装配式板桥铰缝病害及对策分析

张 琳

（济南市第二公路事业发展中心，山东 济南 271100）

引言

装配式梁桥采用预制梁板进行拼装，施工方便、快捷，是我国广泛采用的桥梁结构形式之一。预制板板间铰缝和板上铺装层作为装配式梁桥的横向连接结构，将单块预制板连接成整体结构，并传递车辆荷载至下部结构。在复杂荷载作用下，铰缝容易发生病害，影响桥梁整体安全，是装配式板桥的薄弱环节之一。

1 铰缝病害

铰缝是装配式梁板间横向连接缝的后浇混凝土，该混凝土面与桥梁预制面板侧面结合，铰接板病害往往发生在这里。当该处混凝土损坏到一定程度时，将出现“单板受力”现象，在铺装层会发生反射裂缝，造成路面破坏。铰缝病害有一定的特征规律可循，找到规律便可逆向采取解决对策。

1.1 总体特征

铰缝与空心板的结合面是桥梁受力的薄弱环节，病害的总体特征是铰缝及铺装层混凝土由完好状态逐渐发展为在结合面处脱离，混凝土开裂、破碎、脱落、渗水，内部钢筋出现锈蚀或断裂，荷载传递能力由完全传递荷载-传递部分荷载-失去荷载传递能力的步骤发展。铰缝处荷载复杂，当铰缝破坏仍能传递部分荷载时，荷载传递路径需要进一步研究[1]。

1.2 发展特点

当荷载超过铰缝混凝土抗拉强度时，将会出现裂缝，裂缝由铰缝开始向铺装层发展，当发生通透开裂时，会出现“单板受力”现象。水平方向上，由跨中局部开裂向全长贯通开裂发展，直至整跨预制板失去横向连接能力。初期裂缝宽度较小，又由于积水、灰尘等外界环境的影响，一般不能直接发现裂缝的存在，但此时混凝土损伤后仍有荷载传递能力。随着病害继续发展，裂缝开始向外围区域拓展，桥面出现反射病害，初始病害处裂缝宽度加大，相应地铰缝承担荷载能力大大被削弱，直至失去荷载传递能力，成为“单板受力”。

1.3 病害表现

铰缝开裂后桥梁整体承载力和刚度受到削弱，病害发展各个时期具有不同的表现。初期铰缝裂缝细微不明显，肉眼难以观察到反射裂缝，当铺装层防水效果较差时，桥面积水会从裂缝处渗漏，渗漏量较小。铰缝损坏加大，直至完全失去荷载传递能力时，可逐渐发现桥面铺装层裂缝、破碎甚至出现破碎带，铰缝渗水量增多，预制板地面有析白，钢筋混凝土保护层脱落、钢筋锈蚀、断裂，预制板底面出现横向裂缝等病害现象，见图1、图2。

图1 铰缝析白

图2 桥面破碎

1.4 病害多发范围

病害多发生在重载车行车道范围内。重车行车慢或者超载，相邻梁板错台明显，通过单板受力板时呈弹性下挠[2]，重载车车轮作用在铰缝上，混凝土被逐步剪切破坏或与在结合面处于桥梁板脱开，造成桥梁整体刚度下降。病害超过一定限度后，单板受力发生塑性变形。情况严重时，在重车行车道会形成一条破碎带甚至梁板断裂。

2 病害产生原因

铰缝病害的发生是多方面因素造成的，既有设计上的不足，也有施工上的欠缺，还有外界环境的作用，是多种因素共同作用的结果。

2.1 外界环境

（1）公路行车超载现象严重，是造成桥梁病害迅速发生的重要原因之一。我国重型车辆被要求固定在某一车道行车，该车道承受超过设计标准荷载的概率增加，加速了铰缝结构的破坏。（2）外界侵蚀作用加速铰缝破坏。冬季融雪盐中的氯离子、桥下流水、桥面渗水等共同作用，侵蚀铰缝混凝土和钢筋，造成钢筋锈蚀、混凝土脱离，承担荷载作用减弱。

2.2 施工质量欠缺

（1）铰缝、铺装层施工不到位。铰缝及铺装层混凝土用料和强度不符合设计要求，铺装层厚度不达标，铰缝浇筑漏浆，混凝土振捣不密实，结合面凿毛不符合规范要求等问题，使得铰缝混凝土的黏结力、强度、刚度与设计不符，不能承担传递复杂荷载的作用。忽视铰缝细节质量检查和缺陷修复，如铰缝未勾缝等，使得桥梁带病进入运营阶段。（2）施工误差大，桥面板受力不均匀。支座安装时高程误差大，导致铺装层顶面平整度差，荷载作用时出现跷跷板现象。装配式板在预制过程中由于张拉预应力等原因造成反拱值大小不一，影响后期铺装层厚度[2]等。

2.3 设计问题

（1）铰接板桥结构横向分配设计理论不完善。按弹性分布计算荷载的横向分布系数，铰缝无力承担[3]。梁桥受到剪切、弯拉、扭曲、拉压等复杂荷载作用，实际情况与计算理论相差较大，杠杆原理法、铰接板法、偏心压力法等方法对桥梁介于铰接和刚接的受力状态描述存在误差[2]。（2）部分桥梁采用小铰缝结构设计，受剪截面过小，整体刚度小，抗剪能力和横向连接能力较差。铰缝受到板高限制，钢筋布置不合理，抗拉能力不足，易导致横向拉裂。铺装层厚度过薄，混凝土强度偏低，降低铺装层抵抗荷载和渗水侵蚀的能力[2]。小截面导致铰缝混凝土与预制板的结合面黏结力差，无法承担过多的剪力。

