高寒地區空心板橋的橋面鋪裝病害分析

陳天玉

（甘南公路局，甘肅甘南州 747000）

1 概述

甘南藏族自治州位于青藏高原東北邊緣，地處青藏高原、黃土高原和隴南山地的過渡地帶，境內降水量大，溫差大，橋梁凍漲、鹽蝕等病害頻發。某橋位于徐合公路，為跨河橋，橋梁建于2013年，橋梁全長62.60 m，上部結構為3～13 m鋼筋混凝土空心板，下部結構為重力式U型橋臺，明挖擴大基礎，樁柱式橋墩，橋面寬度為8.0 m+2×1.0 m=10 m，設計荷載為公路-Ⅰ級。

橋梁按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2004）進行設計，通車運行五年后，橋面鋪裝出現破損以及橫、縱向裂縫，局部出現車轍、坑槽，甚至出現個別隆起現象，養護單位對損壞的混凝土及瀝青鋪裝進行了維修，但修復效果不佳，維修當月再次出現類似病害。

橋梁橋面依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）評定為四類，屬于“材料有嚴重缺損，或出現中等功能性病害，且發展較快，功能明顯降低”的橋梁。依據橋梁技術狀況評定結果和日常的檢查記錄，為及時消除安全隱患，保障車輛通行安全和提高公路服務水平，亟須對橋面鋪裝進行專項維修養護。在該路線上由同一施工單位施工的多座空心板橋梁均出現類似病害，尤其是橋面鋪裝出現大面積破損，存在安全隱患。為確保橋梁使用安全，拆除原橋全部橋面鋪裝，查明問題原因，對橋梁橋面鋪裝進行處置，保證橋梁結構安全、服務水平滿足要求。

2 病害調查

橋梁上部結構部分梁底板出現橫向貫通裂縫，裂縫寬度達0.2 mm；梁底出現大面積泛堿現象，表面少量膠凝料松散粉化；橋面鋪裝破損，多條橫、縱向裂縫，局部出現車轍、坑槽，甚至出現個別隆起現象，拆除原鋪裝層后發現空心板頂板厚度普遍嚴重不足（最薄處2 cm），多片板頂板有空洞現象。

3 病害原因分析

（1）橋面鋪裝橫向裂縫。

裂縫集中在墩頂簡支處，多發生在簡支梁端部，橋面板端頭處經常處于車輛荷載作用下，且為簡支結構，屬于薄弱環節，在車輛反復作用下，因不均勻受力，墩頂梁板簡支處出現橫向裂縫。

（2）橋面鋪裝縱向裂縫。

多為橋梁空心板橫向聯系減弱，橫向連接松動，經車輛渠化交通反復作用產生的裂縫。

空心板頂板厚度不足如圖1所示，瀝青再生還原劑施工如圖2所示。

圖1 空心板頂板厚度不足

圖2 瀝青再生還原劑施工

（3）橋面鋪裝網狀裂縫。

瀝青混凝土面層老化或施工時混合料離析，地表水滲入鋪裝內，經車輛反復作用，混凝土找平層混凝土局部損壞，造成瀝青混凝土面層產生網狀裂縫。降雨量多，早晚溫差大，反復凍漲導致瀝青混凝土老化速度加快，冬季降溫瀝青混凝土出現收縮。橋面鋪裝混凝土找平層局部破損，簡支梁端頭處易發生類似病害。

（4）空心板頂板厚度不足。

該橋在預制梁板時，因為內模氣囊上浮，造成頂板厚度不足，底板混凝土過厚，人為降低了空心板有效配筋率。底板增厚的混凝土成為多余荷載，頂板過薄減小了截面有效高度，導致梁板承載力降低，出現板底裂縫，且寬度達到規范限值。頂板過薄使得在車輛輪載集中力下，橋面鋪裝多次維修、多次破裂。

（5）梁底出現大面積泛堿現象。

梁底出現混凝土剝落、泛堿、析白現象時，主要原因是橋面鋪裝破損、防水層失效、橋面水排出不及時，需要查明滲水原因，針對性地進行處置。主要原因：橋面鋪裝局部坑槽、破損、不平整、防水層失效；瀝青鋪裝層老化，孔隙率增大，地表水滲入梁體；降雨量多、溫差大、空氣濕潤，空氣中的水接觸梁體，在凍漲、鹽蝕作用下混凝土出現表面缺陷；施工時空心板梁為預留排水孔，梁內長期積水。

