空心板鉸縫病害成因及防治措施研究

葉品 童熙 楊永平 吳宜正

1.浙江省交通運輸科學研究院 浙江杭州 311300

2.嘉善縣公路與運輸管理服務中心 浙江嘉興 314100

浙江省是橋梁大省，截至2019 年末，浙江省公路總里程達12．18 萬公里，已建成公路橋梁51106 座，占全國橋梁總數的十分之一，位居全國第三。其中中小跨徑梁式橋占全省橋梁總數的90%以上；隨著大量等級公路的建設和不斷投入運營，公路橋梁在建設和運營過程中相繼出現了一些病害，某些橋梁病害還具有普遍性，已影響到橋梁的運營安全和耐久性。浙江省交通廳組織的省內多條高速公路、地方道路橋梁的調查結果顯示，橋梁病害主要集中在上部結構與橋面鋪裝及支座、伸縮縫附屬構造等，其中空心板梁鉸縫損傷是最為普遍的橋梁病害之一，也是空心板梁橫向裂縫等多種其他橋梁病害的誘因。

1 空心板鉸縫型式的發展

空心板在浙江省的應用起步于上世紀60-70 年代，最初采用淺的小鉸縫。到了90 年代，截面形式進行了較大更改，對鉸縫形式進行了修正，但依然為淺的小鉸縫形式。經過十幾年的經驗積累，又發展出寬幅式預應力空心板，鉸縫也改為深的大鉸縫，見圖1。鉸縫的形式直接影響到空心板的橫向連接性能，鉸縫過小，在施工時鉸縫混凝土往往不容易搗實，則各板之間的橫向連接性差，在反復的車輛荷載和重車作用下，空心板的撓度加大，造成鉸縫損壞、甚至脫落等病害。而鉸縫病害又會導致空心板出現單板受力現象，空心板內力和撓度變大，使空心板底部出現橫向裂縫病害。此外，還會導致橋面鋪裝出現縱向裂縫病害。這些都是幾十年來的實踐和應用中總結出的經驗和教訓。

圖1 空心板截面形式和鉸縫的演變

2 鉸縫病害及成因分析

空心板橋梁在鉸縫處出現破碎、導致單板受力現象，造成橋面鋪裝屢修屢壞。嚴重時，甚至會發生鉸縫混凝土整體脫落、鉸縫透空的情況，見圖2。該病害嚴重削弱了空心板的橫向連接整體受力性能，并且往往會導致其他次生病害的發生，例如因單板受力導致的空心板底板橫向裂縫病害、空心板的水侵害病害等等。

因這種病害的維修需要封閉交通，挖開橋面鋪裝，掏空原有的破碎鉸縫殘渣，因此維修復雜，工期長，對交通的影響大。這些因素已直接影響到空心板這種結構形式的推廣應用。因此對鉸縫病害的成因進行分析，并提前預防尤為重要。通過對鉸縫病害成因進行分析歸類，其主要可以歸為以下幾類。

圖2 空心板鉸縫病害

表1 空心板鉸縫病害成因

3 防治及加固措施分析

空心板梁鉸縫病害的防治應多管齊下，分別針對設計、施工和運營階段的病害成因對癥下藥，全面提升提升空心板梁質量。

3.1 設計階段

3.1.1 針對鉸縫尺寸偏小問題

（1）增大空心板的板寬[1]，板寬不小于1．25m，鉸槽的深度不小于預制板高的2/3，鉸的上口寬度應滿足施工時使用插入式震搗器的需要，上口寬度宜大于8cm。

（2）設計時應盡量采用大鉸縫空心板。還要加強對鉸縫內連接鋼筋布置的重視程度，甚至可以將鉸縫鋼筋和橋面鋪裝鋼筋作一定的連接。通過加強上部結構的整體性，將鉸縫受損的可能性降到最低。

3.1.2 針對鉸縫內的鋼筋連接不好問題

（1）預制板內應預埋鋼筋伸入鉸內[2]，相鄰板間鉸縫鋼筋應要求焊接?？稍阢q縫頂部增設跨縫加強鋼筋。

（2）橋面的混凝土調平層的構造應予加強[3]，梁板頂部宜設間距為50cm 的U 型剪力筋，橋面混凝土調平層的強度等級與預制板相同，調平層內設置D10 焊接鋼筋網（鋼筋直徑10mm，網格間距10cm）。水泥混凝土層厚度取10-12cm，若頂部不設瀝青混凝土，則取12cm。頂部的瀝青混凝土層厚度與橋頭路面（上面層+中面層）的厚度相協調。

3.1.3 針對設計圖中鉸縫施工工藝未交待清楚

（1）設計圖紙應對施工工藝提出明確而嚴格的要求：①鉸縫必須作鑿毛處理，鑿毛要求以露出粗骨料粒徑的2/3 為宜。

②板底宜采用吊模，不允許采用碎布填塞。③鉸縫底部應懸掛并固定模板，模板上先澆筑一層厚度約5cm 的砂漿，在砂漿強度達到5Mpa 后方可澆筑鉸縫混凝土。④澆筑鉸縫混凝土時用插入式振搗棒，振搗時間要充分，以確保振搗密實；⑤鉸縫底部模板拆除后，應馬上進行勾縫，勾縫應保證縫寬一致，邊線直順。

