鋼筋混凝土空心板橋常見病害與技術狀況分析

陳鋒

(宜章縣投資發展集團有限公司，湖南 郴州 424200)

鋼筋混凝土空心板橋施工工藝簡單、施工周期短、耐久性好，在中國應用廣泛。但其空心板底易產生裂縫、板間鉸縫失效，導致橫向連接減弱，造成“單板受力”現象，橋面系也易產生局部病害，影響橋梁結構安全性和耐久性。張勝龍就空心板橋上部結構常見病害成因進行分析，提出了板底裂縫、鉸縫失效、橋面病害等加固方法。付雷、肖凱東等結合工程實例，對運營期鋼筋混凝土空心板橋病害進行檢測，分析其產生原因，進而提出加固技術措施。陳海威根據檢測數據對某鋼筋混凝土空心板橋的承載能力進行了分析評價。陳勁超借助ABAQUS軟件建立常見裝配式簡支空心板橋線彈性模型，分析鉸縫內部及鉸縫與板梁接觸面的應力隨荷載橫向、縱向移動的變化規律，研究裝配式混凝土空心板橋的破壞機理并提出加固措施。該文對湖南省邵陽市資江二橋引橋進行結構檢測，分析其常見病害，評估其技術狀況并給出維修建議。

1 工程概況

資江二橋地處湖南省邵陽市大祥區，位于國道G320線上，橋梁全長538 m。引橋上部結構為14×16 m普通鋼筋混凝土預制空心板和3×16 m普通鋼筋混凝土整體現澆空心板，下部結構為雙柱式墩、樁基礎。

2 主要病害分析

檢測發現，資江二橋引橋鋼筋混凝土空心板橋普遍存在板底裂縫、鉸縫失效、橋面鋪裝裂縫、支座剪切變形等病害。

2.1 主要承重構件病害分析

2.1.1 普通鋼筋混凝土預制空心板病害分析

資江二橋引橋第1～14跨為16 m跨預制鋼筋混凝土簡支空心板梁，檢測發現：1)每片空心板底均存在較多橫向裂縫，部分裂縫已橫向貫通并向腹板延伸，且滲水析白嚴重。橫向裂縫大部分位于1/4L～3/4L處，裂縫寬度為0.08～0.28 mm，靠跨中處裂縫寬度較大，遠離跨中處裂縫寬度較小，其中寬度超過0.25 mm的裂縫(超限裂縫)位于第1跨和第2跨、第5跨和第6跨的部分空心板。2)少部分空心板底出現1～2條縱向裂縫，裂縫長度較大，裂縫寬度0.10～0.18 mm。3)每跨兩側腹板靠近支座位置均出現斜向剪切裂縫，裂縫寬度0.12～0.25 mm。4)每跨兩側腹板1/4L～3/4L處出現豎向裂縫，裂縫寬度0.10～0.18 mm。第1跨空心板病害見圖1。

圖1 第1跨空心板底病害示意圖(單位：m)

病害的主要成因：1)鋼筋混凝土空心板本身強度、剛度較小，空心板之間的橫向連接較薄弱，易造成鉸縫失效，形成“單板受力”；2)支座受力不均勻，在車載作用下，部分空心板間的鉸縫失效，造成橋梁結構的整體性較差，出現“單板受力現象”，導致空心板無法有效分配車輛荷載，直接由單塊空心板承受車載作用，產生疲勞破壞，進而產生底板裂縫和腹板裂縫，并使原有裂縫得以延伸和擴展，使梁板扭轉導致斜向裂縫。

2.1.2 普通鋼筋混凝土整體現澆空心板病害分析

引橋第15～17跨為16 m跨現澆鋼筋混凝土簡支整體空心板梁，檢測發現：1)第15跨空心板底出現較多橫向裂縫，裂縫寬度0.08～0.16 mm。2)第16跨、第17跨空心板底在車行道處底部已用碳纖維布加固，但碳纖維布已出現老化現象，且未粘貼碳纖維布的地方出現較多橫向裂縫，裂縫寬度0.08～0.15 mm。3)局部空洞多處滲水嚴重，且滲水處板底鉆孔發現板內積水嚴重，有較多水從孔內流出。典型病害見圖2。

