多跨简支空心板梁桥的无缝改造

谭希

（中交通力建设股份有限湖南分公司，湖南长沙 410015）



多跨简支空心板梁桥的无缝改造

谭希

（中交通力建设股份有限湖南分公司，湖南长沙 410015）

摘要：依托某多跨钢筋砼简支空心板梁桥，基于运营阶段桥台处伸缩装置、桥面连续处的病害调查和技术评定，提出无缝维修方案，通过对简支空心板进行连续化改造，同时将桥台位置的伸缩缝取消，延长桥面板并直接连接于后台搭板。结果表明，无缝改造方案不仅能增强桥梁结构的承载能力，降低正弯矩加固所需成本，同时无需对伸缩装置进行维修保养，可大大提升桥梁的使用寿命及性能。

关键词：桥梁；加固改造；空心板；连续化；无伸缩缝；简支梁

空心板简支梁在小跨径桥梁工程中应用十分广泛，具有建筑高度低、施工简单、自重轻、可预制等优点。但实际运营过程中空心板简支梁会产生主梁承载力欠缺、伸缩装置损毁、钢筋腐蚀、横向铰缝破坏导致单板受力及砼碳化开裂等病害。空心板简支梁的加固极其繁杂，其中单板受力病害情况尤为显著。目前针对空心板简支梁病害采取的加固措施有横向预应力加固、去梁增肋法加固、桥面连续化加固。该文以某多跨钢筋砼简支空心板梁桥为研究背景，基于运营阶段桥台处伸缩装置、桥面连续处的病害调查和技术评定，制订桥梁无缝改造方案。

1　桥梁概况

1.1桥梁简介

某六跨钢筋砼简支空心板梁桥是由新桥与旧桥构成的双幅桥，每跨的标准跨径为16 m，两桥台处分别设置一套伸缩装置。桥梁表面连续，宽度为26.85 m，其中9.5 m宽行车道是左幅旧桥，原规定载荷为汽车-20级、挂车-100。桥梁表面使用水泥砼铺筑，桥跨构造是使用C30砼预制或现场浇筑的空心板，下部构造使用浆砌块石实体桥墩与直接基础。目前，该桥左幅发生了多种病害，需要对其进行加固改造。

1.2桥梁现状

对该桥开展外观检测与动力荷载试验，同时针对其砼强度开展超声波回弹检测，结果表明该桥存在以下病害：

（1）桥面系与空心板主梁的铰缝周围存在多条竖向裂隙，隙宽最大达1.2 mm；墩顶桥面上存在多条水平裂隙，隙宽最大达1 mm。铰缝还发生多处砼掉角、脱落及露骨的问题。

（2）桥墩与桥台附近的地坪未发生开裂及地基移动或滑动等问题，其本身也无开裂、移动及沉陷等情况。墩台大体无缺损，其主要病害为渗水。

（3）梁底和帽梁的间距紧密，支座损毁；个别人行道板存在水平通缝与缺少铺装的问题；调平层发生砼破碎；大部分泄水管失去排水功能，导致桥梁表面大量浸水；伸缩缝装置未水平连通栏杆与人行道板，导致形变与阻塞。

（4）按JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》进行技术状况评定，同时参考外观检测结果，该桥技术状况评分仅59.2分，属于第四类桥梁。动力荷载试验测得一阶频率为5.37 Hz，与理论频率的比值低于1，为0.93，表明该桥健康情况不佳。

2　桥梁改造方案

2.1桥梁加固方案

桥梁表面的铰缝处存在多条纵缝，表明其水平刚度有所降低，加之在其最小截面处产生较强水平应力，因而这些纵缝扩展严重。

为了优化梁、板的水平分布，提高主梁的水平刚度，将发生单板受力大桥的铰缝进行加固，增加对其表面整体化层的设置与处理，并凿除原行车道板，以此加强大桥的总体承载能力。此外，对桥梁表面进行连续化设计时重新设置防水层，并及时清理泄水管内杂物使其畅通，防止积水流入梁体和下部结构。同时磨浆修复砼露骨与脱落之处，更换所有支座，并使用灌浆法封闭主梁与墩台的裂隙。

对现有承载力过低的空心板进行加固。通常使用的方法是在梁体的底部粘贴碳纤维板或钢板，通过加强其承受正弯矩的拉应力达到增强主梁承受外部荷载能力的目的。但该桥健康状况非常差，经测算，单独使用粘贴钢板或碳纤维板的方法不能达到桥梁的承载力标准。

2.2无缝化改造方案

根据该桥现状，制定桥墩部分连续化与桥台部分无缝化的改造方案。在对桥墩处主梁跨中梁底进行粘贴碳纤维板加固的基础上，将桥面连续转换为结构连续，并减小跨中正弯矩，以此增强桥梁的受力性能。

