多跨簡支空心板梁橋的無縫改造

譚希

（中交通力建設股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

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多跨簡支空心板梁橋的無縫改造

譚希

（中交通力建設股份有限湖南分公司，湖南長沙 410015）

摘要：依托某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續處的病害調查和技術評定，提出無縫維修方案，通過對簡支空心板進行連續化改造，同時將橋臺位置的伸縮縫取消，延長橋面板并直接連接于后臺搭板。結果表明，無縫改造方案不僅能增強橋梁結構的承載能力，降低正彎矩加固所需成本，同時無需對伸縮裝置進行維修保養，可大大提升橋梁的使用壽命及性能。

關鍵詞：橋梁；加固改造；空心板；連續化；無伸縮縫；簡支梁

空心板簡支梁在小跨徑橋梁工程中應用十分廣泛，具有建筑高度低、施工簡單、自重輕、可預制等優點。但實際運營過程中空心板簡支梁會產生主梁承載力欠缺、伸縮裝置損毀、鋼筋腐蝕、橫向鉸縫破壞導致單板受力及砼碳化開裂等病害。空心板簡支梁的加固極其繁雜，其中單板受力病害情況尤為顯著。目前針對空心板簡支梁病害采取的加固措施有橫向預應力加固、去梁增肋法加固、橋面連續化加固。該文以某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋為研究背景，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續處的病害調查和技術評定，制訂橋梁無縫改造方案。

1　橋梁概況

1.1橋梁簡介

某六跨鋼筋砼簡支空心板梁橋是由新橋與舊橋構成的雙幅橋，每跨的標準跨徑為16 m，兩橋臺處分別設置一套伸縮裝置。橋梁表面連續，寬度為26.85 m，其中9.5 m寬行車道是左幅舊橋，原規定載荷為汽車-20級、掛車-100。橋梁表面使用水泥砼鋪筑，橋跨構造是使用C30砼預制或現場澆筑的空心板，下部構造使用漿砌塊石實體橋墩與直接基礎。目前，該橋左幅發生了多種病害，需要對其進行加固改造。

1.2橋梁現狀

對該橋開展外觀檢測與動力荷載試驗，同時針對其砼強度開展超聲波回彈檢測，結果表明該橋存在以下病害：

（1）橋面系與空心板主梁的鉸縫周圍存在多條豎向裂隙，隙寬最大達1.2 mm；墩頂橋面上存在多條水平裂隙，隙寬最大達1 mm。鉸縫還發生多處砼掉角、脫落及露骨的問題。

（2）橋墩與橋臺附近的地坪未發生開裂及地基移動或滑動等問題，其本身也無開裂、移動及沉陷等情況。墩臺大體無缺損，其主要病害為滲水。

（3）梁底和帽梁的間距緊密，支座損毀；個別人行道板存在水平通縫與缺少鋪裝的問題；調平層發生砼破碎；大部分泄水管失去排水功能，導致橋梁表面大量浸水；伸縮縫裝置未水平連通欄桿與人行道板，導致形變與阻塞。

（4）按JTG/T H21-2011《公路橋梁技術狀況評定標準》進行技術狀況評定，同時參考外觀檢測結果，該橋技術狀況評分僅59.2分，屬于第四類橋梁。動力荷載試驗測得一階頻率為5.37 Hz，與理論頻率的比值低于1，為0.93，表明該橋健康情況不佳。

2　橋梁改造方案

2.1橋梁加固方案

橋梁表面的鉸縫處存在多條縱縫，表明其水平剛度有所降低，加之在其最小截面處產生較強水平應力，因而這些縱縫擴展嚴重。

為了優化梁、板的水平分布，提高主梁的水平剛度，將發生單板受力大橋的鉸縫進行加固，增加對其表面整體化層的設置與處理，并鑿除原行車道板，以此加強大橋的總體承載能力。此外，對橋梁表面進行連續化設計時重新設置防水層，并及時清理泄水管內雜物使其暢通，防止積水流入梁體和下部結構。同時磨漿修復砼露骨與脫落之處，更換所有支座，并使用灌漿法封閉主梁與墩臺的裂隙。

對現有承載力過低的空心板進行加固。通常使用的方法是在梁體的底部粘貼碳纖維板或鋼板，通過加強其承受正彎矩的拉應力達到增強主梁承受外部荷載能力的目的。但該橋健康狀況非常差，經測算，單獨使用粘貼鋼板或碳纖維板的方法不能達到橋梁的承載力標準。

2.2無縫化改造方案

根據該橋現狀，制定橋墩部分連續化與橋臺部分無縫化的改造方案。在對橋墩處主梁跨中梁底進行粘貼碳纖維板加固的基礎上，將橋面連續轉換為結構連續，并減小跨中正彎矩，以此增強橋梁的受力性能。

