淺析早期預防鋼筋混凝土空心板梁橋單板受力的對策措施

羅秉義

【摘 要】針對國省干線特別是高速公路運營中空心板橋梁出現鉸縫脫落、單板受力早期現象的發生，如不加以及時處理或任期發展，會導致和影響橋梁安全和耐久性問題。從日常養護角度提出相應的對策和預防性養護措施，既能確保橋梁使用性能和營運周期，又能預防空心板橋梁早期破壞問題，以延長橋梁使用的周期壽命。

【關鍵詞】空心板梁 單板受力 早期破壞 對策 措施

隨著交通運輸事業的縱深發展，公路建設已進入發展的鼎盛階段。同時，公路養護管理特別是橋梁養護管理，從其安全性和耐久性的角度，橋梁養護顯得更為重要。從鋼筋混凝土橋梁出現的病害分析，除了設計方面不足、施工質量差等因素外，養護措施不及時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，筆者從養護的角度就鋼筋混凝土空心板梁橋分析病害產生及單板受力的原因，并闡述提出空心板橋針對性的預防養護措施。

1 空心板梁橋特征及產生病害描述

1.1空心板梁橋特征

由于預制裝配式鋼筋混凝土空心板結構橋梁，因其構造簡單，受力明晰，施工方便，工藝成熟等優點，在一般公路等級設計中，都被廣泛應用在中小跨徑的公路橋梁上， 根據我國現有的高、低等級公路統計表明，跨徑在15m以下公路橋梁中鋼筋混凝土空心板梁橋應用量在85%以上。體現了其經濟性和適用性。

1.2空心板梁橋早期病害描述

通過近年來不同等級公路的橋梁設計和應用，特別是高等級公路設計使用鋼筋混凝土空心板結構橋梁的反饋統計來看，其在短期（1—2年）運營過程中均會產生不同程度的早期病害。主要病害表現有以下類型：（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，一般出現在跨中附近，密布。（3）腹板斜裂縫，一般表現為支點附近的腹板斜裂縫，也有分布均勻并延伸到頂底板的環向斜裂縫。（4）頂板、腹板偏薄，開裂、露筋、局部壓碎。（5）鉸縫處開裂，嵌縫砂漿脫落，鉸縫與預制梁接觸面開裂、破損、滲水、橋面縱向開裂等現象。（6）支座局壓、擠出或脫空，相鄰支座被壓壞，梁板受扭矩作用產生鉸縫處撕裂、結構環向斜裂縫、單板受力等系列病害。綜合空心板梁橋的早期病害特征，以及空心板結構梁橋的薄弱環節，在此重點對鋼筋混凝土空心板結構梁橋的單板受力情況，預防橋梁早期破壞提出以下對策措施。

2 單板受力的成因分析

2.1設計理念問題

近年來，隨著公路交通流量逐年增大，由于早期空心板梁的設計對現實的荷載水平估計不足，往往滿足于規范對結構強度計算上的安全需要，而忽視結構體系、結構構造、材料、施工、后期維護等方面的問題。經查閱相關的設計資料，發現對空心板梁鉸縫混凝土的設計有缺陷，鉸縫混凝土只考慮了傳遞板間剪力，對其現實中長期跟隨梁板反復受彎的情況沒有特別的應對措施，導致鉸縫混凝土在頻繁大撓度受彎的情況下，呈現出節狀斷裂，進而擠碎。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，繼續發展則在該處鋪裝層松散開裂，傳遞至橋面，至此板間位置被完全剪斷，使梁體失去橫向聯系，從而使梁板獨立承受橋面的動力荷載，這就是鋼筋混凝土空心板梁單板受力。

2.2超載問題

由于現實交通的超載問題，客觀上就是公路橋梁的殺手锏。尤其是對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，使其最大撓度超過設計值，而且在反復的大撓度變形的情況下，導致橋面出現縱向溝槽影響通行，同時梁板容易出現橫向裂縫，鋼筋出現應力疲勞，極端情況下出現脆性破壞，引發斷板事故。

