簡支空心板橋的病害及有效治理方法

(重慶交通大學土木學院建筑與土木工程系 重慶 400041)

一、引言

改革開放的發展，是中國的交通運輸行業迅速發展，公路鐵路的大規模的修建加快的我國經濟的發展。常見的梁橋有空心板橋、T梁橋、箱梁橋、連續剛構橋等。其中空心板橋有構造簡單、受力明確、施工方便、建筑高度較低、用材經濟、可標準化集中預制生產等諸多優點，因而在我國中、小型橋梁設計中被廣泛采用，近些年來隨著經濟大規模的發展，重載車輛持續增多，該橋型混凝土鉸縫病害日益突出，作為各板之間橫向連接的鉸縫，在不斷增加的交通量和重載車作用下極易損壞，從而降低了結構橫向傳遞荷載的能力，導致單板受力。空心板板橋的病害有空心板鉸縫脫落，梁底縱向開裂和支座脫落、變形，單向板受力，橋面鋪裝層開裂，混凝土剝落鋼筋銹蝕等常見病害。

二、簡支空心板橋病害分析

簡支空心板橋的受力結構主要由承重結構梁板及傳力結構橫梁，橋面板，鉸縫等兩大部分承擔，鉸縫承擔梁板間傳遞內力并約束位移的關鍵作用。鉸縫的橫向聯系被削弱會引起實際受力情況脫離原來假設的梁板整體受力體系，使梁板間受力分配不均勻，反過來進一步加大鉸縫的內力，加速鉸縫的破壞。

(一)空心板產生的病害

空心板常見的病害有：單板受力，底板縱向開裂，頂、底板厚度不夠，空心板內積水。

單板受力的原因和影響：空心板橋通過縱向鉸縫橫向連接，因施工過程中鉸縫質量不合格，或后期養護過程中超限車對橋梁的影響導致絞縫失效產生單板受力，病害以鉸縫混凝土脫落、開裂為特征。鉸縫失效后橋梁整體受力改變為單向板受力，每個空心板承受的力將會大增，空心板底板縱向的拉應力增大，增大了板底的開裂概率，對橋梁整體的安全穩定性能有很大的影響。

梁底縱向開裂的原因和影響：空心板橋的橫向配筋較弱，受到橫向拉力時，由于強度不足，會產生縱向的裂縫。

空心板內積水：橋梁在使用過程中，因板頂產生裂縫空洞，水由鋪裝層滲入空心板并在空心板內蓄積，因此增加了橋梁恒重，不利橋梁結構安全。

(二)鉸縫病害

空心板橋的橫向連接較弱，最近幾年隨著經濟的發展，交通量越來越大，橋梁的承載量越來越大，導致鉸縫容易開裂、脫落，并使橋梁結構的橫向連接破壞，影響橋梁力的橫向傳遞，影響橋梁的結構整體性。該病害的出現一般是由于設計缺陷、施工缺陷和后期養護不當造成。

(三)支座病害

支座脫空和支座設置不當：空心板通常一塊預制板安裝4個支座，兩端各兩個，由于主梁預制和安裝精度不足，導致個別支座局部脫空或安裝偏位，易導致支座滑落，主要是由施工原因造成的。安裝位置不當，在重載作用下主梁發生扭轉，導致橋垮結構破壞。

(四)橋面連續構造病害

橋面橫向開裂滲水：由于空心板梁橋跨徑較小，橋梁的構造較簡單，橋梁的配筋相對于大跨徑橋梁薄弱很多，抗剪能力也較差，橋面鋪裝層的布置也薄弱。在交通量很大的情況下，梁底彎矩較大，受拉力較大，橋面板容易產生裂縫、滲水。裂縫的滲水會加速鋼筋的銹蝕，進一步加快橋梁的破壞。

