裝配式板橋鉸縫病害及對策分析

張 琳

（濟南市第二公路事業發展中心，山東 濟南 271100）

引言

裝配式梁橋采用預制梁板進行拼裝，施工方便、快捷，是我國廣泛采用的橋梁結構形式之一。預制板板間鉸縫和板上鋪裝層作為裝配式梁橋的橫向連接結構，將單塊預制板連接成整體結構，并傳遞車輛荷載至下部結構。在復雜荷載作用下，鉸縫容易發生病害，影響橋梁整體安全，是裝配式板橋的薄弱環節之一。

1 鉸縫病害

鉸縫是裝配式梁板間橫向連接縫的后澆混凝土，該混凝土面與橋梁預制面板側面結合，鉸接板病害往往發生在這里。當該處混凝土損壞到一定程度時，將出現“單板受力”現象，在鋪裝層會發生反射裂縫，造成路面破壞。鉸縫病害有一定的特征規律可循，找到規律便可逆向采取解決對策。

1.1 總體特征

鉸縫與空心板的結合面是橋梁受力的薄弱環節，病害的總體特征是鉸縫及鋪裝層混凝土由完好狀態逐漸發展為在結合面處脫離，混凝土開裂、破碎、脫落、滲水，內部鋼筋出現銹蝕或斷裂，荷載傳遞能力由完全傳遞荷載-傳遞部分荷載-失去荷載傳遞能力的步驟發展。鉸縫處荷載復雜，當鉸縫破壞仍能傳遞部分荷載時，荷載傳遞路徑需要進一步研究[1]。

1.2 發展特點

當荷載超過鉸縫混凝土抗拉強度時，將會出現裂縫，裂縫由鉸縫開始向鋪裝層發展，當發生通透開裂時，會出現“單板受力”現象。水平方向上，由跨中局部開裂向全長貫通開裂發展，直至整跨預制板失去橫向連接能力。初期裂縫寬度較小，又由于積水、灰塵等外界環境的影響，一般不能直接發現裂縫的存在，但此時混凝土損傷后仍有荷載傳遞能力。隨著病害繼續發展，裂縫開始向外圍區域拓展，橋面出現反射病害，初始病害處裂縫寬度加大，相應地鉸縫承擔荷載能力大大被削弱，直至失去荷載傳遞能力，成為“單板受力”。

1.3 病害表現

鉸縫開裂后橋梁整體承載力和剛度受到削弱，病害發展各個時期具有不同的表現。初期鉸縫裂縫細微不明顯，肉眼難以觀察到反射裂縫，當鋪裝層防水效果較差時，橋面積水會從裂縫處滲漏，滲漏量較小。鉸縫損壞加大，直至完全失去荷載傳遞能力時，可逐漸發現橋面鋪裝層裂縫、破碎甚至出現破碎帶，鉸縫滲水量增多，預制板地面有析白，鋼筋混凝土保護層脫落、鋼筋銹蝕、斷裂，預制板底面出現橫向裂縫等病害現象，見圖1、圖2。

圖1 鉸縫析白

圖2 橋面破碎

1.4 病害多發范圍

病害多發生在重載車行車道范圍內。重車行車慢或者超載，相鄰梁板錯臺明顯，通過單板受力板時呈彈性下撓[2]，重載車車輪作用在鉸縫上，混凝土被逐步剪切破壞或與在結合面處于橋梁板脫開，造成橋梁整體剛度下降。病害超過一定限度后，單板受力發生塑性變形。情況嚴重時，在重車行車道會形成一條破碎帶甚至梁板斷裂。

2 病害產生原因

鉸縫病害的發生是多方面因素造成的，既有設計上的不足，也有施工上的欠缺，還有外界環境的作用，是多種因素共同作用的結果。

2.1 外界環境

（1）公路行車超載現象嚴重，是造成橋梁病害迅速發生的重要原因之一。我國重型車輛被要求固定在某一車道行車，該車道承受超過設計標準荷載的概率增加，加速了鉸縫結構的破壞。（2）外界侵蝕作用加速鉸縫破壞。冬季融雪鹽中的氯離子、橋下流水、橋面滲水等共同作用，侵蝕鉸縫混凝土和鋼筋，造成鋼筋銹蝕、混凝土脫離，承擔荷載作用減弱。

2.2 施工質量欠缺

（1）鉸縫、鋪裝層施工不到位。鉸縫及鋪裝層混凝土用料和強度不符合設計要求，鋪裝層厚度不達標，鉸縫澆筑漏漿，混凝土振搗不密實，結合面鑿毛不符合規范要求等問題，使得鉸縫混凝土的黏結力、強度、剛度與設計不符，不能承擔傳遞復雜荷載的作用。忽視鉸縫細節質量檢查和缺陷修復，如鉸縫未勾縫等，使得橋梁帶病進入運營階段。（2）施工誤差大，橋面板受力不均勻。支座安裝時高程誤差大，導致鋪裝層頂面平整度差，荷載作用時出現蹺蹺板現象。裝配式板在預制過程中由于張拉預應力等原因造成反拱值大小不一，影響后期鋪裝層厚度[2]等。

2.3 設計問題

（1）鉸接板橋結構橫向分配設計理論不完善。按彈性分布計算荷載的橫向分布系數，鉸縫無力承擔[3]。梁橋受到剪切、彎拉、扭曲、拉壓等復雜荷載作用，實際情況與計算理論相差較大，杠桿原理法、鉸接板法、偏心壓力法等方法對橋梁介于鉸接和剛接的受力狀態描述存在誤差[2]。（2）部分橋梁采用小鉸縫結構設計，受剪截面過小，整體剛度小，抗剪能力和橫向連接能力較差。鉸縫受到板高限制，鋼筋布置不合理，抗拉能力不足，易導致橫向拉裂。鋪裝層厚度過薄，混凝土強度偏低，降低鋪裝層抵抗荷載和滲水侵蝕的能力[2]。小截面導致鉸縫混凝土與預制板的結合面黏結力差，無法承擔過多的剪力。