圖2 引橋空心板底病害

病害的主要成因：1)橋面排水系統失效，雨水等從鉸縫滲至空心板，引起空心板滲水、泛堿析白，局部混凝土強度降低；2)橋面防水層未做好，較多雨水滲入；3)混凝土空心板澆筑時振搗不充分。

2.2 一般承重構件病害分析

一般承重構件主要病害如下：39處鉸縫出現開裂且多數鉸縫貫通并出現滲水析白現象；8處鉸縫破損和銹脹露筋；2處板底滲水；2處蜂窩；1條縱縫。典型病害見圖3、圖4。

圖3 鉸縫開裂滲水

圖4 銹脹露筋

空心板梁橋通過現澆層、鉸縫傳遞橫向剪力和荷載。在車輛荷載等作用下，空心板之間的鉸縫易失效，橫向鏈接作用減弱，造成空心板無法共同受力，產生“單板受力”。加上雨水滲入鉸縫，沖刷空心板側壁，腐蝕空心板鋼筋，造成空心板耐久性減弱，使被雨水滲透的鉸縫出現析白、混凝土剝落等現象。

2.3 支座主要病害分析

該引橋采用板式橡膠支座，其中多數支座出現輕微老化開裂現象，少數支座存在橫向剪切變形和局部脫空問題(見圖5)。

圖5 支座剪切變形

造成以上支座病害的主要原因：1)車輛荷載的反復作用，使支座發生非彈性變形，進而出現剪切變形、損傷、老化開裂等；2)鉸縫失效導致“單板受力”，支座間受力不均，出現單個支座應力集中、局部脫空等現象。

2.4 錐坡、護坡主要病害分析

錐坡和護坡是為保護路堤邊坡不受沖刷而在橋涵與路基相接處修筑的構筑物。在雨水及河水的沖刷下，錐坡常出現隆起、凹陷、下沉、坍塌等現象，對橋梁結構、土體穩定及車輛等產生極大安全隱患。該引橋存在一處護坡下沉，并導致橫向開裂，最大裂縫寬度2 cm(見圖6)。該處錐坡還存在1條豎向貫通縫和1條斜向裂縫，長1.5 m，主要是由橋臺填土不密實而導致的沉降開裂。

圖6 護坡下沉開裂

2.5 橋墩、橋臺主要病害分析

橋墩是多跨橋的中間支撐結構，起著承上啟下的作用，并將橋上荷載和車輛荷載傳遞至基礎。橋臺是支撐橋梁上部結構和路堤相銜接的構筑物，將橋上荷載傳遞至土基，并抵擋土壓力、穩定路基、連接橋梁與道路。該引橋橋墩、橋臺的缺陷和病害主要有墩上蓋梁滲水和開裂、墩上蓋梁擋塊開裂和銹脹、橋臺豎縫和滲水析白等(見圖7)。橋墩蓋梁和擋塊開裂主要是由樁基不均勻沉降和局部應力所引起，橋臺擋土壓力過大及基礎不均勻沉降會導致橋臺結構開裂，進而產生裂縫，甚至造成橋臺滑移。

圖7 橋墩、橋臺病害統計

2.6 橋面系主要病害分析

橋面系是橋梁的附屬設施，其中橋面鋪裝體系直接承受車輛、人群荷載，并將其傳遞至主要受力構件。該引橋橋面鋪裝存在較多縱橫向裂縫，裂縫都較長，并伴有局部凹陷破損，且形成淺坑槽(見圖8)。第6跨橋面病害見圖9，整跨橋面存在縱橫向裂縫，其中橫向裂縫多為貫通裂縫，縱向裂縫大多集中在右側車道，局部混凝土破損面積達4 m2。同時多處伸縮縫被泥沙堵塞，部分伸縮縫錨固區混凝土破損(見圖10)；人行道防撞墩墩頂存在橫向通縫；兩側護欄混凝土銹脹開裂，局部存在破損。

圖8 橋面破損

圖9 第6跨橋面病害示意圖(單位：m)

圖10 伸縮縫堵塞、錨固區混凝土破損

造成上述病害的原因：1)橋面鋪裝層剛度不足，在重載、超載及沖擊荷載作用下產生較大變形，局部產生附加應力，導致橋面鋪裝層產生較多縱向裂縫及混凝土破損；2)橋面排水設施不完善，在雨水、環衛清潔用水等沖刷作用下，伸縮縫堵塞，而車輛超載等現象使應力集中，造成局部混凝土破損；3)橋側護欄防腐不到位，在溫度、濕度較高的條件下，護欄極易生銹膨脹，導致護欄埋入端混凝土開裂。

