空心板桥梁单板受力原因分析与防治

李彩霞

【摘 要】针对国省干线公路运营中空心板桥梁出现铰缝脱落、单板受力的现象，导致板间横向联系较差，尤其是个别空心板单独承受荷载，存在较大的安全隐患。本文通过分析单板受力现象产生的原因，提出了单板受力预防和加固的方法，并以工程实例加以详细说明，为单板受力的空心板桥加固提供了參考。

【关键词】空心板梁；单板受力；原因；防治措施

中图分类号： U445.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0159-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.079

【Abstract】In view of the phenomenon that the hollow slab bridge is broken off and the single board is stressed during the operation of the national and provincial trunk roads，the horizontal connection between the boards is poor， especially the individual hollow slab bears the load alone，which has a great potential safety hazard.Through this article This paper analyzes the causes of the single board stress phenomenon，puts forward the methods of preventing and strengthening the single board stress，and illustrates it in detail with an engineering example，which provides a reference for strengthening the hollow slab bridge with single board stress.

【Key words】Prevention and control measures for stress causes of hollow slab beam veneer

装配式预应力钢筋混凝土空心板结构桥梁，因其构造简单，重量轻、便于工厂化成批生产，运输、安装都较为方便等优点，在中小跨径桥梁中广泛应用。上世纪七八十年代建造的空心板桥设计荷载标准低，铰缝大都采用混凝土小企口缝型，再加之施工工艺落后、施工不到位等使得板间横向联系较差。随着交通运输业的发展，重型及超载车辆的频繁出现，导致铰缝逐渐破碎，出现了“单板受力”现象，当重型车辆通过时，行车道空心板产生明显弹性下挠，继续发展影响桥梁安全运营。

鉴于以上预应力空心板桥梁的运营现状以及存在的问题，下面进行较为深入的原因分析，提出空心板桥梁病害的治理措施。

1 单板受力的原因分析

单板受力的表现有：由于早期空心板梁的设计与施工中铰缝混凝土较为薄弱，在频繁大挠度受弯的情况下，出现节状断裂、挤碎进而脱落。桥面铺装层出现纵向裂缝，进而发展会产生车辙、拥包等。雨水通过破损的铺装层渗入梁板，对其进行侵蚀、冻融进而在梁底出现缝隙、渗水和白化现象，逐渐弱化梁板强度及结构性能。梁体横向联系差，行车道的梁板独立承受桥面的动力荷载，继续发展会加速该梁板的结构破坏，影响桥梁的正常运行。

单板受力是一种综合性病害，其发生的原因受设计、施工和运营三方面因素影响。

1.1 设计方面

首先是早期建造的空心板梁桥设计荷载标准低，而空心板承受的荷载作用逐年增加，且重型车辆行驶在固定的空心板上，致使空心板铰缝混凝土脱落，并产生较大挠度，这是形成单板受力的主要原因。其次铰缝设计采用的断面薄弱，配筋少，再加上混凝土后期的收缩，导致与空心板的粘结力较弱。再者是桥面铺装未设置专门的防水层，而渗水更加速了铰缝的破坏，桥面铺装混凝土厚度不足，与梁板的整体性较差，不能发挥其抗拉及抗剪能力，影响了桥梁的承载能力。

1.2 施工方面

首先空心板完成后，未对铰缝结合面凿毛，使新旧混凝土的结合面粘结能力不足，导致抗剪能力较弱。其次铰缝混凝土采用的配合比不合理，养护不到位等都使混凝土强度不足。第三混凝土铺装层施工时厚度不均匀、与梁板粘结不好，施工质量控制不严，都会导致运营期间桥面出现裂缝，而渗水会使上部结构逐渐受到破坏。

1.3 运营方面

首先是重型及超载车辆对桥梁上部结构的反复揉搓作用促使铰缝混凝土的破坏，重车通过时空心板产生明显下挠，长期以往则形成个别空心板单独受力的现象。其次超重车长期作用于固定的行车道位置，使相应的桥面沥青面层产生多条纵向裂缝和车辙，甚至会形成纵向的破碎带。第三在雨雪天气桥面积水如果不能排除，则会通过裂缝向下渗漏，进而破坏铰缝及空心板混凝土。

