淺談空心板簡(jiǎn)支梁橋面鋪裝病害成因分析及加固維修對(duì)策

范秀萍，劉康康

0 引言

空心板簡(jiǎn)支梁的橋面鋪裝除直接承受車(chē)輛荷載的碾壓、沖擊之外，還承擔(dān)著將車(chē)輛荷載向各個(gè)板梁傳遞分配的功能，同時(shí)對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)起著防水、防曬、防侵蝕等防護(hù)作用。橋面鋪裝的病害直接影響到橋梁的外觀、行車(chē)舒適性和安全性。橋梁橋面鋪裝病害有多種類(lèi)型，本文將以工程實(shí)例對(duì)各種病害的形式、成因及防治措施進(jìn)行說(shuō)明和論述。

對(duì)橋面鋪裝病害的成因和尋求有效的處治方法，一直是工程建設(shè)者和公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員長(zhǎng)期努力解決的難題。特別是一些中小跨徑橋梁，其主要結(jié)構(gòu)形式為混凝土簡(jiǎn)支空心板梁結(jié)構(gòu)，在重荷載、高流量和長(zhǎng)時(shí)間的作用下，橋面鋪裝層逐漸產(chǎn)生各種病害，如起皮、松散、剝落、破碎等，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全和舒適度及橋梁的使用壽命。現(xiàn)就此類(lèi)公路橋面鋪裝病害成因及維修加固方法進(jìn)行探討。

1 典型病害成因分析

1.1 橋面坑洞及沉陷（見(jiàn)圖1）

圖1 橋面坑洞實(shí)景

橋面坑洞及沉陷主要原因是橋面鋪裝厚度不足，主要有以下方面因素導(dǎo)致：設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力梁起拱高度對(duì)橋面厚度的影響；空心板梁在預(yù)制過(guò)程中梁高控制的誤差，空心板偏高，則相應(yīng)的部位橋面鋪裝層厚度減小；橡膠支座標(biāo)高控制誤差，板梁頂偏高，則相應(yīng)的橋面厚度減小。

施工單位為成型方便，加大混凝土的坍落度，隨之使混凝土的水灰比加大，造成混凝土的干縮性增大，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂。在橋面鋪裝施工前，梁頂面的污物未清除干凈；在預(yù)制空心板時(shí)，空心板頂面拉毛深度不足，導(dǎo)致橋面鋪裝層與空心板頂面粘結(jié)不牢固。

1.2 空心板梁板頂厚度過(guò)薄（見(jiàn)圖2）

圖2 板梁頂板厚度過(guò)薄實(shí)景

造成空心板頂板厚度過(guò)薄的原因主要是：空心板梁預(yù)制時(shí)采用橡膠膠囊作為成孔工具，其重量相對(duì)較輕，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和拆卸方便快捷，適合混凝土施工連續(xù)性的要求，但橡膠膠囊的最大的缺點(diǎn)就是重量及剛度不足，為了抵抗混凝土澆搗過(guò)程中的浮力，就必須間一定距離設(shè)置定位鋼筋，限制氣囊上浮，保證頂板的厚度。氣囊作為芯模板（或內(nèi)模板）充氣后表面要向外擴(kuò)張，使原先制作的平面變成凸面，如果氣囊的制作工藝再差一點(diǎn)，比如膠囊壁內(nèi)的胎網(wǎng)線(xiàn)（或胎網(wǎng)布）分布不均勻，或氣囊經(jīng)過(guò)多次使用，不及時(shí)清理、保養(yǎng)，氣囊壁破損修補(bǔ)，橡膠厚度不勻，都可造成膠囊充氣后局部鼓包；另外，部分梁廠在板梁制作過(guò)程中疏于管理，對(duì)定位鋼筋的設(shè)置控制不嚴(yán)，定位鋼筋間距過(guò)大，氣囊在混凝土向上的浮力作用下，上浮位移較大，都將導(dǎo)致預(yù)制梁厚度不均勻和頂板局部厚度不足之缺陷。

膠囊上浮后，空心板頂板厚度減小，底板厚度增加，使得主要靠混凝土承壓的空心板受壓區(qū)混凝土截面減小，而主要靠鋼筋（或鋼束）來(lái)承擔(dān)拉力的受拉區(qū)無(wú)效自重增大。構(gòu)件由于受壓截面減小而使得中性軸向受拉區(qū)移動(dòng)，當(dāng)荷載增加時(shí)，受拉區(qū)鋼筋未達(dá)到屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土邊緣即進(jìn)入極限壓應(yīng)變狀態(tài)，使混凝土壓碎，嚴(yán)重影響到空心板梁的整體承載能力，危及車(chē)輛通行安全。

