浅谈空心板简支梁桥面铺装病害成因分析及加固维修对策

范秀萍，刘康康

0 引言

空心板简支梁的桥面铺装除直接承受车辆荷载的碾压、冲击之外，还承担着将车辆荷载向各个板梁传递分配的功能，同时对整个桥梁结构起着防水、防晒、防侵蚀等防护作用。桥面铺装的病害直接影响到桥梁的外观、行车舒适性和安全性。桥梁桥面铺装病害有多种类型，本文将以工程实例对各种病害的形式、成因及防治措施进行说明和论述。

对桥面铺装病害的成因和寻求有效的处治方法，一直是工程建设者和公路养护技术人员长期努力解决的难题。特别是一些中小跨径桥梁，其主要结构形式为混凝土简支空心板梁结构，在重荷载、高流量和长时间的作用下，桥面铺装层逐渐产生各种病害，如起皮、松散、剥落、破碎等，严重影响了行车安全和舒适度及桥梁的使用寿命。现就此类公路桥面铺装病害成因及维修加固方法进行探讨。

1 典型病害成因分析

1.1 桥面坑洞及沉陷（见图1）

图1 桥面坑洞实景

桥面坑洞及沉陷主要原因是桥面铺装厚度不足，主要有以下方面因素导致：设计预应力梁起拱高度对桥面厚度的影响；空心板梁在预制过程中梁高控制的误差，空心板偏高，则相应的部位桥面铺装层厚度减小；橡胶支座标高控制误差，板梁顶偏高，则相应的桥面厚度减小。

施工单位为成型方便，加大混凝土的坍落度，随之使混凝土的水灰比加大，造成混凝土的干缩性增大，强度降低，导致混凝土表面开裂。在桥面铺装施工前，梁顶面的污物未清除干净；在预制空心板时，空心板顶面拉毛深度不足，导致桥面铺装层与空心板顶面粘结不牢固。

1.2 空心板梁板顶厚度过薄（见图2）

图2 板梁顶板厚度过薄实景

造成空心板顶板厚度过薄的原因主要是：空心板梁预制时采用橡胶胶囊作为成孔工具，其重量相对较轻，且结构简单，安装和拆卸方便快捷，适合混凝土施工连续性的要求，但橡胶胶囊的最大的缺点就是重量及刚度不足，为了抵抗混凝土浇捣过程中的浮力，就必须间一定距离设置定位钢筋，限制气囊上浮，保证顶板的厚度。气囊作为芯模板（或内模板）充气后表面要向外扩张，使原先制作的平面变成凸面，如果气囊的制作工艺再差一点，比如胶囊壁内的胎网线（或胎网布）分布不均匀，或气囊经过多次使用，不及时清理、保养，气囊壁破损修补，橡胶厚度不匀，都可造成胶囊充气后局部鼓包；另外，部分梁厂在板梁制作过程中疏于管理，对定位钢筋的设置控制不严，定位钢筋间距过大，气囊在混凝土向上的浮力作用下，上浮位移较大，都将导致预制梁厚度不均匀和顶板局部厚度不足之缺陷。

胶囊上浮后，空心板顶板厚度减小，底板厚度增加，使得主要靠混凝土承压的空心板受压区混凝土截面减小，而主要靠钢筋（或钢束）来承担拉力的受拉区无效自重增大。构件由于受压截面减小而使得中性轴向受拉区移动，当荷载增加时，受拉区钢筋未达到屈服强度，受压区混凝土边缘即进入极限压应变状态，使混凝土压碎，严重影响到空心板梁的整体承载能力，危及车辆通行安全。

1.3 桥面铺装纵向裂缝（见图3）

图3 桥梁纵向裂缝实景

桥面铺装纵向裂缝的成因主要从设计和施工两方面进行分析。预制拼装的空心板梁桥通过桥面混凝土铺装层、铰缝混凝土和铰缝钢筋将空心板梁连为整体共同受力。设计时认为铰缝只传递剪力，不承受弯矩，然而实际上空心板梁在主要承受纵向弯矩的同时，还要承受一定的横向弯矩。这一横向弯矩主要靠铰缝顶面的混凝土铺装层来承担，设计时未针对此力进行铺装设计。混凝土铺装层厚度小时，配筋较少的情况下(钢筋处于铺装层中部时，接近中心轴位置，对抗弯不起作用)，纵向裂缝的出现不可避免。小跨径板梁由于梁高较矮，梁的抗扭刚度较小，在重车通过时将产生较大的扭转变形，产生较大的横向弯矩，因此更容易出现铰缝损坏及桥面铺装纵向裂缝。

施工过程中如果存在质量问题，对桥面纵向裂缝的出现更是雪上加霜。施工中常出现铺装层厚薄不均匀(有时为了调坡，常常会牺牲混凝土铺装层的厚度)，桥面钢筋网未按设计要求布设，钢筋网紧贴桥面，削弱了钢筋网的分布筋作用和承受荷载的能力；预留铰缝钢筋过短，锚固长度不足，浇注桥面混凝土前铰缝钢筋与板顶面紧贴，导致铰缝钢筋和混凝土的粘结力下降，在较大的梁问剪力作用下容易拉脱。

1.4 桥面连续横向开裂（见图4）

桥面连续缝处出现横向裂缝，部分裂缝横向贯通，该病害产生的原因是：桥面连续处桥梁承受负弯矩，钢筋混凝土结构本就为带裂缝工作结构，在大车流量及重载交通的作用下，桥面连续缝处较易出现横向裂缝。

