼筋和鉸縫橫向聯系構造。對舊橋面進行鑿毛除理,使表面粗糙,成齒條狀,凹槽約 2cm左右。

(2)對結合面進行適當處理,采取清掃沖洗等措施,并對病害進行處理。鑿除橋面鋪裝后,若主梁的頂板存在程度較小的損壞,則應將損壞處的混凝土鑿出新茬,對鋼筋進行除銹后再澆筑橋面防水混凝土;若主梁頂存在孔洞,先將孔洞周圍松散的混凝土鑿除直至露出新茬,并對鋼筋除銹后,采取吊模的方法將孔洞修補后再澆筑防水混凝土。

(3)為使新舊混凝土更好的粘結,在鑿毛后的混凝土表面上涂一層環氧膠液膠結劑或雙組分界面劑。

(4)在植筋時,先用鋼筋探測器探測鋼筋混凝土保護層厚度和鋼筋位置,避免鉆孔時損壞梁的主筋。鉆孔直徑比鋼筋直徑大 4mm以上,鉆完后用毛涮清理孔壁上的浮皮,然后用壓縮空氣吹凈孔內的灰塵和混凝土碎屑,并保持孔內干燥,采用專用植筋膠從孔的底部開始注射直至填滿孔的2/3,將鋼筋緩緩插入孔中,在固化前不可對鋼筋施加任何荷載。

(5)防水混凝土的制做宜使用強制式攪拌機,適當延長攪拌時間,使纖維分散均勻,避免纖維成團。

(6)混凝土澆筑后應加強養生,混凝土強度未達到設計強度的 80%時,不允許車輛在橋面行駛。

5 小橋涵單板受力處治方案實例

石安高速公路石家莊段在一次橋涵調查中發現有 5座小橋涵(跨徑為 8m或 10m)存在單板受力現象,主要表現為梁板底部、企口水泥混凝土與板體脫落嚴重,且有滲水現象,重車經過時梁板顫動很大,撓度達 3cm,其上路表面行車道部位瀝青混凝土鋪裝層已形成明顯網裂、推移變形。

5.1 處治方案

根據現場實測,橋面現有瀝青混凝土和水泥混凝土厚度總計 14cm,將橋面設計成厚度為 14cm的鋼筋混凝上,鋼筋采用單層螺紋鋼,順路向采用 12mm的螺紋鋼筋,間距為16cm,橫路向采用 16mm螺紋鋼筋,其間距為 12cm。混凝土標號為 40#,加早強劑和摻加適量的引氣劑,具體比例為m水泥∶m砂∶m碎石=1∶1.35∶2.41。另外,為增加混凝土的抗壓強度和防止開裂,混凝土中摻加適量的鋼纖維,鋼纖維摻量為 30kg/m3。鉸縫鋼筋布置沿用原設計,規格采用12mm螺紋鋼筋,伸入橋面部分水平長度至少不小于50cm,并在施工時將其與橋面鋼筋相聯接,必要時進行焊接,以增強鉸縫鋼筋與橋面鋼筋網的整體性,受力更加均勻。鉸縫混凝土中加適量膨脹劑,以使鉸縫混凝土與梁板形成一個整體。

5.2 施工內容及步驟

(1)將橋面和鉸縫清理干凈。

(2)用鋼釬鑿毛法將板頂徹底鑿毛,深度掌握在 3～4mm為宜,使表層水泥浮漿徹底清除。

(3)用水將梁板表面沖洗干凈,或用空壓機吹凈。

(4)布設鉸縫鋼筋和橋面鋼筋時,注意將鉸縫鋼筋與橋面鋼筋網綁扎在一起。

(5)植筋時采用高壓氣泵將植筋孔吹凈,灌人環氧樹脂砂漿或采用專用植筋膠,然后插入鋼筋。

(6)吊鉸縫底模板,用砂漿處理鉸縫底部,以保證鉸縫混凝土澆注時不漏漿時間應在鉸縫混凝土澆注前 1d。另外,為增加砂漿與梁板的粘結,砂漿中加入適量的環氧樹脂。

(7)澆筑混凝土時,鉸縫混凝土澆筑完畢,立即澆筑橋面混凝上。鉸縫混凝土要用插入式振搗器振搗密實。橋面混凝土采用平板、插入式振搗器組合振搗方式,確保混凝土密實;澆筑要一次成型。靠超車道部位縱向施工縫要避開鉸縫。

(8)接縫處鋼筋要保證有不少于 50cm的搭接長度。

(9)新植筋要與橋面鋼筋連接,形成一個整體受力體系;對所有鋼筋布置要嚴格按照圖紙尺寸布設,每個交叉點都要進行綁扎。

(10)刷毛:待初凝后,用鋼絲刷將浮漿層刷掉,以剛露出石子為準,為稀漿封層打好基礎。

(11)養生:澆注完成后,應在收漿后立即采用草苫等保濕性好的物品覆蓋并灑水養生 7d以上;同時保持混凝土表面經常處以濕潤狀態,以保證強度達到設計強度。

(12)與瀝青路面接縫處,為防止雨或雪水的滲入,用改性瀝青摻有適量麻絮進行澆灌。

(13)在處理行車道與緊急停車帶時,為防止大量荷載作用于超車道梁板上出現意外,在超車道梁板底部采用方木支撐。

通過采用上述方法對 6座單板受力橋涵進行維修,并在施工過程中嚴把各道工序質量關,經過近四年的運行觀察,效果很好,現在這些方法已得到了廣泛應用。

6 結 語

高速公路小橋涵單板受力現象高速公路建設特定階段的產物,隨著高速公路橋梁設計、施工和管理水平的提高,以及超限車輛的逐漸減少,高速公路小橋涵單板受力現象將會越來越少。

[1]公路橋涵養護規范(JTJH11-2004)[M].北京:交通出版社,2004.

[2]代征軍.空心板梁單板受力成因分析及處治[J].交通標準化,2008,(8).