用纖維混凝土澆筑高耐久性橋頭搭板

趙東賓

(石家莊鼎盛交通建設監理咨詢有限公司)

1 概述

常規的橋頭搭板是在引道土方上現澆混凝土板。橋臺背墻上設置牛腿，用預埋鋼筋將搭板前端錨固，后端則座落在枕梁上。然而在運營過程中經常會出現各種病害，需要修理和更換。出現病害的主要原因是，重型車輛的沖擊、路基壓實不足而引起搭板末端沉降;有時板下土體被沖刷掏空。這種搭板雖然應用廣泛，但總是難以保證其耐久性，致使修理費用增加。

橋臺是搭板前端的依托，它自身的縱橫向位移和轉角會引起背墻和搭板之間的連接破壞。橋臺后方的不良排水會沖刷板下填料，有時形成很大的空洞。而搭板最終的放棄是由于自身的破壞。搭板表面會出現縱橫向裂縫，累及鋼筋，降低了它的使用壽命。破壞了的搭板往往需要整體更換，按原來結構重新澆筑。

在更換搭板時，需要關閉條或相鄰兩條車道。為了減少對交通的干擾，往往選在夜間進行。先將原來搭板鋸開或破碎成大塊，用吊車移走，整平并壓實路基，綁扎鋼筋，澆筑快硬性混凝土。最理想的斷交時間可壓縮到6～8 h，但在實踐中，這樣多的工序，很難在這么短的時間內完成。尤其在大交通量情況下，不可避免的會造成交通干擾。從使用觀點出發，必須要開發出一種高耐久性的搭板，以降低維修費用。

2 使用性能標準

在工程實踐中，如何確定搭板該不該修理，需要一個標準。顯而易見，第一個標準是看搭板末端的沉降值;第二個標準則應看搭板頂面的傾斜度。這些標準雖然是經驗性的，然而在沒有更好的標準的情況下，不失為一種簡單可行的方法。沉降值δ是指由于路基壓實不足引起的板端下沉量，也就是搭板兩端的沉降差;而斜度θ是指搭板的坡度變化率，即θ=δ/l(l為搭板長度)。按美國伊州的建議，把沉降值按舒適度分為3級:δ=25 mm時為輕微顛簸;δ=50 mm時為中等顛簸;δ=75 mm時為嚴重顛簸，需要進行修理。

用沉降差確定是否需要修理是一個簡單易行的指標，但并不完善，因為相同的高差而板長不同則產生的顛簸效果也不相同。考慮到橋臺自身的轉角，從行車舒適性角度出發，認為板的斜度θ值不超過1/200弧度是可以接受的。當θ角大于1/100弧度時，將會引起行車明顯的不適，可做為開始修理的標準。

3 幾種搭板的試驗比較

(1)常規的鋼筋混凝土搭板。

以下各種搭板的尺寸均相同，以資互相比較:板長9 m，寬3.6 m，厚0.3 m(參照美國加州的使用尺寸)。3.6 m 是一個車道的寬度。配筋也與實用的搭板相同。搭板的上層鋼筋網——縱向 φ20，間距 30 cm，橫向 φ16，間距 45 cm;下層鋼筋網——縱向 φ25，間距15 cm，橫向 φ16，間距30 cm。

(2)FRP網格混凝土搭板。

輪廓尺寸與鋼筋混凝土相同，只是用“纖維增強聚合物”(FRP)取代了鋼筋。第一次投資要大于普通鋼筋混凝土，但考慮到以后的維修和更換，則應與總造價大體相同。FRP材料強度高，不生銹，從而保護層可以減至25 mm。行車方向布設受力主筋。主筋為高38 mm的工字形碳纖維棒，每根面積253 mm2，強度為551 MPa，彈模31 GPa。