因处在桥台和上部结构连接处的伸缩装置具有非常高的刚度差，与桥墩上的伸缩装置相比，其更容易发生损毁。因此，解除桥台上的伸缩装置，构造无缝桥梁。同时由于桥台后方的填土下沉经常引发桥头跳车现象，对大桥造成严重影响，该方案还可在一定程度上减轻大桥的日常保养与维护，增强行车的平稳度。

无缝桥的类型多种多样，通常采用延伸桥面板无缝桥、半整体式桥台无缝桥和整体式桥台无缝桥3种。整体式往往应用于横向刚度较低的桥台，而该桥采用具有刚性明挖基础的实体桥台，故不予考虑整体式。此外，半整体式在台顶处的改造工作量较大，与之相比，延伸桥面板的成本较低，且无需进行过多改造，施工便捷。由此，选择延伸桥面板的形式对该桥桥台开展无缝化改造。

通过测算，将原桥拆除后重新建造一座桥梁需450万元，而采取上述方案对原桥进行加固改造仅需260万元，远低于前者。该加固方案技术上、经济上均可行。

3　无缝化改造设计

在过去的T梁桥实际施工中，已多次成功将多跨简支梁改造为连续梁，但由于空心板受到自身构造的约束，其连续化改造的现实应用并不多，仅文献［7］使用负弯矩预应力筋束开展连续化改造。但通过预应力束进行改造的成本过高，且结构繁复。因此，该桥以普通钢筋设置负弯矩筋开展连续化改造。加固步骤为凿除桥梁表面铺装→改换支座→加固主梁→修复梁、墩、台常见病害（露筋、裂缝）→改造主梁简支为连续→连续化改造桥台→改造桥梁表面整体化层。

3.1支座改换

将六孔简支梁改造为六孔贯通的连续梁。因为两毗邻跨的空心板间距小，故维持支座原本的设置，采取双支座的形式进行改造。原油毛毡支座损毁严重，为此将所有桥墩处的支座换成板式橡胶材质，将所有桥台处的支座换成四氟板式橡胶材质，以应对大桥在无缝化改造后纵向形变的可能性。

无论是仅改换单跨单侧支座，还是改换单跨两侧全部支座，为了确保同侧同跨的顶升同步及梁体在该过程中平均受力，需使用相同规格的千斤顶，同时稳定千斤顶的放置，并在其底部铺设300 mm× 300 mm×20 mm钢板，在其顶部铺设250 mm× 250 mm×20 mm钢板。并根据竖直方向的位移与油压表读数控制顶升操作。顶升过程中安装临时支点（见图1），根据安装在桥梁表面上的测量标识得到竖直方向的位移，竖直方向位移的差值必须大致相等。顶升高度的设计以方便改换旧桥支座为原则，同时为了增大接触点与面积，增强顶升体系的稳固度，保证大桥结构的安全，顶升结束后立刻于上、下梁间布置多个钢筋砼预制块以构建临时支点。

图1　桥墩、台处支座改换过程示意图

3.2桥墩处无缝化改造

支座改换后，将简支主梁连续化。施工步骤如下：1）凿除原桥面铺装层与支点处伸缩缝；2）按错开方式，凿除每跨空心板梁端与顶板3.5 m区域内的砼；3）现浇段布置钢筋，并将梁端1 m内的砼填实，同时浇筑0.7 m顶板、1.8 m截面过渡段的砼；4）将防水涂料均匀涂满顶面，并浇筑厚度为100 mm的C50聚丙烯纤维防水砼。

连续化改造后，桥梁内支点处会产生负弯矩。为了增强斜截面的抗剪承载力，增加支点截面壁的厚度，并将支点周围腹板渐变段的厚度增加15 cm，将顶、底板渐变段的厚度增加12 cm，长度取1.8 m。通过测算，在每块空心板顶板处安装8根按10 cm等距离布置的直径25 mm的HRB335纵向负筋N1，以抵抗桥墩处的负弯矩。此外，由于桥台处延伸桥面板也出现负弯矩，而该值远低于空心板，故其支点处也应增强抗剪承载力，出于施工便捷的目的，参照桥墩处的加固方法进行类似改造。板端的加固与钢筋配制设计见图2、图3。

图2　桥墩处无缝化改造加固设计（单位：cm）

图3　桥墩、台处无缝化改造钢筋配制设计（单位：cm）

使新负筋和旧竖向钢筋相连，按凿除次序浇筑主梁砼，使两毗邻跨的梁体连成一体。使用密实度较高的微膨胀砼，确保后浇筑砼和主梁的整体性。

3.3桥台处无缝化改造

延伸桥面板无缝桥是借助台后搭板，将大桥温度伸缩变形的关键部分引至路面和搭板的连接处，以取消桥台处的伸缩装置，确保搭板在主梁伸缩变形时的滑动阻力低是其核心目标。如图4所示，先维持原本支座与桥台设计，将原油毛毡支座改换成不锈钢四氟板式橡胶支座，并凿除桥台侧墙搭板与台后搭板下31 cm左右的台后回填土。为方便台后搭板经过，凿除桥台背墙过高的部分，并于背墙顶部铺设一层1 cm油毛毡滑动面。最后凿除桥台处空心板梁端顶板3.5 m区域的砼，并用砼填充梁端1 m区域内的空心部分。为了传递轴向力，于搭板和梁端间提前设置下部联结钢筋。

