新型組合橋面板在舊橋加固中的應用

摘要：以橋梁橋面板病害處治設計為主要研究內容，對舊橋橋面板出現的病害原因做分析，通過多種處治方案的比較，選擇采用新型組合橋面結構作為維修加固橋面板，該類橋面板優點較多，不增加二期恒載下達到維修加固目的，同時便于施工質量控制及快速化施工，對該類橋梁病害處治提供一定借鑒和參考。

關鍵詞：舊橋; 新型組合; 維修加固

中國分類號：U445.7+1B

［定稿日期］2022-08-12

［作者簡介］彭世恩（1980—），男，碩士，高級工程師，從事大跨橋梁和舊橋維修加固設計工作。

0 引言

橋面板是橋梁結構中直接承受車輛輪壓的結構，將車輛荷載傳遞給主梁及下部承重結構，常見橋面板多為鋼筋混凝土構造。隨著橋梁服役時間的增加，橋面板出現病害的幾率較大，其損壞將直接影響車輛通行，危及橋梁整體壽命。

公路橋梁早期建設的橫置橋面板，由于材料老化、局部結構受損，加之車輛荷載提升和外部環境變化等等因素影響，已進入了加固維修周期［2］。常規方式通常鋼筋混凝土橋面板進行復制替換，該種方案不僅自重大、施工工期長、對周邊的交通影響大，結構承載力也較難有大的提升以滿足現階段車輛荷載要求。維修加固后橋面板耐久性也較差，病害可能反復出現，對橋梁后期管養和道路保通造成極大困難，所以對于該類橋梁的維修病害處治，急需尋找一種新型橋面板解決該類病害。

1 工程概況

該橋大橋上跨四川境內的嘉陵江，上部結構為8×10.0 m（剛架梁）+2×72.0 m（鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+2×130.0 m（主跨為鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+1×72.0 m（邊跨為鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+2×7.5 m（剛架梁），橋面橫向布置為0.2 m（欄桿）+2.0 m（人行道）+9.0 m（行車道）+2.0 m（人行道）+0.2 m（欄桿），下部結構為重力式墩臺，擴大基礎，橋梁全長609.0 m，橋梁于1993年建成通車。該橋橋面采用的橫置鋼筋混凝土小T梁，采用為1.0 m寬的預制橋面板，頂板厚為10 cm，腹板厚度為16 cm，橋面為鋼筋混凝土鋪裝。橋梁現狀照片如圖1、圖2所示。

2 該橋梁主要病害及原因分析

2.1 主要病害

主橋和引橋上部多處橋面板出現嚴重剪切貫穿裂縫，T梁肋板斜向開裂，縱向鋼筋外漏有屈服現象，翼緣板壓碎破裂，支承處混凝土剝落，橋面板橫向連接普遍失效；橋面鋪裝在橋面板翼緣板鉸縫處上方附近普遍存在橫向貫穿裂縫，主要病害如圖3～圖6所示。

2.2 最近的檢測結果

全橋的上部結構部分存在重大病害，有較大安全風險，總體技術狀況評定4類，需進行交通管制，及時大修和改造。

2.3 病害原因分析

橋面部分的原因為年久失修，原T梁的橫向連接鋼板完全失效，在車輛的荷載沖擊作用下，T梁的跨中變形較大，導致橋面的不平順后增加相應沖擊力，導致原橫向擱置T梁接縫處裂縫全面發展，最終出現單板受力現象，使橋面結構不能滿足其承載力要求。同時現階段超重車遠超原設計荷載，T梁的承載能力不能滿足技術規范要求，導致此類病害發生。

3 橋梁維修加固方案

通過該橋的病害原因分析，該橋的主拱結構整體完好，僅上部結構的橋面板存在較大病害，根據橋梁橋面板的病害嚴重程度，前期提出了采用常規的增大截面、體外預應力和黏貼鋼板或纖維布均不能到達病害根治的效果。最終討論決定采用對原橋面板更換加固設計，方案階段提出了對上部結構橋面板的幾種維修加固方案。

3.1 方案一

將橋面板全部更換為新型的鋼混組合橋面板，在不增加橋梁全部恒載情況下對全橋的縱梁和橋面板進行更換，達到徹底消除橋梁結構安全隱患的目的。采用的鋼混組合橋面板方案橫斷面如圖7所示。

