孫江波

（河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司，石家莊 050091）

1 引言

空心板梁橋由于其結(jié)構(gòu)受力明確、造價低、可工廠批量預(yù)制、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于跨徑20m以下的橋梁結(jié)構(gòu)中，是目前我國常用的橋梁型式之一。但是，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸也快速發(fā)展，交通荷載和交通量也顯著增大，在役橋梁結(jié)構(gòu)中也漸漸產(chǎn)生許多病害，特別是數(shù)量眾多的裝配式空心板梁橋結(jié)構(gòu)中病害更為顯著，部分病害已經(jīng)影響橋梁的安全運(yùn)營，降低了結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性，增大了運(yùn)營養(yǎng)護(hù)的成本。通過對河北省境內(nèi)某線公路空心板梁橋調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋梁在投入運(yùn)營后，在自然環(huán)境、車輛荷載的作用下，設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)階段所存在的缺陷不斷暴露，底板出現(xiàn)裂縫、支座出現(xiàn)滑移或失效、橋面鋪裝層開裂。其中，最典型的是底板縱向開裂，如圖1所示[1]。

近年來，一些學(xué)者和工程師對空心板梁橋病害提出了許多預(yù)防和治理措施，但由于缺少時間證明，一些措施還需要時間去驗(yàn)證。本文基于底板裂縫開展研究，對病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)際對設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)提出建議。

圖1 空心板梁橋底板裂縫

2 空心板梁橋典型病害特征

根據(jù)對某線運(yùn)營的公路空心板梁橋調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對此類橋梁的病害進(jìn)行歸納分析，主要的病害有以下5方面：橋面鋪裝層開裂（約占36%）、橋板滲漏水（約占33%）、支座破壞（約占45%）、鉸縫混凝土破壞（約占48%）、底板縱橫向裂縫（約占57%）。各種病害占比如圖2所示。

圖2 空心板梁橋病害占比圖

底板縱橫向裂縫，是指在跨中部位底板出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，裂縫寬度超過限值，且部分橫向裂縫貫穿橋梁橫截面?？v向裂縫沿著縱向多出現(xiàn)跨中，沿著橫向多出現(xiàn)在腹板部位。

3 空心板梁橋底板縱向裂縫成因分析

3.1 設(shè)計(jì)因素

空心板梁橋底板厚度較薄，一般1m寬預(yù)制空心板，底板厚多數(shù)在10～12cm，根據(jù)施工的經(jīng)驗(yàn)并從造價角度考慮，常用的做法是增大預(yù)制板的寬度代替增加預(yù)制板橫向數(shù)量，進(jìn)而縮短工期并降低工程造價。隨著預(yù)制空心板寬度的增加，為降低自重，需要使橋板更加輕量化，使得橫截面上空心區(qū)域增加，導(dǎo)致頂板、底板、腹板的截面積占比不斷降低，進(jìn)而導(dǎo)致橫截面的剛度不斷降低，在日益增加的車輛荷載作用下，導(dǎo)致底板開裂。同時，過薄的底板，其截面承載力也會弱化，導(dǎo)致在底板出現(xiàn)縱橫組合裂縫[2]。

扁錨體系的應(yīng)用。由于增大橫截面上的空心面積，頂?shù)装?、腹板厚度降低，對于使用預(yù)應(yīng)力的空心板梁橋需要應(yīng)用扁錨體系，但是，寬幅的空心板梁橋使用扁錨體系會存在如管道摩阻系數(shù)大、預(yù)應(yīng)力損失大、錨固端應(yīng)力集中等問題，使得在預(yù)應(yīng)力張拉階段便在底板產(chǎn)生裂縫。

3.2 施工因素

3.2.1 預(yù)應(yīng)力筋施工誤差

預(yù)制板在制作階段，預(yù)應(yīng)力筋張拉時會產(chǎn)生向上的位移，而預(yù)應(yīng)力筋在張拉完成后需要保持直線形態(tài)，從而對底板產(chǎn)生向下的作用力，使得底板出現(xiàn)橫向變形進(jìn)而形成縱向裂縫。另一方面由于施工作業(yè)不規(guī)范，使得預(yù)應(yīng)力筋在張拉完成后不能保持直線狀態(tài)，而呈現(xiàn)波浪狀態(tài)，如圖3所示。呈現(xiàn)波浪狀的鋼絞線會對周圍混凝土產(chǎn)生向上或者向下的作用力，該部分混凝土?xí)霈F(xiàn)橫向的變形，進(jìn)而導(dǎo)致底板出現(xiàn)縱向裂縫。

3.2.2 底板施工質(zhì)量

底板自身較薄，而且底板鋼筋排布密集，還需要給預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留空間，使得底板混凝土在振搗時無法做到充分振搗，鋼筋較密，導(dǎo)致粗骨料較少，使得底板混凝土澆筑質(zhì)量并不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，在荷載作用下易出現(xiàn)開裂。

圖3 預(yù)應(yīng)力筋施工誤差呈現(xiàn)出的波浪狀態(tài)

3.3 運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)因素

3.3.1 車道分布

根據(jù)現(xiàn)在交通布置，大部分小型車多數(shù)在超車道及超車道旁邊的車道行駛，而載重汽車多在最左側(cè)車道行駛，該車道下的空心板在重載的移動荷載作用下極易出現(xiàn)開裂。