2 单板受力的防治措施

单板受力现象主要有：第一空心板间铰缝混凝土被剪坏、破碎进而脱落。第二在桥面铺装层上沿铰缝方向产生不规则的纵向裂缝， 甚至会形成一条破碎带，而雨雪水渗入铰缝，腐蚀、碳化梁板混凝土。第三当重型车辆通过时空心板产生弹性下挠， 与两侧的空心板产生上下错位后， 形成台阶，如果长期通行超载车辆，会形成永久性变形，导致变形大于规范值，这样将严重影响桥梁结构安全，降低其使用寿命。

因此，如发现有单板受力现象时，应积极采取有效的预防性养护措施进行加固，而处治单板受力最核心的就是要恢复个空心板的横向联系，使相邻梁板联结起来，共同承担车轮荷载的作用。根据实际情况进行分析，对单板受力这种综合性病害，可采用以下方法进行预防和处治：

（1）要加强对超限超载车辆的管理，超载是桥梁上部结构出现的主要原因，要加大管理力度，比如对超重车辆通过桥梁使检查现场管理，超重车辆应沿桥梁的中心线行驶匀速行驶，不在桥上制动、变速、停留等，减少超载导致的结构破坏。

（2）为加强板与板之间的横向连接，设计时考虑采用钢筋或钢板进行部分连接以增加整体稳定性。也可采用大铰缝设计，并加强配筋设计，提高混凝土标号。施工时重视铰缝混凝土的施工质量，混凝土中掺加UEA 防缩剂，避免收缩后形成板间缝隙；其次铰缝混凝土在浇注时，应采用较细的振捣棒伸入铰缝内部充分振捣；梁板出场吊装前，先对板侧进行凿毛处理，增加空心板和铰缝混凝土的粘结。

（3）为提高绞缝和桥面铺装与梁板的整体性，改善桥梁的承载能力，应适当对桥面铺装进行厚度和提高配筋，采用C40商品混凝土（添加钢纤维可以起到很好的防裂作用）浇筑铺装层，养生完成后在其表面做拉毛处理后做微表处，即在桥面设置防水层，以利于行车、桥面防水及道路整体美观。特别应该注意施工时要严格按照操作规范进行，加强对桥面铺装混凝土施工质量的检查力度。

（4）重视养护和及时维修，首先凿除破损的桥面及铰缝混凝土，在铰缝中增设钢筋，重新浇筑高标号低收缩的混凝土，并恢复板底勾缝以利于桥梁检查。其次在桥面植入竖向连接钢筋，与新设的桥面铺装钢筋形成整体，并增设防水层。再者对于板底出现抗拉裂缝的采用粘贴碳纤维布进行修补，或粘贴钢板加固法等。总之，通过处理提高绞缝和桥面铺装与梁板的整体性，增强抗拉、抗剪能力，改善桥梁的承载能力。

3 工程实例

G312线K2617+509处下洪水桥，该桥运营年限较久以及重型车辆激增等主客观因素的影响，导致空心板单板受力，桥面铺装层出现多处纵向开裂破损现象，空心板板底水腐蚀严重。为预防可能导致的上部承重构件出现全截面开裂、严重的异常位移等失稳现象，我们采用锚夹板法加固工艺进行了加固，消除了单板受力现象，使整体受力较为均衡，增强了各梁板的整体稳定性。

3.1 加固原理

锚夹板加固法的原理是在梁板挠度较大的区域，通过钢板拉杆组合锚固的强制作用，并且新做铰缝混凝土加强梁板间的横向联系，约束其产生相对的位移，即消除板与板之间的挠度差，从而提升相邻板间剪力传递的均衡性，以达到共同承担荷载的目的。图1夹板加固法示意图：