因處在橋臺和上部結構連接處的伸縮裝置具有非常高的剛度差，與橋墩上的伸縮裝置相比，其更容易發生損毀。因此，解除橋臺上的伸縮裝置，構造無縫橋梁。同時由于橋臺后方的填土下沉經常引發橋頭跳車現象，對大橋造成嚴重影響，該方案還可在一定程度上減輕大橋的日常保養與維護，增強行車的平穩度。

無縫橋的類型多種多樣，通常采用延伸橋面板無縫橋、半整體式橋臺無縫橋和整體式橋臺無縫橋3種。整體式往往應用于橫向剛度較低的橋臺，而該橋采用具有剛性明挖基礎的實體橋臺，故不予考慮整體式。此外，半整體式在臺頂處的改造工作量較大，與之相比，延伸橋面板的成本較低，且無需進行過多改造，施工便捷。由此，選擇延伸橋面板的形式對該橋橋臺開展無縫化改造。

通過測算，將原橋拆除后重新建造一座橋梁需450萬元，而采取上述方案對原橋進行加固改造僅需260萬元，遠低于前者。該加固方案技術上、經濟上均可行。

3　無縫化改造設計

在過去的T梁橋實際施工中，已多次成功將多跨簡支梁改造為連續梁，但由于空心板受到自身構造的約束，其連續化改造的現實應用并不多，僅文獻［7］使用負彎矩預應力筋束開展連續化改造。但通過預應力束進行改造的成本過高，且結構繁復。因此，該橋以普通鋼筋設置負彎矩筋開展連續化改造。加固步驟為鑿除橋梁表面鋪裝→改換支座→加固主梁→修復梁、墩、臺常見病害（露筋、裂縫）→改造主梁簡支為連續→連續化改造橋臺→改造橋梁表面整體化層。

3.1支座改換

將六孔簡支梁改造為六孔貫通的連續梁。因為兩毗鄰跨的空心板間距小，故維持支座原本的設置，采取雙支座的形式進行改造。原油毛氈支座損毀嚴重，為此將所有橋墩處的支座換成板式橡膠材質，將所有橋臺處的支座換成四氟板式橡膠材質，以應對大橋在無縫化改造后縱向形變的可能性。

無論是僅改換單跨單側支座，還是改換單跨兩側全部支座，為了確保同側同跨的頂升同步及梁體在該過程中平均受力，需使用相同規格的千斤頂，同時穩定千斤頂的放置，并在其底部鋪設300 mm× 300 mm×20 mm鋼板，在其頂部鋪設250 mm× 250 mm×20 mm鋼板。并根據豎直方向的位移與油壓表讀數控制頂升操作。頂升過程中安裝臨時支點（見圖1），根據安裝在橋梁表面上的測量標識得到豎直方向的位移，豎直方向位移的差值必須大致相等。頂升高度的設計以方便改換舊橋支座為原則，同時為了增大接觸點與面積，增強頂升體系的穩固度，保證大橋結構的安全，頂升結束后立刻于上、下梁間布置多個鋼筋砼預制塊以構建臨時支點。

圖1　橋墩、臺處支座改換過程示意圖

3.2橋墩處無縫化改造

支座改換后，將簡支主梁連續化。施工步驟如下：1）鑿除原橋面鋪裝層與支點處伸縮縫；2）按錯開方式，鑿除每跨空心板梁端與頂板3.5 m區域內的砼；3）現澆段布置鋼筋，并將梁端1 m內的砼填實，同時澆筑0.7 m頂板、1.8 m截面過渡段的砼；4）將防水涂料均勻涂滿頂面，并澆筑厚度為100 mm的C50聚丙烯纖維防水砼。

連續化改造后，橋梁內支點處會產生負彎矩。為了增強斜截面的抗剪承載力，增加支點截面壁的厚度，并將支點周圍腹板漸變段的厚度增加15 cm，將頂、底板漸變段的厚度增加12 cm，長度取1.8 m。通過測算，在每塊空心板頂板處安裝8根按10 cm等距離布置的直徑25 mm的HRB335縱向負筋N1，以抵抗橋墩處的負彎矩。此外，由于橋臺處延伸橋面板也出現負彎矩，而該值遠低于空心板，故其支點處也應增強抗剪承載力，出于施工便捷的目的，參照橋墩處的加固方法進行類似改造。板端的加固與鋼筋配制設計見圖2、圖3。

圖2　橋墩處無縫化改造加固設計（單位：cm）

圖3　橋墩、臺處無縫化改造鋼筋配制設計（單位：cm）

使新負筋和舊豎向鋼筋相連，按鑿除次序澆筑主梁砼，使兩毗鄰跨的梁體連成一體。使用密實度較高的微膨脹砼，確保后澆筑砼和主梁的整體性。

3.3橋臺處無縫化改造

延伸橋面板無縫橋是借助臺后搭板，將大橋溫度伸縮變形的關鍵部分引至路面和搭板的連接處，以取消橋臺處的伸縮裝置，確保搭板在主梁伸縮變形時的滑動阻力低是其核心目標。如圖4所示，先維持原本支座與橋臺設計，將原油毛氈支座改換成不銹鋼四氟板式橡膠支座，并鑿除橋臺側墻搭板與臺后搭板下31 cm左右的臺后回填土。為方便臺后搭板經過，鑿除橋臺背墻過高的部分，并于背墻頂部鋪設一層1 cm油毛氈滑動面。最后鑿除橋臺處空心板梁端頂板3.5 m區域的砼，并用砼填充梁端1 m區域內的空心部分。為了傳遞軸向力，于搭板和梁端間提前設置下部聯結鋼筋。

