淺談空心板簡支梁橋面鋪裝病害成因分析及加固維修對策

范秀萍，劉康康

0 引言

空心板簡支梁的橋面鋪裝除直接承受車輛荷載的碾壓、沖擊之外，還承擔著將車輛荷載向各個板梁傳遞分配的功能，同時對整個橋梁結構起著防水、防曬、防侵蝕等防護作用。橋面鋪裝的病害直接影響到橋梁的外觀、行車舒適性和安全性。橋梁橋面鋪裝病害有多種類型，本文將以工程實例對各種病害的形式、成因及防治措施進行說明和論述。

對橋面鋪裝病害的成因和尋求有效的處治方法，一直是工程建設者和公路養護技術人員長期努力解決的難題。特別是一些中小跨徑橋梁，其主要結構形式為混凝土簡支空心板梁結構，在重荷載、高流量和長時間的作用下，橋面鋪裝層逐漸產生各種病害，如起皮、松散、剝落、破碎等，嚴重影響了行車安全和舒適度及橋梁的使用壽命。現就此類公路橋面鋪裝病害成因及維修加固方法進行探討。

1 典型病害成因分析

1.1 橋面坑洞及沉陷（見圖1）

圖1 橋面坑洞實景

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致：設計預應力梁起拱高度對橋面厚度的影響；空心板梁在預制過程中梁高控制的誤差，空心板偏高，則相應的部位橋面鋪裝層厚度減小；橡膠支座標高控制誤差，板梁頂偏高，則相應的橋面厚度減小。

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，強度降低，導致混凝土表面開裂。在橋面鋪裝施工前，梁頂面的污物未清除干凈；在預制空心板時，空心板頂面拉毛深度不足，導致橋面鋪裝層與空心板頂面粘結不牢固。

1.2 空心板梁板頂厚度過薄（見圖2）

圖2 板梁頂板厚度過薄實景

造成空心板頂板厚度過薄的原因主要是：空心板梁預制時采用橡膠膠囊作為成孔工具，其重量相對較輕，且結構簡單，安裝和拆卸方便快捷，適合混凝土施工連續性的要求，但橡膠膠囊的最大的缺點就是重量及剛度不足，為了抵抗混凝土澆搗過程中的浮力，就必須間一定距離設置定位鋼筋，限制氣囊上浮，保證頂板的厚度。氣囊作為芯模板（或內模板）充氣后表面要向外擴張，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，比如膠囊壁內的胎網線（或胎網布）分布不均勻，或氣囊經過多次使用，不及時清理、保養，氣囊壁破損修補，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程中疏于管理，對定位鋼筋的設置控制不嚴，定位鋼筋間距過大，氣囊在混凝土向上的浮力作用下，上浮位移較大，都將導致預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混凝土截面減小，而主要靠鋼筋（或鋼束）來承擔拉力的受拉區無效自重增大。構件由于受壓截面減小而使得中性軸向受拉區移動，當荷載增加時，受拉區鋼筋未達到屈服強度，受壓區混凝土邊緣即進入極限壓應變狀態，使混凝土壓碎，嚴重影響到空心板梁的整體承載能力，危及車輛通行安全。

1.3 橋面鋪裝縱向裂縫（見圖3）

圖3 橋梁縱向裂縫實景

橋面鋪裝縱向裂縫的成因主要從設計和施工兩方面進行分析。預制拼裝的空心板梁橋通過橋面混凝土鋪裝層、鉸縫混凝土和鉸縫鋼筋將空心板梁連為整體共同受力。設計時認為鉸縫只傳遞剪力，不承受彎矩，然而實際上空心板梁在主要承受縱向彎矩的同時，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承擔，設計時未針對此力進行鋪裝設計。混凝土鋪裝層厚度小時，配筋較少的情況下(鋼筋處于鋪裝層中部時，接近中心軸位置，對抗彎不起作用)，縱向裂縫的出現不可避免。小跨徑板梁由于梁高較矮，梁的抗扭剛度較小，在重車通過時將產生較大的扭轉變形，產生較大的橫向彎矩，因此更容易出現鉸縫損壞及橋面鋪裝縱向裂縫。