图1

3.2 加固方法

通过图1可直观看出锚，夹板加固法对板梁实施强制限位，从而避免相邻梁板的相互挠曲错动，以实现通过拉杆和铰缝混凝土传递剪力。具体加固方法为：（1）根据梁板的跨度以及挠度变形的大小確定铰缝上锚固点的数量，一般情况下，对于跨度在15m以下的预应力板梁，锚固点为3～5个。（2）每个加固点开凿尺寸以40cm×40cm孔洞为宜（3）待加固夹板安装就位后，用快硬砂浆浇筑梁板铰缝契口，再依次对开凿点用速效快凝混凝土浇筑封面。（4）摊铺沥青面层压实。

3.3 夹板设计

夹板由钢板、拉杆和螺栓组成。钢板均由25mm厚钢板切割而成，其规格30cm×15cm两块、20cm×10cm两块，拉杆为Φ25圆钢两端加工M24螺纹，配套M24螺帽垫圈。

3.4 利于快速施工措施

为尽快和提前开放交通，减少施工长时间封闭交通带来巨大压力，该加固法尽量采用速效快凝性的材料，选择AC-K5路面坑洞修复剂，养护时间短，施工需4～6小时后即可开放交通，非常适合于桥梁桥面系维修，并可提高施工的安全性。该材料对混凝土破损修复效果较好，特别是开放交通后，检成品测材料的后期强度非常理想。

3.5 锚夹板加固法施工流程

具体施工流程为：

施工准备（施工现场需要的人员、机械设备）→对加固桥梁施工现场交通管制→加固点布局放样→开凿清理铰缝混凝土→涂抹粘钢胶找平梁板→进行夹板安装→铰缝灌注快硬性混凝土→AC-K5速效混凝土浇筑铺装层（1小时后）→摊铺沥青混合料压实→开放交通即可

3.6 锚夹板加固法技术效果分析

运用该方法对小跨径的钢筋混凝土空心板梁桥进行加固，简便易行，造价低廉，效果明显。主要表现在以下几点：

（1）使用了AC-K5坑洞修复剂，该材料对混凝土破损修复效果较好，且后期强度非常理想；且养护时间短，提高了施工安全性。

（2）通过植筋、穿筋锚固、钢板上下同步紧固等使得空心板在横、纵、竖向受力比较均衡。不仅从理论上解决了桥梁的横向连接、减少剪切破坏，而且对增强桥梁的横向整体性、延缓桥梁早期疲劳破坏具有重要作用。

（3）赋予桥梁新的铰缝混凝土，更新和恢复了桥梁原有的使用性能，提高耐久性。

（4）较为彻底的处理了沿铰缝纵向贯通裂缝，防止水下渗，从而更好的保护桥梁结构，确保桥梁安全、舒适的行驶性能，延长了中修或大修期限。

4 结语

通过现场考察和查阅资料，发现现阶段运营的桥梁中，有一部分建造年代较久，且桥梁设计、施工时的均存在一定的不足或缺陷。再加上近年来交通运输业的迅速发展，超载超重车辆长期对桥梁上部结构的作用，梁板之间的病害逐渐增加，尤其是装配式空心板梁桥中单板受力现象日趋明显。而处治单板受力这种综合性病害， 必须对整幅破损的桥面铺装和铰缝凿除、清理，再进行重新加固处理，这样耗费大量的人力、财力，并且在通车条件下，维修处理必须封闭车道，严重影响行车安全。因此建议以后采用装配式空心板梁桥建造时应改进设计、重视施工质量控制，加强空心板之间的横向联系，以防患未然，避免这一病害的发生。在养护管理中应重视桥梁检查，对出现单板受力现象的桥梁发现一座，治理一座，在实际应用中探索和总结桥梁加固技术及方法，采用新型材料来加强其受力性能，采用可靠的加固措施优化结构断面，增强横向联系，使桥梁上部结构整体受力较为均衡，通过对桥梁进行预防性养护措施，改善桥梁使用性能，延长其使用寿命，使之尽可能的能够适应新形势下的交通运输状况。

【参考文献】

[1]JTG H11-2004《公路桥涵养护规范》.

[2]JTG/TJ23-2008《公路桥梁加固施工技术规范》.

[3]JTG/TH21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》.

[4]JTG D26-2004《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》.