2.4 養護不及時

多數橋梁在建成后一段時間處于養護真空狀態，輕視由于沉降、變形、水流侵蝕等原因造成的表面病害，不及時維修加固。隨著橋梁帶病服役時間延長，病害深入鋪裝層及鉸縫。在橋梁運營使用階段，對橋面排水系統檢查維修不重視，對路面坑槽、裂縫久拖不治，鋪裝層和鉸縫混凝土經過荷載反復作用和凍融收縮，病害逐漸擴大。

3 對策分析

對裝配式橋鉸縫病害要標本兼治，從前期橋梁設計時就要考慮降低病害的設計方法，進行設計優化，施工中加強工藝、工法質量，運營階段提高巡查監測頻率，及時養護維修。

3.1 優化設計

（1）在鉸接板受力理論研究上進行突破，彌補荷載橫向分布計算的不足?？梢圆捎糜邢拊M鉸接板實際受力情況，對裝配式橋梁結構進行受力計算，分析鉸接板及鉸縫應力、應變、位移變形情況，并做出設計優化，減小采用鉸接板法、杠桿原理法等理論方法計算造成的誤差。（2）增加鋪裝層混凝土強度、厚度。因橋面設計有橫坡，橋面不同部位的鋪裝層厚度不同、交通量不同、車輛載重不同，造成不同路段不同鉸接板受力不均勻。加大鋪裝層厚度，適當提高配筋率，提高橋梁整體剛度，減小單板受力，改善荷載傳遞路徑。（3）加大鉸縫截面尺寸[2]。能夠增大鉸縫與預制板側面的結合面面積，增加黏結力，而且能夠在有限的空間內布置更多錨固鋼筋，方便混凝土施工振搗、鋼筋焊接綁扎，提高鉸縫受荷能力。（4）創新設計。從病害特征反映出來的規律著手，發散思維，尋找科學的解決辦法。國內學者針對鉸縫病害，提出了新的鉸接板設計，如取消鉸縫[4]，取消錨固鋼筋設置抗拉銷栓[2]，見圖3，增加鉸縫截面尺寸見圖4，采用剪力鍵替代鉸縫等。通過創新優化設計，減小或緩沖鉸縫破壞對橋梁的整體影響。

圖3 國內學者鉸縫銷栓設計

圖4 增加鉸縫截面尺寸設計

3.2 施工方面

（1）提高鉸縫施工質量，提高鉸縫混凝土鋪裝層混凝土連接處施工質量。例如，結合面鑿毛、清潔、濕潤，做好鉸縫空隙密封、防漏漿措施，混凝土澆筑、振搗嚴格操作程序，鉸縫混凝土與鋪裝層混凝土同時澆筑，安裝設計和規范要求檢測混凝土、鋼筋質量等。（2）提高橋梁結構整體質量。例如，嚴格按照設計尺寸預制梁板，確保墊塊、支座高程準確，降低預制梁板吊裝尺寸誤差，防止出現單板脫空現象等。

3.3 養護改造

加強日常養護，及時發現病害并采取措施可以有效遏制病害發展，針對不同的病害發展程度采用不同的對策。

3.3.1 重視養護檢查

重視橋梁日常養護檢查，提高檢查及維修質量。日常養護中對裝配式板橋增加檢測的頻次，通過科學的方法確定鉸縫損害程度[5]，以及提高維修材料性能，比如加入鋼筋阻銹劑等。對小于限制規定表面裂縫采用環氧樹脂等封閉處理，對大于規定的深層裂縫可以采用壓力灌漿進行處理，灌漿液有水泥漿、環氧樹脂等，并加強觀察裂縫發展情況。

3.3.2 體外預應力加固

當鉸縫破壞失效，出現析白、滲水等現象，不能承擔剪力時，可以采用剛接板法、體外預應力加固等措施進行加固。鋼板加固采用粘結或錨固方式固定鋼板，短期內效果顯著，長期荷載作用下鋼板會變形、錯動、脫落。體外預應力加固通過施加預應力改變橋梁原有受力體系，施工難度較大。對寬度和高度不同的鉸縫病害進行維修時，通常清縫后用環氧砂漿等填充，適當增加破碎帶鋼筋數量。

3.3.3 提高橋梁整體剛度

舊橋維修時，將原橋混凝土鋪裝層加厚形成整體化補強層，提高混凝土強度等級等措施，改善受力橫向分配均勻性，增強橋整體剛度，該措施設計簡單，施工方便、快捷，對原橋面造成損害小，造價低，技術經濟性好[6]。

3.3.4 提高精細化施工質量

無論是日常養護還是維修加固，都需要提高施工作業人員精細化水平，在材料攪拌、坑槽清洗、結合面鑿毛、預應力控制等各小環節上做到精準到位，避免因小細節質量不當引起整個養護改造維修質量下降。

4 結語

裝配式板橋因設計簡單、施工方便等優點在我國廣泛地使用，特別是在低等級公路和農村公路應用量大，但是與高等級公路相比，這些橋梁也是設計、施工、養護的薄弱環節，橋梁鉸縫病害普遍。正確對待鉸接板病害，加強設計優化創新，提升設計理論水平，施工嚴控質量，善于根據鉸縫病害特征分析橋梁健康狀況，及時采取維修加固措施，不斷提高應對裝配式板橋病害的能力。