1.3 橋面鋪裝縱向裂縫（見(jiàn)圖3）

圖3 橋梁縱向裂縫實(shí)景

橋面鋪裝縱向裂縫的成因主要從設(shè)計(jì)和施工兩方面進(jìn)行分析。預(yù)制拼裝的空心板梁橋通過(guò)橋面混凝土鋪裝層、鉸縫混凝土和鉸縫鋼筋將空心板梁連為整體共同受力。設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為鉸縫只傳遞剪力，不承受彎矩，然而實(shí)際上空心板梁在主要承受縱向彎矩的同時(shí)，還要承受一定的橫向彎矩。這一橫向彎矩主要靠鉸縫頂面的混凝土鋪裝層來(lái)承擔(dān)，設(shè)計(jì)時(shí)未針對(duì)此力進(jìn)行鋪裝設(shè)計(jì)。混凝土鋪裝層厚度小時(shí)，配筋較少的情況下(鋼筋處于鋪裝層中部時(shí)，接近中心軸位置，對(duì)抗彎不起作用)，縱向裂縫的出現(xiàn)不可避免。小跨徑板梁由于梁高較矮，梁的抗扭剛度較小，在重車(chē)通過(guò)時(shí)將產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生較大的橫向彎矩，因此更容易出現(xiàn)鉸縫損壞及橋面鋪裝縱向裂縫。

施工過(guò)程中如果存在質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)橋面縱向裂縫的出現(xiàn)更是雪上加霜。施工中常出現(xiàn)鋪裝層厚薄不均勻(有時(shí)為了調(diào)坡，常常會(huì)犧牲混凝土鋪裝層的厚度)，橋面鋼筋網(wǎng)未按設(shè)計(jì)要求布設(shè)，鋼筋網(wǎng)緊貼橋面，削弱了鋼筋網(wǎng)的分布筋作用和承受荷載的能力；預(yù)留鉸縫鋼筋過(guò)短，錨固長(zhǎng)度不足，澆注橋面混凝土前鉸縫鋼筋與板頂面緊貼，導(dǎo)致鉸縫鋼筋和混凝土的粘結(jié)力下降，在較大的梁?jiǎn)柤袅ψ饔孟氯菀桌摗?/p>

1.4 橋面連續(xù)橫向開(kāi)裂（見(jiàn)圖4）

橋面連續(xù)縫處出現(xiàn)橫向裂縫，部分裂縫橫向貫通，該病害產(chǎn)生的原因是：橋面連續(xù)處橋梁承受負(fù)彎矩，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本就為帶裂縫工作結(jié)構(gòu)，在大車(chē)流量及重載交通的作用下，橋面連續(xù)縫處較易出現(xiàn)橫向裂縫。

圖4 橋面連續(xù)縫損壞實(shí)景

2 加固維修對(duì)策

2.1 維修空心板梁厚度過(guò)薄的頂板

對(duì)某橋梁空心板梁頂板厚度過(guò)薄的板梁進(jìn)行承載能力檢算，結(jié)果如表1所列。

表1 空心板梁（10 m板梁，頂板厚1.5 cm）承載能力檢算表

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，表明現(xiàn)狀板梁已不能滿(mǎn)足汽車(chē)-20級(jí)，掛車(chē)-100設(shè)計(jì)荷載要求，必須對(duì)其進(jìn)行維修加固。

2.1.1 確定空心板頂板厚度

對(duì)該橋梁橋面鋪裝破損嚴(yán)重處，采用鉆孔方式確定既有橋梁橋面鋪裝和空心板頂板厚度，即對(duì)板梁的1/4跨位置進(jìn)行鉆孔，以明確既有橋梁空心板頂板的厚度。

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)10 m空心板頂板厚度為4 cm及20 m空心板頂板厚度為8 cm時(shí)，板梁承載能力能夠滿(mǎn)足汽車(chē)-20級(jí)，掛車(chē)-100設(shè)計(jì)荷載要求（見(jiàn)表2）。

表2 空心板梁承載能力計(jì)算表

因此，對(duì)10 m空心板頂板厚度小于4 cm及20 m空心板頂板厚度小于8 cm的，需對(duì)頂板進(jìn)行維修加固；對(duì)10 m空心板頂板厚度大于等于4 cm及20 m空心板頂板，厚度大于等于8 cm的，可直接利用。

2.1.2 空心板頂板厚度過(guò)薄維修加固（見(jiàn)圖5）

圖5 空心板頂板厚度過(guò)薄維修設(shè)計(jì)圖

支模現(xiàn)澆8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板）C40鋼纖維混凝土頂板：

鑿除空心板至既有板梁頂面以下8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板），清理板梁空腔中混凝土碎塊，在板梁腹板中植入Φ10@150 mm鋼筋（植入筋需包裹住橋面鋪裝鋼筋并與之焊接），并水平放置Φ12@150 mm頂板鋼筋網(wǎng)，然后支模現(xiàn)澆8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板）厚的C40鋼纖維混凝土頂板，鋼纖維含量50 kg/m3。頂板混凝土需與橋面鋪裝混凝土一同澆筑。

