空心板梁橋病害成因分析及防治方法

(重慶交通大學土木工程學院　重慶　400074)

一、引言

國家公路交通是城市之間的紐帶，而橋梁是典型的公路交通之一。近年來，我國的橋梁建設事業發展迅速。板橋多用于中小型跨徑橋梁，分為裝配式板橋和整體式板橋。

板橋外形簡單、受載分析簡便。在目前基本橋型的梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋和組合橋中，考慮經濟的主要因素，中小跨徑橋梁一般采用裝配式空心板橋，該橋型有著良好的經濟效益。但是由于工程師在設計荷載時對實際荷載的估計存在誤差，對于變荷載和超重荷載作用下的分析缺乏系統的理論知識，使得結構在動力性能、振動特性、疲勞特性等方面的研究不足。空心板橋在運營幾年之后，就會發生鉸縫斷裂、橋面板單根板受力現象。鉸縫破壞以后，橋面板之間無法傳遞剪力，同時改變橋面荷載的橫向分布，使車輛在橋梁上通行時造成橋面板撓度過大甚至斷板現象，嚴重影響橋梁的安全通行。

二、病害成因分析

(一)橋面鋪裝問題

橋面鋪裝一方面與主梁各板連接保護橋面板，另一面直接與車輪接觸傳遞荷載。空心板橋的橋面鋪裝將車輛荷載傳遞并將其均勻分配作用于橋面板。在外部環境作用下整個橋面系的鋪裝可以很好地解決太陽暴曬、雨水沖刷腐蝕等問題，但是一旦橋面鋪裝出現問題就會影響整個橋梁結構體系受力，傳遞的荷載不能均勻分配導致受力集中也會影響行車的安全性。在小型橋梁結構中橋面鋪裝產生縱向裂縫尤為普遍，橋面系出現縱向裂縫長期發展會導致單板受力。空心板梁橋從設計到施工都應完全按照規定執行。設計時不能忽略對鉸縫承受彎矩的分析，鋪裝層、鉸縫混凝土、鉸縫鋼筋是受力的整體，鉸縫不僅傳遞剪力還傳遞彎矩，但在設計中很容易被忽略。空心板梁橋既存在著優點同時缺點也十分突出，建筑高度小就會導致抗扭剛度不能抵抗扭轉變形，當橋面上有重大荷載通過時就會產生過大的扭轉變形，在常年的累積下鉸縫就會出現損壞。其次，施工過程中鋼筋網未按規定要求布設,鋼筋網的受荷載能力就會受到限制，混凝土鋪裝層厚度不均勻都會導致縱向裂縫的開展。

(二)橋面滲漏水

排水系統的不完善以及橋面防水層的破壞都會造成橋面的滲漏水，從而導致橋梁的耐久性降低。發生滲漏水的部位主要存在于墩臺、梁間鉸縫、梁底裂縫處等幾個方面。外界侵入的水會腐蝕鋼筋混凝土，對橋面構件耐久性產生顯著影響。伸縮縫維護得當可以止水，但如果伸縮縫中嵌入垃圾或其他等雜物就會被行駛的車輛碾壓造成橡膠止水帶刺破,出現滲漏水現象。另外許多老橋會用一些瀝青填縫、橡膠填縫等，但并不能防止滲漏水現象。施工中橋面鋪裝厚度的差異經過長時間暴露在外部環境影響下，地表降水會漸漸滲入到空心板梁橋梁板。如果采購的防水材料不能滿足防水要求，橋面鋪裝會出現脫落等病害，嚴重造成梁板空腔積水。

(三)主要結構鋼筋銹蝕

橋梁承受外部荷載的作用，空氣、水等都對橋梁病害有著不可調控的影響。鋼筋在外界空氣和水的作用下發生化學反應，鋼筋銹蝕儼然成為了混凝土空心板梁橋的常見病害。當混凝土保護層較薄、澆筑不密實時橋面的滲漏水會導致箍筋腐蝕，從而產生順筋脹裂裂縫的現象。施工中的每一個環節都應嚴格監督，在條件充足時混凝土振搗不密實、混凝土碳化及雨水侵蝕容易引起主鋼筋銹脹開裂，嚴重時直接導致主筋裸露銹蝕。鋼筋在銹蝕后,發生銹蝕的物體體積膨脹,保護層出現順筋裂縫,鋼筋的屈服強度降低，鋼筋與混凝土的粘結力也逐漸下降。在工人操作中易出現混凝土振搗密實度不足、鋼筋與混凝土發生剝落現象。

(四)板梁裂縫

混凝土空心板梁的裂縫主要可分為梁底順筋縱向裂縫和橫向裂縫。橫向裂縫不引起主鋼筋剝落或銹蝕、裂縫寬度在允許值則視為正常現象。空心梁板在梁底順筋縱向裂縫可分為以下幾種情況討論:第一種是來自梁端的縱向裂縫。應力在釋放過程中過快形成或應力的不均勻釋放引起的較大壓應力使梁端混凝土順筋劈裂，甚至有在放張預應力筋時將鋼筋直接切斷現象。第二種情況是發生在空心板梁中部的縱向裂縫。一般由于空心板梁鋼筋保護層厚度不夠，預應力導致橫向泊松效應產生較大的拉應力使混凝土開裂。第三種裂縫多為鋼筋銹蝕膨脹導致順筋開裂，兩側具有明顯的高差。

三、病害防治方法

針對空心板梁橋病害的防治方法,主要從兩種途徑考慮。首先是防，對于一切的病害都要做到防病于未然。設計時要充分考慮自然界雨水的流向以及橋面積水排放的問題，避免橋面上的積水滲入到橋梁的主要結構內；排水設施要及時將雨水通過預設的管道排出。鉸縫構造設計不能僅考慮抗剪設計,還應考慮到其抵抗橫向彎矩的限制。鉸縫構造的加強除了在混凝土鋪裝層上適當的增加混凝土厚度，還可以可在橋面鋪裝底部鋼筋網處增加配筋率,提高空心板梁橋的強度。其次是治理，施工階段是影響橋梁病害的關鍵過程，因此加強施工過程的監測和控制對提高施工質量、完成施工指標起著關鍵性作用。施工質量不僅關系到橋梁壽命的長短,還會影響整個橋梁體系的安全。養護是整個流程的最后一步，但也是至關重要的。空心板梁橋維修和養護檢測不合格將直接導致整個橋梁工程的病害，工程中人員的每一個監測細節都尤為重要。養護不足或養護過程中出現的問題沒有及時處理會造成橋梁病害的發生發展。在實際工程中，應該防止一切因小病害得不到及時處理而發展成大面積病害的現象。

四、結語

針對混凝土空心板橋梁遇到的典型病害分析得出鉸縫的損傷不可避免，但是通過橋梁的監測管理研究可以將損傷值控制在一定的范圍內。這樣，就避免了因鉸縫損傷進一步破壞橋梁結構。鉸縫損傷的研究仍需要大量實驗深入地研究絞縫結構動力特性以及疲勞損傷評估，進一步對橋梁鉸縫破壞的各種原因進行分析，通過數值模擬建立模型病害分析，提出鉸縫優化和改進措施。橋梁病害可以通過設計、施工及養護的每一個環節加強監測防范。在我國公路建設發展中空心板梁橋所占有的比例越來越大，在城鄉建設和發展中發揮的作用也愈加重要。橋梁建設質量的保障，是提高空心板梁橋使用壽命的前提，也是減少橋梁病害發生的保證。