空心板梁橋增強橫向聯系加固方法研究

劉永超

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司公路養護技術研發中心 沈陽市 110111)

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，逐步進入工業化、城市化的高峰期。為了適應經濟社會發展需求，車輛載重能力不斷提升，重載車輛數量不斷攀升。2003～2011年，我國重型貨車數量由136.8萬輛迅速增至460.6萬輛，重型貨車數量翻了兩倍多。同時，超載車輛不斷增多，2007～2011年超載車輛平均超載率分析顯示，各車型平均超載率均在10%～15%[1]。這將導致橋梁結構損傷加劇，降低使用壽命。尤其對于中小跨徑橋梁，由于其活載效應在總荷載效應中所占比重較大，重載車輛往往會對其產生嚴重的損傷，甚至垮塌。

由于具有受力明確、施工快速等特點，空心板梁橋在中、小跨徑橋梁中所占比例較大。早期修建的空心板梁橋跨徑小，設計荷載等級較低，且多為鋼筋混凝土結構。面對日益嚴峻的交通狀況，空心板梁橋面臨著不小的挑戰。特別是對于重載車輛較多的路線，很多空心板梁橋已經出現了結構性病害，甚至威脅到結構安全。

傳統維修、加固方式多需要封閉交通，嚴重阻礙了車輛正常通行，不利于經濟的快速發展，甚至會引發交通事故，嚴重威脅旅客生命財產安全。如何對已經出現結構性病害的空心板橋梁進行有效加固，對管養單位提出了更高的要求。

本文旨在不中斷交通情況下，探索實用高效的空心板梁橋加固技術。不妨礙經濟活動的正常運行，最大程度降低經濟損失，經濟效益十分顯著。

1 典型病害分析

空心板梁橋典型病害主要有：跨中梁段存在橫向裂縫，板端梁段存在斜向裂縫，橫向聯系削弱、單板受力過大等[2]。

梁底橫向裂縫及板端斜向裂縫加固方法較多，效果也較明顯。對于空心板跨中梁段橫向開裂、抗彎承載力不足，可以采用有黏結預應力加固方法。對于板端梁段斜向開裂、抗剪承載力不足，可以采用增大截面或橫向有黏結預應力加固方法。但是對于橫向聯系削弱、單板受力過大的問題，上述方法并不能有效解決。

空心板在設計的時候，假設鉸縫只傳遞剪力而不傳遞彎矩[3]。實際上，空心板在承受縱向彎矩作用的同時，還承受著橫向彎矩的作用。而空心板之間連接由鉸縫混凝土、少量鉸縫連接鋼筋以及橋面鋪裝組成。由于鉸縫本身的橫向聯系比較脆弱，橫向彎矩主要是由橋面鋪裝來承受的。然而橋面鋪裝鋼筋較少、厚度有限，所以，橋面會出現縱向裂縫，如圖1所示。橋面出現縱向裂縫后，水分會滲漏進去，破壞空心板之間的聯系，當空心板兩側鉸縫開裂的長度約為0.67倍的計算跨徑時，就會出現單板受力過大現象[4]。

橫向聯系削弱、單板受力過大病害較為特殊，其危害性更大。雖然不是整體出現結構性病害，但是個別空心板橫向分布系數顯著增大[5]。荷載作用效應將明顯提高，空心板板底跨中部位更易產生橫向裂縫、板端腹板更易產生斜向裂縫等結構性病害，甚至超出承載能力范圍，威脅結構安全，因此需要特別注意，如圖2所示。

綜上所述，空心板之間的橫向聯系對整體受力性能起到至關重要的影響。有效解決空心板間橫向聯系薄弱問題對橋梁的結構安全和耐久性具有重要的現實意義。對此，提出幾種加強空心板之間橫向聯系的加固方法，主要有粘貼鋼板加固、橫向預應力加固、板端增設支撐加固及改變結構形式加固等方法，能夠有效指導實際空心板梁橋的維修、養護工作。

2 加固方法研究

2.1 粘貼鋼板加固

在空心板底鉸縫處錨固鋼板，能夠增強鉸縫的抗剪能力，同時提高鉸縫的橫向抗彎能力，從而增強了空心板間的橫向聯系，提高了整體工作性能，有效減小荷載橫向分布系數，間接提高了空心板承載能力，如圖3、圖4所示。