3.2 施工階段

針對鉸縫混凝土強度偏低、粘結不佳問題等問題，應加強施工管理和優化施工工藝。

（1）加強施工質量管理。①施工單位應充分重視鉸縫混凝土的施工質量控制，克服并改變“重梁板預制，輕鉸縫施工”的思想和行為，認真對待鉸縫混凝土施工的每一個環節。②施工技術部門應組織施工班組進行施工技術交底，明確每個施工環節的施工要點和注意事項，讓每一位施工人員做到心中有底。③要選擇和培養專業的鉸縫施工隊伍，使鉸縫施工成為規范化施工，使鉸縫施工人員成為熟練工人，防止質量差錯和瑕疵。④鉸縫混凝土配合比應根據審批程序先報施工技術負責部門審核，再報監理機構審批，以確保配合比的規范、科學、適用。

（2）優化施工工藝。①鉸縫混凝土的混合料配合比設計應符合規范的要求。同時應結合鉸縫施工的特點進行優化設計。為防止鉸縫混凝土凝固收縮造成鉸縫混凝土與空心板混凝土的剝離，應加入適量膨脹劑。膨脹劑的數量和品牌通過試驗擇優采用。在配合比設計中，應提高目標混凝土強度等級（比空心板混凝土設計強度高5Mpa），以確保鉸縫混凝土強度具備足夠的富余量。施工配合比的控制應嚴格。拌制混凝土所使用的各項材料及拌和物的質量應經過檢驗，確保符合要求。②梁板預制過程中，應確保鉸縫預埋鋼筋位置正確，緊貼側模板。對于后張法施工的預應力空心板，應嚴格控制張拉時的混凝土齡期，所有的空心板，盡量保持一致，以爭取空心板的預拱度保持均衡一致。嚴格控制空心板斷面尺寸符合設計，防止縮減鉸縫斷面尺寸。③空心板側面的鑿毛應充分，應該把整個混凝土表皮都鑿掉。建議改進鑿毛的工具，提高鑿毛功效。鑿毛時間，不能太早，也不能太遲。太早了，混凝土強度不足，鑿毛時可能對梁體混凝土造成不利影響；太遲了，混凝土強度太高，增加鑿毛的難度，影響鑿毛的效率。一般拆模后1-3 天鑿毛較好。④支座安裝高程控制要精確，確保4 個支座頂面在同一個平面上。空心板安裝后，應仔細檢查，看看支座位置有沒有脫空，如果發現脫空，應重新安裝支座，重新安裝空心板。⑤鉸縫預埋鋼筋的搭接，應確保連接充分、牢固。應確保橫向連接筋預埋位置精確，拆模后及時鑿出連接筋，所有的預埋鋼筋，都要鑿出、外露，確保其數量符合設計要求。⑥澆筑鉸縫混凝土前，應做好充分的準備工作。鉸縫下口，應采用高標號砂漿（與空心板同強度等級）封閉，以防澆筑鉸縫混凝土時漏漿。澆筑止漿砂漿前，應事先在縫底（空心板底面）設置木模，澆筑砂漿時，用細鋼筋插搗密實。止漿砂漿澆筑至少三天后，方可澆筑鉸縫混凝土。澆筑鉸縫混凝土前，應對空心板鉸縫內的建筑垃圾進行清理，如有必要，應進行清洗?？招陌鍌让鎽M行灑水濕潤。尤其是高溫施工，應充分灑水濕潤。⑦鉸縫混凝土拌和時，應嚴格控制用水量，防止多加水，增加水灰比，增加坍落度，降低混凝土強度。澆筑鉸縫混凝土時，應充分振搗，確保密實。⑧鉸縫混凝土澆筑完畢并終凝后，應及時用土工布覆蓋，并灑水保濕養護，養護時間不少于7 天。⑨試塊鉸縫混凝土澆筑過程中，應及時取樣做試塊，采用標準養護。試塊強度達不到目標強度的鉸縫，應返工重新澆筑。

3.3 運營階段

（1）針對養護過程中忽視勾縫脫空、滲水現象：管養單位應加強巡查和定期檢查，在病害前期，對鉸縫及時進行注漿處理，加強預防性養護。

（2）針對超載問題：應加大對超載車輛的整治力度，嚴格控制超載車輛。

（3）其他防治措施：應及時修復橋面鋪裝防水層，防止水不斷的滲入鉸縫中，從而逐漸破壞鉸縫的使用功能。

4 維修加固方案

對于受損嚴重的鉸縫，應及時進行維修加固。根據病害成因及嚴重程度可以有針對性地采取以下維修加固措施：

（1）如病害輕微，只出現局部滲水等現象，橋面和梁板等無關聯病害，鉸縫尚能維持正常使用功能，則僅對鉸縫采取預防性注漿措施處理即可。

（2）清除縫內雜物，采用水槍從下向上對縫內清洗，然后向縫內壓入小石子混凝土。若有封道條件，進一步修復橋面水泥混凝土調平層，并在鉸縫頂部增設跨縫加強鋼筋，則效果更好。

（3）如鉸縫破壞嚴重，已部分或全部失效，致使空心板接近或完全單板受力，則應鑿除鉸縫兩側一定范圍的橋面鋪裝，將破損的鉸縫砼等清理干凈，通過植入騎馬鋼筋等手段強化空心板梁的橫向聯系，并重新做回橋面鋪裝，見圖3；如整幅空心板普遍存在鉸縫病害，則應將整幅橋面鋪裝鑿除重做，同時采取植筋或粘鋼等手段加強空心板梁的橫向聯系。

（4）如鉸縫病害已導致空心板普遍產生嚴重病害的，建議更換采用大鉸縫型式的新梁板。

圖3 空心板鉸縫植筋加固示意圖

5 結語

空心板鉸縫病害主要與構造型式、施工質量、超載等因素有關，其中施工質量又與鉸縫的構造形式有較大關系。因此在設計、施工以及運營養護階段加強對空心板病害防治的關注，對于提升空心板梁質量，提高空心板梁橋使用壽命具有重要意義。