3.3.2 養(yǎng)護(hù)管理

橋面出現(xiàn)破壞，在養(yǎng)護(hù)維修不及時的情況下，出現(xiàn)排水口堵塞，鋪裝層開裂，橋面積水滲入到空心板，造成空心板混凝土滲水、析白，由于底板施工質(zhì)量差，鋼筋保護(hù)層厚度不滿足要求，底板鋼筋銹蝕，出現(xiàn)膨脹開裂，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂。

4 空心板梁橋底板縱向裂縫治理措施

4.1 預(yù)防措施

4.1.1 提高板厚

空心板底板的厚度減少導(dǎo)致橫截面剛度降低，在自重及車輛荷載作用下，導(dǎo)致底板開裂。對于空心板梁橋，由于自重較小，因而活載占比較大，增大板厚對于恒載影響較小，但是，對于提高承載力和剛度，減少裂縫出現(xiàn)具有很大的作用。

4.1.2 提高底板混凝土澆筑質(zhì)量

空心板梁橋底板厚度相對較薄，且鋼筋分布密集，底板混凝土澆筑過程中困難較多，而底板混凝土澆筑的質(zhì)量直接影響空心板梁橋的整體質(zhì)量，因而應(yīng)對底板澆筑質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以采用分層澆筑、分布支模的方式進(jìn)行，先支底板模板，澆筑底板，再進(jìn)行腹板、頂板澆筑，但是，需確保分層澆筑時2層之間的連接強(qiáng)度，因而應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)模和側(cè)模的安裝時間。

4.2 治理措施

對于運(yùn)營期的橋梁，從設(shè)計(jì)和施工角度進(jìn)行預(yù)防已經(jīng)喪失意義，對于已經(jīng)處于運(yùn)營狀態(tài)的空心板梁橋，應(yīng)根據(jù)病害制定維修加固措施，對于出現(xiàn)病害的空心板梁橋應(yīng)遵循3個步驟：（1）全面檢測，全面了解病害狀態(tài)，并對其原因進(jìn)行分析，做到對癥下藥；（2）通過試驗(yàn)或者專業(yè)檢測對橋梁的使用性能和承載力進(jìn)行綜合評估，以判斷是否有進(jìn)行加固的必要；（3）對加固方案的制定應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度進(jìn)行綜合確定。

對于空心板梁橋底板開裂，常用的治理措施有以下5個方面。

4.2.1 表面修補(bǔ)法

底板裂縫較淺，裂縫未達(dá)到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，且對橋梁承載力沒有影響，可以采取該方法，以阻隔大氣等對底板進(jìn)一步的侵蝕，可以在開裂的底板進(jìn)行涂刷水泥漿、瀝青或者油漆等，對于裂縫寬度＜0.3mm的裂縫可在集中分布的位置粘貼玻璃纖維布，對于＞0.3mm的裂縫，應(yīng)利用環(huán)氧砂漿涂刷。

4.2.2 嵌縫、灌漿法

對于結(jié)構(gòu)完整性或者抗?jié)B性有特殊要求的結(jié)構(gòu)，可采用壓力灌漿法，將膠凝材料打入裂縫中，在材料硬化后與原材料形成一體，阻隔環(huán)境作用。灌漿法分為水泥灌漿和化學(xué)灌漿兩種。水泥灌漿適用于裂縫大于0.15mm的裂縫，化學(xué)灌漿適用于＜0.15mm的裂縫。嵌縫法是在裂縫位置開槽，填充嵌縫材料，如丁基橡膠、水泥砂漿、塑料油膏等。

4.2.3 擴(kuò)大截面法

通過擴(kuò)大橫截面面積以增加配筋，提高承載力和剛度，一般在底板上緣擴(kuò)大，不僅增加厚度，也對裂縫進(jìn)行封閉。但是，該方法存在工期長、工程量大、加固后自重增加、凈空減少等問題。

4.2.4 粘貼法

粘貼的材料主要有鋼板和碳纖維2種，原理基本一致，碳纖維抗拉強(qiáng)度極高，更輕量化，耐久性均優(yōu)于鋼板法。但是碳纖維在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度上不如鋼板明顯，造價較高，易被破壞。

4.2.5 體外預(yù)應(yīng)力法

將預(yù)應(yīng)力設(shè)置在結(jié)構(gòu)體外側(cè)，并施加預(yù)應(yīng)力，抵消部分自重及外荷載作用在橋梁結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力，同時，對已開裂的裂縫還能起到閉合的作用，減少撓曲變形，提高橋梁的承載力。

5 結(jié)語

本文介紹了空心板梁橋的病害分布，從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等角度對空心板梁橋底板開裂原因進(jìn)行分析，根據(jù)橋梁所處階段提出了控制措施，即：對于待建橋梁，應(yīng)適當(dāng)提高底板厚度，以增加結(jié)構(gòu)的剛度和鋼筋布置的空間，并在施工階段提高底板澆筑的質(zhì)量；對于運(yùn)營期的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)病害情況從技術(shù)、運(yùn)營、經(jīng)濟(jì)等角度制定治理措施。