粘貼鋼板流程為：探明結構主筋位置→確定螺栓植入位置→空心板底和鋼板表面處理→粘結劑配制→固定、加壓→螺栓錨固→注膠→固化→涂刷防腐涂裝。

施工過程中應注意三點：

(1)螺栓錨固應牢靠，必須保證鉆孔深度。

(2)對混凝土表面及鋼板表面須清理干凈。對混凝土表面進行打磨，對破損部分可用環氧砂漿修補，鋼板表面的油污和鐵銹必須清除干凈。

(3)鋼板應粘貼緊密，不應有空鼓現象[6]。采用壓力注膠法進行黏結。待硬化后用手錘敲擊鋼板，如無空洞聲表示已粘貼密實，否則應再注膠直至密實。鋼板粘貼完畢，對其進行防腐處理。

另外，板底增設鋼橫梁方法也可有效增強空心板梁橋橫向整體工作性能，設計原理與施工方法與粘貼鋼板類似[7]。

2.2 橫向預應力加固

在空心板上安裝錨固裝置，張拉橫向預應力筋，鉸縫處于受壓狀態，有效增強空心板間橫向聯系。

可以在邊板外側腹板設置錨固板，張拉橫向體外預應力筋[8-9]。也可以在空心板底設置錨固板，張拉橫向預應力筋，噴射高性能復合砂漿，對預應力筋進行保護。亦或者在空心板底部跨中位置增大截面，預埋波紋管，待增大截面混凝土強度達到設計要求后張拉預應力筋，并注漿、封錨，如圖5、圖6所示。加固后荷載試驗表明，橋梁的整體工作性能明顯改善，空心板的橫向分布接近按照剛接板梁法的計算結果。

單板受力過大的空心板兩側鉸縫一般破損較嚴重，故采用橫向預應力加固時，一般需要對鉸縫進行處理。另外，空心板底部張拉橫向預應力筋，會使空心板頂部的橋面鋪裝產生橫向拉應力，對結構的耐久性將產生不利影響。因此，需要在橋面鋪裝中增加橫向受拉鋼筋。綜上所述，采用橫向預應力加固方法一般結合橋面大修進行施工，能夠有效改善結構整體受力性能。

施工時需要注意，預應力筋錨固點應與空心板連接牢靠，才能保證預應力的有效施加和傳遞。另外注意預應力筋應采取有效的防腐措施。

2.3 板端增設支撐加固

對于板端破損相對嚴重的空心板梁橋，可以在板端設置支撐，減小計算跨徑，從而減小跨中彎矩效應和支點剪力效應，如圖7所示。

施工過程中應注意兩點：

(1)牛腿錨固要可靠，與墩臺牢固接觸，必須保證鉆孔深度。

(2)確保使支撐與空心板底接觸緊密，才能有效傳遞上部結構的荷載，從而起到加固效果。

2.4 改變結構形式加固

對于空心板病害較嚴重且危及橋梁結構安全的，可以采取在空心板底部澆注混凝土，變梁為拱。轉變結構形式后，其各項受力性能應符合無鉸拱的要求[10]。

在橋臺處開挖，露出基礎頂面，綁扎鋼筋，澆注混凝土拱座。按設計線型分段拼裝鋼波紋板。在波紋板與原結構間填充自密實微膨脹混凝土，澆注時應注意對稱填充，避免偏壓改變波紋板設計形狀，如圖8所示。變梁為拱加固方法效果明顯，但是對橋下凈高有影響，加固后橋下凈高應滿足通行要求或在橋下無通行要求時使用此種方法。

施工過程中應注意三點：

(1)波紋板安裝時，確保接縫搭接緊密。

(2)澆筑應對稱進行，避免產生明顯偏壓，改變波紋板線性。

(3)新澆注填充混凝土應密實，與空心板底接觸緊密，形成統一整體。

3 結語

(1)空心板梁橋典型病害主要有跨中梁段存在橫向裂縫，板端梁段存在斜向裂縫，橫向聯系削弱、單板受力過大等。其中，橫向聯系削弱、單板受力過大病害危害性更大。會使個別空心板受力顯著增大，甚至超出承載能力范圍，易于產生突發性事故，需要重點處置。

(2)研究了加強空心板之間橫向聯系的加固方法，主要有粘貼鋼板加固、橫向預應力加固、板端增設支撐加固及改變結構形式加固等方法，能夠有效指導實際空心板梁橋的維修、養護工作。

(3)研究的加固方法具有不中斷交通、安全可靠、加固效果顯著等特點，具有良好的經濟效益，具有較好的適用性。