2.3解決對策

綜合上述分析，解決鋼筋混凝土空心板梁橋單板受力的關鍵，最核心的就是要恢復橫向聯系，使其相鄰梁板聯結起來，恢復橋梁結構體系，通過加強鉸縫鋼筋、提高鉸縫混凝土強度等級等措施來強化鉸縫，以增強鉸縫的抗剪能力。

3 處理措施

3.1傳統處理方法

鋼筋混凝土板橋傳統的處理方法，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。但這種方法相當于重做橋面系處理，不僅工作量大，施工周期較長，而且影響交通通行，費用成本也較高。特別針對只有個別梁板之間出現的單板受力，這種方法明顯養護成本較高。

3.2應用夾板加固法

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域，通過鋼板拉桿組合錨固和局部新做鉸縫混凝土的強制作用，約束其產生相對的位移，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，以達到共同承擔荷載的目的。圖1夾板加固法示意圖。

3.2.2加固方法

通過圖1可直觀看出，夾板加固法對板梁實施強制限位，從而避免相鄰梁板的相互撓曲錯動，以實現通過拉桿和鉸縫混凝土傳遞剪力。具體加固方法為：（1）根據梁板的跨度以及撓度變形的大小確定鉸縫上錨固點的數量，一般情況下，對于跨度在15m以下的預應力板梁，錨固點為3～5個。以較常見的跨徑為13m空心板梁橋為例，一般設置選用4個加固錨固點。（2）以橋梁跨中位置為起點，縱向按1.5m-1m-1.5m間距分布加固點。（3）每個加固點開鑿尺寸以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，在依次對開鑿點用速效快凝混凝土澆筑封面。（5）攤鋪瀝青面層壓實。

3.2.3夾板設計

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提早開放交通原則

在橋梁日常養護維修過程中，為盡快和提前開放交通，減少高速或國省干道上施工長時間封閉交通帶來巨大壓力，該加固法盡量采用速效快凝性的材料為宜。克服修補原材料選擇由于受到諸如天氣、維修工藝等因素的影響，材料選擇不當會造成次生病害的發生，且實施后質量難以保證。為此，經過實踐考察和應用，我們選擇了一種AC-K5路面坑洞修復劑，該材料對混凝土破損修復效果較好，特別是開放交通后，其檢成品測材料的后期強度非常理想。

4.2利于快速施工原則

4.2.1施工時間短

采用AC-K5路面坑洞修復劑養護時間短，施工需4～6小時后即可開放交通，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。

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，且無需大型拌和設備，可采取人工攪拌或小型攪拌機現場攪拌即可完成

4.2.3粘結性好

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

4.2.4易開放交通

早期強度較高，養生時間期短，與采用普通混凝土材料相比，減少封閉交通養護的環節，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：施工準備（施工現場需要的人員、機械設備）→對加固橋梁施工現場交通管制→加固點布局放樣→開鑿清理鉸縫混凝土→涂抹粘鋼膠找平梁板→進行夾板安裝→鉸縫灌注快硬性水泥砂漿→速效混凝土澆筑鋪裝層（1小時后）→攤鋪瀝青混合料壓實→開放交通即可

6 結語

運用該方法對小跨徑的鋼筋混凝土空心（實心矩形）板梁橋進行加固，簡便易行，造價低廉。不僅從理論上解決了橋梁的橫向連接、減少剪切破壞，而且對增強橋梁的橫向整體性、延緩橋梁早期疲勞破壞具有重要作用。同時也延緩橋梁過早的高成本投資，希望從事公路橋梁養護管理的廣大技術人員在養護實踐中不斷探索和總結，積極推廣應用新材料新技術，借鑒國內外橋梁養護管理成功經驗，不斷提高橋梁養護管理水平。

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