圖4　橋臺處無縫化改造設計（單位：cm）

完成橋臺處主梁砼澆筑后，進行臺后搭板澆筑。為了避免主梁延展轉角變形至搭板，降低聯結處的負彎矩，限制裂縫的出現，如圖4所示，在與背墻里側對齊的地方布設一條施工縫，鋪一層瀝青二度，同時在其上沿填補軟木條。

在每側橋臺后安裝2塊搭板，每塊長4 m。將細砂均勻鋪于搭板底部，厚度約5 cm，減小基礎和搭板間的摩擦力，使主梁的伸縮形變傳遞更佳。為了避免搭板遠橋臺端由于路基剛度過低而突然沉陷，于兩搭板間安裝枕梁以完成剛度過渡。為了抵抗橋跨結構（含搭板體系）發生的縱橋向位移，減緩剛性路面由于約束膨脹導致的縱向壓力，于搭板和路基間、兩搭板間分別布設一條2 cm脹縫。此外，挖掘底端基坑后，在搭板底端均勻鋪設素砼層，厚度為30 cm左右，以此確保搭板底端承載力達到標準要求，增加其強度。

3.4空心板結構等修理和加固

使用注漿封閉主梁裂隙，并對砼脫落、露筋之處加以磨漿修補。采取粘貼碳纖維板的方法加固空心板梁，于跨中8 m區域內的主梁底部設置2條碳纖維板，厚度為1.4 mm，以增強主梁截面的承載力，加強結構的安全穩定性。

為了同時滿足防水及橋墩處主梁受負彎矩的抗裂需求，使用低收縮與密實性能較優的C50聚丙烯纖維防水砼處理新澆筑橋梁表面的砼鋪裝層。由于結構體系發生轉換，橋墩頂部將出現負彎矩，于橋梁表面現澆層頂端布設鋼筋網，直徑為10 mm，并于鋼筋網下部設置縱向受力鋼筋，直徑為20 mm，同時將負筋與車道鋪裝鋼筋網綁扎，使部分負彎矩得到抵抗。在預制板頂端設置部分12 mm定位鋼筋，確保鋼筋的位置。此外，為了增強橋梁表面的防水性能，在主梁頂部與橋梁表面現澆層間涂一層水泥基結晶型防水涂料。對舊橋表面進行鑿毛處理，并植入20 mm CRB550冷軋帶肋鋼筋，以提高后澆砼和原構件的穩定連接。由文獻［8］可知，I形與倒L形鋼筋的抗剪能力在相同前提下弱于π形植筋，故參照圖5（a）選用抗剪連接件，并按照圖5（b）將鋼筋連接起來，順著鉸縫按20 cm等距離設置。

圖5　橋梁表面現澆層和原結構連接件設計（單位：cm）

4　結語

該文以某多跨鋼筋砼簡支空心板梁橋為研究背景，基于運營階段橋臺處伸縮裝置、橋面連續處的病害調查和技術評定制訂無縫維修方案，包含簡支板改為連續板和消除橋臺處的伸縮縫兩方面。前者能增強橋梁結構的承載能力，降低正彎矩加固所需的成本；后者可免除伸縮裝置的維修保養，提升橋梁的使用壽命及性能。實踐表明，通過實施無縫化改造，橋梁的結構功能得到優化，整體受力性能有所增強，并可減少病害的發生和加固工程的支出，實現結構的可持續發展。無縫化改造在橋梁加固領域具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

［1］ 詹華熙，王國亮，魏洪昌.橋面補強層加固法系統研究［J］.公路交通科技，2006，23（4）.

［2］ 趙淑敏.預應力空心板施加橫向預應力設計與施工技術研究［J］.公路交通科技：應用技術版，2007（8）.

［3］ 池林海，蒲廣寧，賴忠科，等.去梁增肋法在新村大橋加固中的應用［J］.公路，2008（7）.

［4］ JTG/T H22-2011，公路橋梁技術狀況評定標準［S］.

［5］ 潘俊山，于德營.簡支變連續加固T梁方法的研究［J］.北方交通，2008（1）.

［6］ 陳生年.簡支變連續自應力法加固舊橋的數值分析研究［D］.大連：大連理工大學，2007.

［7］ 于志勇，陳宇新，齊正宏.簡支空心板梁橋上部結構加固［J］.遼寧交通科技，2006（2）.

［8］ 胡鐵明.簡支變連續法加固混凝土梁橋疲勞試驗研究［D］.大連：大連理工大學，2009.

中圖分類號：U445.7

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0222-04

收稿日期：2015-12-15