2.2 重做機(jī)動(dòng)車(chē)道橋面鋪裝

橋面拆除重建結(jié)構(gòu)層為：8 cmC40鋼纖維混凝土橋面鋪裝+1 mm道橋用聚合物改性瀝青防水層+4 cmAC-13C（SBS改性）瀝青面層。

澆筑防水混凝土前，須將結(jié)合面鑿毛，并將結(jié)合面沖刷干凈，然后再澆筑防水混凝土。混凝土采用C40防水混凝土進(jìn)行鋪裝，采用泵送混凝土，其技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足泵送要求。聚丙烯腈纖維對(duì)攪拌設(shè)備和施工工藝沒(méi)有特殊要求。根據(jù)纖維的摻加量，加入備好的砂、石、水泥，一并在攪拌機(jī)中先干拌30 s，再加水濕拌1 min即可。加入纖維后的混凝土施工和養(yǎng)護(hù)，與不加纖維的混凝土相同。加入纖維后，混凝土的粘結(jié)性增強(qiáng)，塌落度稍有下降，建議調(diào)整外加劑用量，絕不可通過(guò)加大用水量進(jìn)行調(diào)整。在施工較大橋面時(shí)，需設(shè)置導(dǎo)流槽，從混凝土泵車(chē)經(jīng)導(dǎo)流槽直接輸送到橋面上。經(jīng)人工整平后用進(jìn)口振搗梁進(jìn)行振搗及平整。

2.3 維修機(jī)動(dòng)車(chē)道板梁鉸縫

（1）植筋維修板梁破壞的鉸縫：

對(duì)鉸縫破壞嚴(yán)重的部分橋梁采取植入鋼筋重新設(shè)置鉸縫構(gòu)造，即在板梁間相鄰腹板中植入Φ10@150 mm鉸縫鋼筋，以保證板梁橫向分布能夠發(fā)揮作用。鉸縫植筋包裹住橋面鋪裝鋼筋后，與橋面鋪裝鋼筋焊接在一起。鉸縫混凝土采用C40鋼纖維混凝土，同橋面鋪裝混凝土一起澆筑，使板梁和橋面鋪裝形成共同受力的整體（見(jiàn)圖6）。

（2）對(duì)鉸縫破壞不嚴(yán)重的部分橋梁采用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫維修。

圖6 板梁鉸縫植筋維修設(shè)計(jì)圖

2.4 重做機(jī)動(dòng)車(chē)道橋面連續(xù)構(gòu)造（見(jiàn)圖7）

圖7 橋面連續(xù)維修設(shè)計(jì)圖

對(duì)部分連續(xù)縫破壞嚴(yán)重的橋梁重做橋墩處橋面連續(xù)構(gòu)造。橋面連續(xù)構(gòu)造采用一層Φ16@200 mm的連接鋼筋，連接鋼筋長(zhǎng)3 m，橋縫兩側(cè)各長(zhǎng)1.5 m。橋面連續(xù)處混凝土采用C40鋼纖維混凝土。

2.5 重做機(jī)動(dòng)車(chē)道RG-80型鋼伸縮縫

將維修橋梁橋臺(tái)處伸縮縫改建為RG-80型鋼伸縮縫，伸縮縫安裝高度需根據(jù)新橋橋面標(biāo)高調(diào)整。

施工時(shí)拆除老橋伸縮縫后，采用Φ12@200 mm植入筋作為伸縮縫錨固鋼筋，重做伸縮縫緣帶。伸縮縫緣帶混凝土采用C50鋼纖維混凝土，鋼纖維摻量為50 kg/m3。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，橋面鋪裝層病害大部分是由于鋪裝層下的基礎(chǔ)——橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制不到位而引起的。因此，在橋梁施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工質(zhì)量控制至關(guān)重要，特別是對(duì)簡(jiǎn)支梁的板頂厚度、梁的預(yù)拱度、絞縫鋼筋的設(shè)置，以及梁板架設(shè)、安裝質(zhì)量等容易被忽視而又會(huì)引起鋪裝層損壞，影響橋梁使用和結(jié)構(gòu)安全的施工工序應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，從細(xì)節(jié)上對(duì)橋梁的施工質(zhì)量控制到位，使“百年大計(jì)，質(zhì)量第一”這句話(huà)能實(shí)實(shí)在在地落到實(shí)處。

實(shí)踐表明通過(guò)加固施工及工后檢測(cè)，上述橋梁橋面鋪裝加固方案的實(shí)施普遍獲得成功，能夠滿(mǎn)足《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）規(guī)定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性要求，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

[1]JTG/TJ22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]SZ-24-2006，公路大中修工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].