施工過程中如果存在質量問題，對橋面縱向裂縫的出現更是雪上加霜。施工中常出現鋪裝層厚薄不均勻(有時為了調坡，常常會犧牲混凝土鋪裝層的厚度)，橋面鋼筋網未按設計要求布設，鋼筋網緊貼橋面，削弱了鋼筋網的分布筋作用和承受荷載的能力；預留鉸縫鋼筋過短，錨固長度不足，澆注橋面混凝土前鉸縫鋼筋與板頂面緊貼，導致鉸縫鋼筋和混凝土的粘結力下降，在較大的梁問剪力作用下容易拉脫。

1.4 橋面連續橫向開裂（見圖4）

橋面連續縫處出現橫向裂縫，部分裂縫橫向貫通，該病害產生的原因是：橋面連續處橋梁承受負彎矩，鋼筋混凝土結構本就為帶裂縫工作結構，在大車流量及重載交通的作用下，橋面連續縫處較易出現橫向裂縫。

圖4 橋面連續縫損壞實景

2 加固維修對策

2.1 維修空心板梁厚度過薄的頂板

對某橋梁空心板梁頂板厚度過薄的板梁進行承載能力檢算，結果如表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

根據上述計算結果，表明現狀板梁已不能滿足汽車-20級，掛車-100設計荷載要求，必須對其進行維修加固。

2.1.1 確定空心板頂板厚度

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

計算結果表明，當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，板梁承載能力能夠滿足汽車-20級，掛車-100設計荷載要求（見表2）。

表2 空心板梁承載能力計算表

因此，對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，需對頂板進行維修加固；對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 空心板頂板厚度過薄維修加固（見圖5）

圖5 空心板頂板厚度過薄維修設計圖

支模現澆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，然后支模現澆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 重做機動車道橋面鋪裝

橋面拆除重建結構層為：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，須將結合面鑿毛，并將結合面沖刷干凈，然后再澆筑防水混凝土。混凝土采用C40防水混凝土進行鋪裝，采用泵送混凝土，其技術指標滿足泵送要求。聚丙烯腈纖維對攪拌設備和施工工藝沒有特殊要求。根據纖維的摻加量，加入備好的砂、石、水泥，一并在攪拌機中先干拌30 s，再加水濕拌1 min即可。加入纖維后的混凝土施工和養護，與不加纖維的混凝土相同。加入纖維后，混凝土的粘結性增強，塌落度稍有下降，建議調整外加劑用量，絕不可通過加大用水量進行調整。在施工較大橋面時，需設置導流槽，從混凝土泵車經導流槽直接輸送到橋面上。經人工整平后用進口振搗梁進行振搗及平整。

2.3 維修機動車道板梁鉸縫

（1）植筋維修板梁破壞的鉸縫：

對鉸縫破壞嚴重的部分橋梁采取植入鋼筋重新設置鉸縫構造，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（見圖6）。

（2）對鉸縫破壞不嚴重的部分橋梁采用環氧樹脂灌縫維修。

圖6 板梁鉸縫植筋維修設計圖

2.4 重做機動車道橋面連續構造（見圖7）

圖7 橋面連續維修設計圖

對部分連續縫破壞嚴重的橋梁重做橋墩處橋面連續構造。橋面連續構造采用一層Φ16@200 mm的連接鋼筋，連接鋼筋長3 m，橋縫兩側各長1.5 m。橋面連續處混凝土采用C40鋼纖維混凝土。

2.5 重做機動車道RG-80型鋼伸縮縫

將維修橋梁橋臺處伸縮縫改建為RG-80型鋼伸縮縫，伸縮縫安裝高度需根據新橋橋面標高調整。

施工時拆除老橋伸縮縫后，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 結語

通過以上分析可知，橋面鋪裝層病害大部分是由于鋪裝層下的基礎——橋梁結構施工質量控制不到位而引起的。因此，在橋梁施工過程中，結構構件的施工質量控制至關重要，特別是對簡支梁的板頂厚度、梁的預拱度、絞縫鋼筋的設置，以及梁板架設、安裝質量等容易被忽視而又會引起鋪裝層損壞，影響橋梁使用和結構安全的施工工序應進行重點關注，從細節上對橋梁的施工質量控制到位，使“百年大計，質量第一”這句話能實實在在地落到實處。

實踐表明通過加固施工及工后檢測，上述橋梁橋面鋪裝加固方案的實施普遍獲得成功，能夠滿足《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）規定的強度、剛度、穩定性和耐久性要求，具有較好的實用價值。

[1]JTG/TJ22-2008，公路橋梁加固設計規范[S].

[2]SZ-24-2006，公路大中修工程質量檢驗評定標準[S].