2.4 养护不及时

多数桥梁在建成后一段时间处于养护真空状态，轻视由于沉降、变形、水流侵蚀等原因造成的表面病害，不及时维修加固。随着桥梁带病服役时间延长，病害深入铺装层及铰缝。在桥梁运营使用阶段，对桥面排水系统检查维修不重视，对路面坑槽、裂缝久拖不治，铺装层和铰缝混凝土经过荷载反复作用和冻融收缩，病害逐渐扩大。

3 对策分析

对装配式桥铰缝病害要标本兼治，从前期桥梁设计时就要考虑降低病害的设计方法，进行设计优化，施工中加强工艺、工法质量，运营阶段提高巡查监测频率，及时养护维修。

3.1 优化设计

（1）在铰接板受力理论研究上进行突破，弥补荷载横向分布计算的不足。可以采用有限元法模拟铰接板实际受力情况，对装配式桥梁结构进行受力计算，分析铰接板及铰缝应力、应变、位移变形情况，并做出设计优化，减小采用铰接板法、杠杆原理法等理论方法计算造成的误差。（2）增加铺装层混凝土强度、厚度。因桥面设计有横坡，桥面不同部位的铺装层厚度不同、交通量不同、车辆载重不同，造成不同路段不同铰接板受力不均匀。加大铺装层厚度，适当提高配筋率，提高桥梁整体刚度，减小单板受力，改善荷载传递路径。（3）加大铰缝截面尺寸[2]。能够增大铰缝与预制板侧面的结合面面积，增加黏结力，而且能够在有限的空间内布置更多锚固钢筋，方便混凝土施工振捣、钢筋焊接绑扎，提高铰缝受荷能力。（4）创新设计。从病害特征反映出来的规律着手，发散思维，寻找科学的解决办法。国内学者针对铰缝病害，提出了新的铰接板设计，如取消铰缝[4]，取消锚固钢筋设置抗拉销栓[2]，见图3，增加铰缝截面尺寸见图4，采用剪力键替代铰缝等。通过创新优化设计，减小或缓冲铰缝破坏对桥梁的整体影响。

图3 国内学者铰缝销栓设计

图4 增加铰缝截面尺寸设计

3.2 施工方面

（1）提高铰缝施工质量，提高铰缝混凝土铺装层混凝土连接处施工质量。例如，结合面凿毛、清洁、湿润，做好铰缝空隙密封、防漏浆措施，混凝土浇筑、振捣严格操作程序，铰缝混凝土与铺装层混凝土同时浇筑，安装设计和规范要求检测混凝土、钢筋质量等。（2）提高桥梁结构整体质量。例如，严格按照设计尺寸预制梁板，确保垫块、支座高程准确，降低预制梁板吊装尺寸误差，防止出现单板脱空现象等。

3.3 养护改造

加强日常养护，及时发现病害并采取措施可以有效遏制病害发展，针对不同的病害发展程度采用不同的对策。

3.3.1 重视养护检查

重视桥梁日常养护检查，提高检查及维修质量。日常养护中对装配式板桥增加检测的频次，通过科学的方法确定铰缝损害程度[5]，以及提高维修材料性能，比如加入钢筋阻锈剂等。对小于限制规定表面裂缝采用环氧树脂等封闭处理，对大于规定的深层裂缝可以采用压力灌浆进行处理，灌浆液有水泥浆、环氧树脂等，并加强观察裂缝发展情况。

3.3.2 体外预应力加固

当铰缝破坏失效，出现析白、渗水等现象，不能承担剪力时，可以采用刚接板法、体外预应力加固等措施进行加固。钢板加固采用粘结或锚固方式固定钢板，短期内效果显著，长期荷载作用下钢板会变形、错动、脱落。体外预应力加固通过施加预应力改变桥梁原有受力体系，施工难度较大。对宽度和高度不同的铰缝病害进行维修时，通常清缝后用环氧砂浆等填充，适当增加破碎带钢筋数量。

3.3.3 提高桥梁整体刚度

旧桥维修时，将原桥混凝土铺装层加厚形成整体化补强层，提高混凝土强度等级等措施，改善受力横向分配均匀性，增强桥整体刚度，该措施设计简单，施工方便、快捷，对原桥面造成损害小，造价低，技术经济性好[6]。

3.3.4 提高精细化施工质量

无论是日常养护还是维修加固，都需要提高施工作业人员精细化水平，在材料搅拌、坑槽清洗、结合面凿毛、预应力控制等各小环节上做到精准到位，避免因小细节质量不当引起整个养护改造维修质量下降。

4 结语

装配式板桥因设计简单、施工方便等优点在我国广泛地使用，特别是在低等级公路和农村公路应用量大，但是与高等级公路相比，这些桥梁也是设计、施工、养护的薄弱环节，桥梁铰缝病害普遍。正确对待铰接板病害，加强设计优化创新，提升设计理论水平，施工严控质量，善于根据铰缝病害特征分析桥梁健康状况，及时采取维修加固措施，不断提高应对装配式板桥病害的能力。