图4　桥台处无缝化改造设计（单位：cm）

完成桥台处主梁砼浇筑后，进行台后搭板浇筑。为了避免主梁延展转角变形至搭板，降低联结处的负弯矩，限制裂缝的出现，如图4所示，在与背墙里侧对齐的地方布设一条施工缝，铺一层沥青二度，同时在其上沿填补软木条。

在每侧桥台后安装2块搭板，每块长4 m。将细砂均匀铺于搭板底部，厚度约5 cm，减小基础和搭板间的摩擦力，使主梁的伸缩形变传递更佳。为了避免搭板远桥台端由于路基刚度过低而突然沉陷，于两搭板间安装枕梁以完成刚度过渡。为了抵抗桥跨结构（含搭板体系）发生的纵桥向位移，减缓刚性路面由于约束膨胀导致的纵向压力，于搭板和路基间、两搭板间分别布设一条2 cm胀缝。此外，挖掘底端基坑后，在搭板底端均匀铺设素砼层，厚度为30 cm左右，以此确保搭板底端承载力达到标准要求，增加其强度。

3.4空心板结构等修理和加固

使用注浆封闭主梁裂隙，并对砼脱落、露筋之处加以磨浆修补。采取粘贴碳纤维板的方法加固空心板梁，于跨中8 m区域内的主梁底部设置2条碳纤维板，厚度为1.4 mm，以增强主梁截面的承载力，加强结构的安全稳定性。

为了同时满足防水及桥墩处主梁受负弯矩的抗裂需求，使用低收缩与密实性能较优的C50聚丙烯纤维防水砼处理新浇筑桥梁表面的砼铺装层。由于结构体系发生转换，桥墩顶部将出现负弯矩，于桥梁表面现浇层顶端布设钢筋网，直径为10 mm，并于钢筋网下部设置纵向受力钢筋，直径为20 mm，同时将负筋与车道铺装钢筋网绑扎，使部分负弯矩得到抵抗。在预制板顶端设置部分12 mm定位钢筋，确保钢筋的位置。此外，为了增强桥梁表面的防水性能，在主梁顶部与桥梁表面现浇层间涂一层水泥基结晶型防水涂料。对旧桥表面进行凿毛处理，并植入20 mm CRB550冷轧带肋钢筋，以提高后浇砼和原构件的稳定连接。由文献［8］可知，I形与倒L形钢筋的抗剪能力在相同前提下弱于π形植筋，故参照图5（a）选用抗剪连接件，并按照图5（b）将钢筋连接起来，顺着铰缝按20 cm等距离设置。

图5　桥梁表面现浇层和原结构连接件设计（单位：cm）

4　结语

该文以某多跨钢筋砼简支空心板梁桥为研究背景，基于运营阶段桥台处伸缩装置、桥面连续处的病害调查和技术评定制订无缝维修方案，包含简支板改为连续板和消除桥台处的伸缩缝两方面。前者能增强桥梁结构的承载能力，降低正弯矩加固所需的成本；后者可免除伸缩装置的维修保养，提升桥梁的使用寿命及性能。实践表明，通过实施无缝化改造，桥梁的结构功能得到优化，整体受力性能有所增强，并可减少病害的发生和加固工程的支出，实现结构的可持续发展。无缝化改造在桥梁加固领域具有广阔的发展前景。

参考文献：

［1］ 詹华熙，王国亮，魏洪昌.桥面补强层加固法系统研究［J］.公路交通科技，2006，23（4）.

［2］ 赵淑敏.预应力空心板施加横向预应力设计与施工技术研究［J］.公路交通科技：应用技术版，2007（8）.

［3］ 池林海，蒲广宁，赖忠科，等.去梁增肋法在新村大桥加固中的应用［J］.公路，2008（7）.

［4］ JTG/T H22-2011，公路桥梁技术状况评定标准［S］.

［5］ 潘俊山，于德营.简支变连续加固T梁方法的研究［J］.北方交通，2008（1）.

［6］ 陈生年.简支变连续自应力法加固旧桥的数值分析研究［D］.大连：大连理工大学，2007.

［7］ 于志勇，陈宇新，齐正宏.简支空心板梁桥上部结构加固［J］.辽宁交通科技，2006（2）.

［8］ 胡铁明.简支变连续法加固混凝土梁桥疲劳试验研究［D］.大连：大连理工大学，2009.

中图分类号：U445.7

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0222-04

收稿日期：2015-12-15