三、空心板橋的加固維修

在舊橋的損傷程度較輕不影響使用功能時，為了避免橋梁的繼續損壞，需要對橋梁進行維修加固處理，針對不同的橋型，加固維修的費用也不一樣。有的橋梁的維修費用占到了修新橋費用的30%左右。因此，橋梁是否有維修的必要是要考慮的首要問題。維修加固的方法也是研究的首要內容，適當的加固方法會在很大程度上提高橋梁的繼續使用能力。

(一)去梁增肋法

空心板橋的橫向連接較弱，抗剪能力不強，在大交通量的作用下，會造成空心板橋的鉸縫失效，使空心板單向受力，加快橋梁的損壞，去梁增肋法的維修加固思路就是去掉空心板橋中損壞嚴重的空心板，剩余的空心板在原橋寬度范圍內重新排列，利用舊板之間的空隙新增混凝土梁肋，與舊空心板一起承擔荷載，提高結構整體剛度和使用能力。

(二)預應力CFRP板加固法

CFRP是碳纖維增強復合材料的縮寫，碳纖維作為一種具有很高性能的新型材料，應用的領域很廣。CFRP材料強度高質量輕且耐腐蝕能力強，相比于傳統的鋼材，CFRP更適合應用于橋梁加固這一類維修工程中。傳統的碳纖維布加固方法中，只有在受拉區的混凝土達到屈服強度之后，碳纖維布才能發揮其性能，但是預應力CFRP板加固的方法中，預先施加預應力，可以有效的利用材料的性能，防止受拉區混凝土開裂的同時還可以增強結構的承載能力。

(三)體外預應力加固技術

空心板橋的主要問題是結構的橫向聯系，主要表現在橋面鋪裝和空心板鉸縫兩者的不同程度的損壞。體外預應力加固技術的思路是在空心板底部布置橫向槽鋼，把鋼絞線放入槽鋼內，槽鋼的固定由鋼筋綁扎后通過鉸縫固定在橋面上，槽鋼兩端用鋼板焊接固定。施加預應力是均衡張拉然后錨固鋼絞線最后封錨。張拉完成后，在槽鋼內灌入混凝土防止鋼絞線的銹蝕。橫向預應力筋布置完成后，鋪裝橋面鋪裝層，按照要求布置鋼筋，增強橋梁的抗剪能力。體外預應力加固方法加固效果明顯，很大程度改善了橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命；但施工工藝交復雜，體外預應力混凝土的澆筑增大了橋梁的恒載，維修費用較高等。

(四)型鋼—混凝土組合加固技術

型鋼-混凝土組合加固是在沿梁底鉸縫兩側設置剪力鍵，縱向錨貼U形鋼板，并在U形鋼板和鉸縫間灌注高強自密實灌漿料。

四、空心板加固維修方法的改進

橋梁加固的方法很多，針對不同的橋型，病害以及損壞的程度，加固的方法不盡相同。第一點：在鉸縫破壞嚴重的情況下，使用去梁增肋法是有效的加固措施，橋梁的寬度不變的條件下，重新安排空心板并澆筑混凝土肋梁。第二點：若鉸縫的損壞程度較低，則可以采用壓力注漿法修補裂縫。第三點:在空心板橋的建設過程中，在梁底板布置橫向預應力，增強空心板間的橫向連接。

五、結論

簡支空心板由于其優點，被大規模的使用，隨著橋梁修建的年代久遠和交通量的持續增長等一些原因，簡支空心板梁橋出現很多的病害，這些病害輕則影響橋梁的表面美觀，重則影響橋梁的使用功能。對于損壞嚴重但是還可以繼續使用的橋梁，需要進行加固維修處理，根據損壞的情況制定不同的維修方案。現有的加固方案有：去梁增肋法，CFRP板預應力張拉法，體外預應力張拉法，鋼—混凝土組合加固技術等。根據橋梁的實際情況還可以對以上方法組合維修。橋梁出現病害是不可避免的，如何快速有效經濟的解決病害的擴展，是需要考慮的首要問題。