3.2 方案二

利用加強的鋼筋混凝土小T梁更換原有T梁，對新換小T梁在結構上增加馬蹄部分和增加翼緣板厚度，連接形式上采用現澆濕接縫增加橋面板的整體性，達到受力良好、增加其T梁剛度的目的。同時對全橋的橋面鋪裝重新加強鋪筑，使上部T梁能夠滿足整體受力。橫斷面布置如圖8所示。

3.3 方案三

將橋面結構更換為全鋼結構的正交異性板的全鋼板梁，此方案整體上不不增加額外結構恒載，滿足結構的受力要求。橋面橫斷面布置如圖9所示。

根據以上3種可行的方案，對這幾種方案做必要分析和優缺點比較，結果如表1所示。

通過對比后，在工程造價可控、施工方便容易、施工時間短等因素的綜合比較下，最終選擇方案一鋼混組合橋面板作為施工方案。

最終本橋采用的鋼混組合橋面板結構尺寸：橋面板總高60 cm，橫向擱置的橋面板橫梁高474～430 mm，形成1%的雙向橫坡，上、下翼緣板厚為18 mm，寬為250 mm，橫梁腹板厚度為14 mm，腹板采用“1”字形加勁肋，厚為12 mm，高施工方法：鋼-混凝土組合板中鋼縱橫梁節段、PBL鍵、剪力釘為工廠預制，現場節段拼裝，分段吊裝，現澆橋面混凝土鋪裝（圖10、圖11）。

4 鋼混組合新型橋面板全面分析研究

這種鋼板和混凝土結構通過剪力連接件連接在一起的組合結構，充分發揮了2種材料優點，該結構有較高的抗剪強度，較大的跨越能力和良好的力學性能。此種結構可用于橋梁上部橋面板具有幾個特點：

（1）充分發揮了鋼材抗拉強度高，混凝土高強抗壓能力的材料特性。同時2種材料協同工作，彌補了各自的缺點：混凝土板抑制了鋼板的平面外屈曲失穩問題，鋼板作為底板充分發揮了鋼材的受拉性能，有效抑制了混凝土的開裂，提高了結構的使用性能。

（2）節省材料。由于混凝土材料和鋼材的共同工作，節約了混凝土和鋼材的用量。

（3）增大了梁的截面剛度，由于底面鋼板參與工作，使鋼板-混凝土組合橋面板的計算截面比普通混凝土板大，可以減少主梁的撓度。

（4）新型組合橋面板可以利用安裝好的鋼板作底模，現澆混凝土，從而節省施工用的模版材料，加快施工進度。

采用新型組合橋面對舊橋橋面板更換方式，從已加固橋梁使用效果看，后期運營階段效果好，不僅能夠消除病害，提高橋面結構承載能力，同時改善行車舒適性，可知采用新型組合橋面板是合理的、可行的。此類橋面板具有較高的推廣價值，在原有橋面板改造更換時使用鋼混組合橋面板有極大的市場使用前景，該類新型結構是我國近年來開發的一種新型橋面板，并在大型橋梁的橋面結構系和城市立交橋中推廣應用［1］。

5 結論

本文通過對跨域嘉陵江上的鋼混混凝土肋拱橋的維修加固處治為背景，針對該橋橋面板的病害處治為主要研究內容，對橋面板出現的病害原因做分析，提出了3種橋面板的處治方案，結果對3種方案的對比分析，最終選擇采用鋼混組合的新型組合結構，同時總結了該類橋面板的諸多優點，如剛度大、承載能力高、重量輕、施工方便、經濟性好。同時圍繞交通運輸部《公路危舊橋梁改造行動方案》，在危舊橋梁改造中推廣應用該類新型組合橋面結構，能夠為此類橋梁橋面板加固維修中為設計和施工提供一定參考。

參考文獻

［1］ 曹火勇、彭世恩 .鋼管混凝土拱橋的維修加固技術探討［J］. 四川建材，2022， 48（5）： 182.

［2］ 鄭遠鵠，李美軍，李本偉，等.四川橫置橋面板肋拱橋加固設計概述［J］. 西南公路，2003（4）： 30.