图4 桥面连续缝损坏实景

2 加固维修对策

2.1 维修空心板梁厚度过薄的顶板

对某桥梁空心板梁顶板厚度过薄的板梁进行承载能力检算，结果如表1所列。

表1 空心板梁（10 m板梁，顶板厚1.5 cm）承载能力检算表

根据上述计算结果，表明现状板梁已不能满足汽车-20级，挂车-100设计荷载要求，必须对其进行维修加固。

2.1.1 确定空心板顶板厚度

对该桥梁桥面铺装破损严重处，采用钻孔方式确定既有桥梁桥面铺装和空心板顶板厚度，即对板梁的1/4跨位置进行钻孔，以明确既有桥梁空心板顶板的厚度。

计算结果表明，当10 m空心板顶板厚度为4 cm及20 m空心板顶板厚度为8 cm时，板梁承载能力能够满足汽车-20级，挂车-100设计荷载要求（见表2）。

表2 空心板梁承载能力计算表

因此，对10 m空心板顶板厚度小于4 cm及20 m空心板顶板厚度小于8 cm的，需对顶板进行维修加固；对10 m空心板顶板厚度大于等于4 cm及20 m空心板顶板，厚度大于等于8 cm的，可直接利用。

2.1.2 空心板顶板厚度过薄维修加固（见图5）

图5 空心板顶板厚度过薄维修设计图

支模现浇8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板）C40钢纤维混凝土顶板：

凿除空心板至既有板梁顶面以下8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板），清理板梁空腔中混凝土碎块，在板梁腹板中植入Φ10@150 mm钢筋（植入筋需包裹住桥面铺装钢筋并与之焊接），并水平放置Φ12@150 mm顶板钢筋网，然后支模现浇8 cm（10 m空心板）或12 cm（20 m空心板）厚的C40钢纤维混凝土顶板，钢纤维含量50 kg/m3。顶板混凝土需与桥面铺装混凝土一同浇筑。

2.2 重做机动车道桥面铺装

桥面拆除重建结构层为：8 cmC40钢纤维混凝土桥面铺装+1 mm道桥用聚合物改性沥青防水层+4 cmAC-13C（SBS改性）沥青面层。

浇筑防水混凝土前，须将结合面凿毛，并将结合面冲刷干净，然后再浇筑防水混凝土。混凝土采用C40防水混凝土进行铺装，采用泵送混凝土，其技术指标满足泵送要求。聚丙烯腈纤维对搅拌设备和施工工艺没有特殊要求。根据纤维的掺加量，加入备好的砂、石、水泥，一并在搅拌机中先干拌30 s，再加水湿拌1 min即可。加入纤维后的混凝土施工和养护，与不加纤维的混凝土相同。加入纤维后，混凝土的粘结性增强，塌落度稍有下降，建议调整外加剂用量，绝不可通过加大用水量进行调整。在施工较大桥面时，需设置导流槽，从混凝土泵车经导流槽直接输送到桥面上。经人工整平后用进口振捣梁进行振捣及平整。

2.3 维修机动车道板梁铰缝

（1）植筋维修板梁破坏的铰缝：

对铰缝破坏严重的部分桥梁采取植入钢筋重新设置铰缝构造，即在板梁间相邻腹板中植入Φ10@150 mm铰缝钢筋，以保证板梁横向分布能够发挥作用。铰缝植筋包裹住桥面铺装钢筋后，与桥面铺装钢筋焊接在一起。铰缝混凝土采用C40钢纤维混凝土，同桥面铺装混凝土一起浇筑，使板梁和桥面铺装形成共同受力的整体（见图6）。

（2）对铰缝破坏不严重的部分桥梁采用环氧树脂灌缝维修。

图6 板梁铰缝植筋维修设计图

2.4 重做机动车道桥面连续构造（见图7）

图7 桥面连续维修设计图

对部分连续缝破坏严重的桥梁重做桥墩处桥面连续构造。桥面连续构造采用一层Φ16@200 mm的连接钢筋，连接钢筋长3 m，桥缝两侧各长1.5 m。桥面连续处混凝土采用C40钢纤维混凝土。

2.5 重做机动车道RG-80型钢伸缩缝

将维修桥梁桥台处伸缩缝改建为RG-80型钢伸缩缝，伸缩缝安装高度需根据新桥桥面标高调整。

施工时拆除老桥伸缩缝后，采用Φ12@200 mm植入筋作为伸缩缝锚固钢筋，重做伸缩缝缘带。伸缩缝缘带混凝土采用C50钢纤维混凝土，钢纤维掺量为50 kg/m3。

3 结语

通过以上分析可知，桥面铺装层病害大部分是由于铺装层下的基础——桥梁结构施工质量控制不到位而引起的。因此，在桥梁施工过程中，结构构件的施工质量控制至关重要，特别是对简支梁的板顶厚度、梁的预拱度、绞缝钢筋的设置，以及梁板架设、安装质量等容易被忽视而又会引起铺装层损坏，影响桥梁使用和结构安全的施工工序应进行重点关注，从细节上对桥梁的施工质量控制到位，使“百年大计，质量第一”这句话能实实在在地落到实处。

实践表明通过加固施工及工后检测，上述桥梁桥面铺装加固方案的实施普遍获得成功，能够满足《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）规定的强度、刚度、稳定性和耐久性要求，具有较好的实用价值。

[1]JTG/TJ22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[2]SZ-24-2006，公路大中修工程质量检验评定标准[S].