用纤维混凝土浇筑高耐久性桥头搭板

赵东宾

(石家庄鼎盛交通建设监理咨询有限公司)

1 概述

常规的桥头搭板是在引道土方上现浇混凝土板。桥台背墙上设置牛腿，用预埋钢筋将搭板前端锚固，后端则座落在枕梁上。然而在运营过程中经常会出现各种病害，需要修理和更换。出现病害的主要原因是，重型车辆的冲击、路基压实不足而引起搭板末端沉降;有时板下土体被冲刷掏空。这种搭板虽然应用广泛，但总是难以保证其耐久性，致使修理费用增加。

桥台是搭板前端的依托，它自身的纵横向位移和转角会引起背墙和搭板之间的连接破坏。桥台后方的不良排水会冲刷板下填料，有时形成很大的空洞。而搭板最终的放弃是由于自身的破坏。搭板表面会出现纵横向裂缝，累及钢筋，降低了它的使用寿命。破坏了的搭板往往需要整体更换，按原来结构重新浇筑。

在更换搭板时，需要关闭条或相邻两条车道。为了减少对交通的干扰，往往选在夜间进行。先将原来搭板锯开或破碎成大块，用吊车移走，整平并压实路基，绑扎钢筋，浇筑快硬性混凝土。最理想的断交时间可压缩到6～8 h，但在实践中，这样多的工序，很难在这么短的时间内完成。尤其在大交通量情况下，不可避免的会造成交通干扰。从使用观点出发，必须要开发出一种高耐久性的搭板，以降低维修费用。

2 使用性能标准

在工程实践中，如何确定搭板该不该修理，需要一个标准。显而易见，第一个标准是看搭板末端的沉降值;第二个标准则应看搭板顶面的倾斜度。这些标准虽然是经验性的，然而在没有更好的标准的情况下，不失为一种简单可行的方法。沉降值δ是指由于路基压实不足引起的板端下沉量，也就是搭板两端的沉降差;而斜度θ是指搭板的坡度变化率，即θ=δ/l(l为搭板长度)。按美国伊州的建议，把沉降值按舒适度分为3级:δ=25 mm时为轻微颠簸;δ=50 mm时为中等颠簸;δ=75 mm时为严重颠簸，需要进行修理。

用沉降差确定是否需要修理是一个简单易行的指标，但并不完善，因为相同的高差而板长不同则产生的颠簸效果也不相同。考虑到桥台自身的转角，从行车舒适性角度出发，认为板的斜度θ值不超过1/200弧度是可以接受的。当θ角大于1/100弧度时，将会引起行车明显的不适，可做为开始修理的标准。

3 几种搭板的试验比较

(1)常规的钢筋混凝土搭板。

以下各种搭板的尺寸均相同，以资互相比较:板长9 m，宽3.6 m，厚0.3 m(参照美国加州的使用尺寸)。3.6 m 是一个车道的宽度。配筋也与实用的搭板相同。搭板的上层钢筋网——纵向 φ20，间距 30 cm，横向 φ16，间距 45 cm;下层钢筋网——纵向 φ25，间距15 cm，横向 φ16，间距30 cm。

(2)FRP网格混凝土搭板。

轮廓尺寸与钢筋混凝土相同，只是用“纤维增强聚合物”(FRP)取代了钢筋。第一次投资要大于普通钢筋混凝土，但考虑到以后的维修和更换，则应与总造价大体相同。FRP材料强度高，不生锈，从而保护层可以减至25 mm。行车方向布设受力主筋。主筋为高38 mm的工字形碳纤维棒，每根面积253 mm2，强度为551 MPa，弹模31 GPa。

FRP网格架由工厂制作，顶层和底层网格相同。网格构造:纵向设工字形FRP筋棒，间距10 cm;横向设FRP细撑杆，间距10 cm;竖向由尼龙格栅支撑，保持上下网片净距178 mm。为运输方便，网格在横向分成梁片，再在工地拼成整片，在接头处增设 φ38FRP传力杆。传力杆抗拉强度551 MPa，抗剪强度 124 MPa。

(3)玻璃纤维棒(GFRP)配筋搭板。

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)已成功的应用在土木工程建筑中，尤其是暴露在恶劣环境中的结构。由于它优越的抗化学腐蚀能力，在遭受到氯盐和低pH值介质的侵袭时，用GFRP棒取代钢筋能显著的延长结构使用寿命。在国外已制定出了用GFRP棒作为受力筋的规范。

将传统搭板中的钢筋全部用GFRP筋取代，生产厂家把GFRP制成酷似钢筋的形状，搭板上下层均采用GFRP网片，顶层网片——纵向φ19，间距15 cm，横向 φ16，间距45 cm;底层网片——纵向φ28，间距10 cm，横向 φ16，间距30 cm。

这些筋棒的抗拉强度为565～723 MPa，弹性模量为44 GPa。

(4)纤维混凝土搭板。

将不连续的短纤维加入混凝土拌和机内，可以提高混凝土开裂后的延性，使裂缝处藕断丝连。它虽不能取代钢筋混凝土中的钢筋(钢筋还担负着受力的重任)，但能改善混凝土的裂缝控制。

搭板混凝土内掺入了两种纤维:①钢纤维——直径为0.76 mm，长 60 mm，用量 39.2 kg/m3，抗拉强度不小于1 034 MPa;②聚乙烯醇细纤维——直径 0.064 mm，长8.5 mm，用量 2.61 kg/m3，抗拉强度1 100 ～1 400 MPa。

混凝土中加入了纤维就可以满意地控制裂缝，顶层钢筋可以取消。当然，顶层钢筋出掉与否还应视板顶会不会出现负弯矩而定。底层钢筋与常规的钢筋混凝土搭板相同。

4 实验结果和结论

为改善常规的钢筋混凝土搭板的使用性能和耐久性，提出了三种替代方案:(1)用FRP筋棒取代钢筋，制成网格作为搭板的主要受力部件。FRP筋强度高、不生锈，是一种很有发展前途的加筋材料;(2)用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)制成酷似钢筋的筋棒，完全取代钢筋，制成GFRP筋混凝土搭板。GFRP强度高、不锈蚀，价格可以接受(GFRP俗称玻璃钢);(3)纤维混凝土搭板是把钢纤维或其他细纤维掺入混凝土内，以改善混凝土开裂后的延性，它可以有效地阻止裂缝的发生和发展，从而以防裂为主的上层钢筋可以去掉。

对以上各种搭板进行了加重车的荷载试验。在搭板座落在压实良好土基上的情况下，搭板重量均匀地压在土基上，各种搭板基本上不产生弯矩，变形和裂缝性能无多大差异。从而当板下有掏空现象时，各种板的表现差异很大。尤其是掏空距离较长时，竖向刚度下降，会产生较大的挠度。从容易修复的角度出发，最大能容忍的掏空长度为1.8 m，此时剩余的刚度为95%。

在搭板掏空的情况下，不同搭板的裂缝宽度和分布情况有很大差别。当掺入钢纤维和聚乙烯醇纤维时，会产生最好的裂缝控制效果(钢纤维用量39.2 kg/m3，聚乙烯醇纤维含量2.6 kg/m3)。尽管上层钢筋已经取消，但与那些配筋的搭板相比，裂缝要少得多，出现裂缝的试件也较晚，它的挠度和搭板转角也最小，是一种最有前途的搭板形式。