FRP網格架由工廠制作，頂層和底層網格相同。網格構造:縱向設工字形FRP筋棒，間距10 cm;橫向設FRP細撐桿，間距10 cm;豎向由尼龍格柵支撐，保持上下網片凈距178 mm。為運輸方便，網格在橫向分成梁片，再在工地拼成整片，在接頭處增設 φ38FRP傳力桿。傳力桿抗拉強度551 MPa，抗剪強度 124 MPa。

(3)玻璃纖維棒(GFRP)配筋搭板。

玻璃纖維增強聚合物(GFRP)已成功的應用在土木工程建筑中，尤其是暴露在惡劣環境中的結構。由于它優越的抗化學腐蝕能力，在遭受到氯鹽和低pH值介質的侵襲時，用GFRP棒取代鋼筋能顯著的延長結構使用壽命。在國外已制定出了用GFRP棒作為受力筋的規范。

將傳統搭板中的鋼筋全部用GFRP筋取代，生產廠家把GFRP制成酷似鋼筋的形狀，搭板上下層均采用GFRP網片，頂層網片——縱向φ19，間距15 cm，橫向 φ16，間距45 cm;底層網片——縱向φ28，間距10 cm，橫向 φ16，間距30 cm。

這些筋棒的抗拉強度為565～723 MPa，彈性模量為44 GPa。

(4)纖維混凝土搭板。

將不連續的短纖維加入混凝土拌和機內，可以提高混凝土開裂后的延性，使裂縫處藕斷絲連。它雖不能取代鋼筋混凝土中的鋼筋(鋼筋還擔負著受力的重任)，但能改善混凝土的裂縫控制。

搭板混凝土內摻入了兩種纖維:①鋼纖維——直徑為0.76 mm，長 60 mm，用量 39.2 kg/m3，抗拉強度不小于1 034 MPa;②聚乙烯醇細纖維——直徑 0.064 mm，長8.5 mm，用量 2.61 kg/m3，抗拉強度1 100 ～1 400 MPa。

混凝土中加入了纖維就可以滿意地控制裂縫，頂層鋼筋可以取消。當然，頂層鋼筋出掉與否還應視板頂會不會出現負彎矩而定。底層鋼筋與常規的鋼筋混凝土搭板相同。

4 實驗結果和結論

為改善常規的鋼筋混凝土搭板的使用性能和耐久性，提出了三種替代方案:(1)用FRP筋棒取代鋼筋，制成網格作為搭板的主要受力部件。FRP筋強度高、不生銹，是一種很有發展前途的加筋材料;(2)用玻璃纖維增強聚合物(GFRP)制成酷似鋼筋的筋棒，完全取代鋼筋，制成GFRP筋混凝土搭板。GFRP強度高、不銹蝕，價格可以接受(GFRP俗稱玻璃鋼);(3)纖維混凝土搭板是把鋼纖維或其他細纖維摻入混凝土內，以改善混凝土開裂后的延性，它可以有效地阻止裂縫的發生和發展，從而以防裂為主的上層鋼筋可以去掉。

對以上各種搭板進行了加重車的荷載試驗。在搭板座落在壓實良好土基上的情況下，搭板重量均勻地壓在土基上，各種搭板基本上不產生彎矩，變形和裂縫性能無多大差異。從而當板下有掏空現象時，各種板的表現差異很大。尤其是掏空距離較長時，豎向剛度下降，會產生較大的撓度。從容易修復的角度出發，最大能容忍的掏空長度為1.8 m，此時剩余的剛度為95%。

在搭板掏空的情況下，不同搭板的裂縫寬度和分布情況有很大差別。當摻入鋼纖維和聚乙烯醇纖維時，會產生最好的裂縫控制效果(鋼纖維用量39.2 kg/m3，聚乙烯醇纖維含量2.6 kg/m3)。盡管上層鋼筋已經取消，但與那些配筋的搭板相比，裂縫要少得多，出現裂縫的試件也較晚，它的撓度和搭板轉角也最小，是一種最有前途的搭板形式。