3 混凝土材料性質測試

混凝土是橋建工程中應用最廣泛的材料，其強度、材料性質等與橋梁結構承載能力、安全性、耐久性息息相關，不論是在橋梁施工階段還是運營期間，對混凝土質量的把控都至關重要。

3.1 混凝土強度與碳化深度測試

回彈法是應用最廣的無損檢測方法，它利用回彈儀，通過混凝土抗壓強度與表面硬度之間的關系及回彈高度與混凝土表面硬度的比列關系來檢測混凝土構件的抗壓強度。對該引橋進行梁、墩蓋梁及立柱混凝土強度測試，測試結果見圖11～13。

圖11 第1跨13#梁跨中腹板回彈強度推算值

圖12 12#墩蓋梁回彈強度推算值

圖13 12#墩2#立柱回彈強度推算值

由圖11～13可知：第1跨13#梁跨中處腹板混凝土強度推定值為36.9 MPa，推定強度勻質系數為1.23，平均強度勻質系數為1.37，混凝土碳化深度平均值為3.5 mm。參照JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》中實測強度狀況評定標準，混凝土強度良好，評定標度為1。12#墩蓋梁混凝土強度推定值為35.1 MPa，推定強度勻質系數為1.17，平均強度勻質系數為1.29，混凝土碳化深度平均值為3.0 mm。根據JTG/T J21—2011，該處混凝土強度良好，評定標度為1。12#墩2#立柱混凝土強度推定值為27.9 MPa，推定強度勻質系數為1.11，平均強度勻質系數為1.17，混凝土碳化深度平均值為3.0 mm。根據JTG/T J21—2011，該立柱混凝土強度良好，評定標度為1。

3.2 混凝土保護層厚度測試

選取第1跨、第5跨空心板進行混凝土保護層厚度測試，測試結果見圖14。

圖14 混凝土保護層厚度測試

根據圖14，第1跨13#梁、第5跨12#梁跨中區域混凝土保護層厚度特征值分別為35.7 mm、32 mm，混凝土保護層厚度特征值/設計值均大于0.95。參照JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》中混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性的評判標準，混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性的影響不顯著，評定標度為1。

3.3 橋梁基頻采集

利用DH5922N通用型動態信號測試分析系統，采用環境自然激勵方法測試該引橋的自振頻率，結果見圖15。

圖15 引橋第17跨16 m空心板的基頻測試結果

由圖15可知：該引橋第17跨16 m空心板的實測基頻為8.105 Hz，理論計算基頻為5.641 Hz?；l實測值大于理論計算值，說明橋梁的實際剛度比理論計算剛度大，評定標度為1。

4 橋梁技術狀況評定

按照CJJ 99—2017《城市橋梁養護技術標準》對橋梁定期檢查的要求分別對資江二橋引橋橋面系構造、上部構件、下部結構病害進行檢測，采用先構件后部位再綜合并與單項直接控制指標相結合的方法進行評估。根據檢測結果，該引橋上部結構得分為55.09，下部結構得分為82.46，橋面系得分為68.20。根據各部位權重，計算得到該引橋的總體技術狀況評分為68.66。依據CJJ 99—2017，判定該引橋總體技術狀況為第三類、主要承重構件與一般承重構件為第四類，按橋梁主要部件最差的缺損狀況進行評定，該橋為四類橋(差)。

5 主要病害處理

(1)對空心板裂縫進行封閉，對缺陷進行修復，同時在空心板底增設泄水孔。

(2)對空心板結構進行補強，提高橋梁承載能力，使橋梁結構滿足公路-Ⅱ級荷載標準要求。

(3)對蓋梁負彎矩區域進行補強。

(4)對支座進行防銹處理，必要時予以更換。

(5)更換橋面系。

(6)對橋臺表面裂縫進行灌縫封閉。

(7)橋梁維修加固前，進行交通管制，限載10 t，限速15 km/h。

6 結語

為保障橋梁的正常運營，保證其具有足夠的安全性和耐久性，對運營期鋼筋混凝土空心板橋進行檢測、養護、加固尤為重要。通過檢測發現病害，根據橋梁的實際狀況確定加固方案，采取加固措施維護橋梁結構的安全。