4 維修方案

4.1 主梁加固

原橋梁梁板采用普通鋼筋混凝土，對板底裂縫進行封閉、注膠處理后，在梁底板采用縱向高強預應力鋼絲繩聚合物砂漿加固，聚合物砂漿表面進行防腐涂裝，或在梁底板粘貼縱向碳纖維布進行加固維修。

鋼絲繩張拉工藝按照《預應力高強鋼絲繩加固混凝土結構技術規范》（JTG/T 325—2014）進行，以鋼絲繩伸長率控制張拉，可采用抗拉強度標準值為1 650 MPa高強鍍鋅鋼絲繩，聚合物砂漿采用I級聚合物砂漿。碳纖維布的主要力學性能指標須達到碳纖維布材Ⅰ級的要求，碳纖維浸漬、粘貼用膠黏劑安全性能指標須達到A級膠的要求。碳纖維布在施工前確認粘貼表面干燥，施工時應保證氣溫在5 ℃以上，氣溫在5 ℃以下、雨天不得施工。纖維順長方向片材的接頭必須搭接15 cm以上。粘貼碳纖維時，依據設計位置由上而下，由左至右粘貼，用滾筒壓擠貼面，使碳纖維布與浸漬樹脂充分結合，壓板排除氣泡，有效黏結面積不應低于95%。

4.2 梁底剝落、泛堿處置

（1）橋面鋪裝局部坑槽、破損、不平整、防水層失效引起的梁底剝落、泛堿、析白病害，鑿除破損部位，恢復防水層，在進行橋面鋪裝維修。橋面泄水管采用宜疏通、排水流暢的管材，跨河橋梁需做污水收集系統，按要求設置排污池和橋梁排水系統。

（2）瀝青鋪裝層老化，孔隙率大增大，水滲入梁體，可按照病害程度，采用碎石封層、稀漿封層、微表處、瀝青再生還原劑等表面處置措施。采用碎石封層、稀漿封層、微表處等表面處置的措施時，需要對原材料做出具體要求，尤其是集料的壓碎值和黏附性。

（3）降雨量多，溫差大，空氣濕潤，空氣中的水接觸梁體，在凍漲、鹽蝕作用下混凝土出現表面缺陷。采用表面少量膠凝料松散粉化的處置采用人工鑿除將原橋臺、梁底風化、泛堿、松散污損部分清除，露出堅硬密實部分，采用環氧砂漿修補處理。修補厚度應大于5 mm，對修補區域邊緣進行鑿槽處理，避免修補區邊緣形成淺薄的邊口，剝落、腐蝕病害處置后涂刷梁體防腐防霉涂料，隔絕空氣中的水分。

（4）施工時空心板梁未預留排水孔，梁內長期積水，采取事后板底開孔或施工時打開排水孔，有效排除梁內積水。

4.3 鉸縫維修

在空心板肋板植筋加固鉸縫，植入Φ12U形鋼筋增加空心板的橫向連接，植入深度10 cm，間距30 cm，孔徑比鋼筋大2～4 mm；對孔道進行清理，孔內應保持干燥；將植筋膠由孔底灌注至孔深2/3處；鋼筋插入前應清除插入部分的表面污物；膠液干固之前，避免擾動錨固鋼筋和在孔位附近有明水；植筋孔注膠時，必須使孔內膠液飽滿，注膠應在氣溫較高時進行；植筋孔注膠24 h后。可對被加固構件進行下道工序，植入的U形鋼筋與橋面鋪裝鋼筋進行綁扎。

4.4 施工雙層鋼筋網橋面鋪裝恢復截面尺寸

混凝土施工前在原梁板涂抹高性能界面劑，平均厚度為2 mm。采取雙層鋼筋網片恢復空心板梁的截面尺寸，在梁板端頭簡支處、鈍角等薄弱環節增加配筋，增加混凝土鋪裝找平層的厚度，達到增加梁板頂板厚度的目的，混凝土強度和梁板混凝土保持一致，有效分散車輛荷載，保證空心板的使用年限。

4.5 在混凝土鋪裝施工完畢

灑布改性瀝青防水黏結層和撒布改性瀝青碎石封層，起到防水和增加不同路面結構黏結力的作用。黏層瀝青宜采用快裂的灑布型改性乳化瀝青，蒸發殘留含量不小于50%。碎石封層黏結材料采用改性瀝青，瀝青撒布量為1.8 kg/m2，對石料進行預裹覆，石料采用9.5～13.2 mm的單一粒徑。

4.6 增加混凝土橋面鋪裝厚度

瀝青鋪裝層的厚度減少至5 cm，可采用5 cmSMA-13型瀝青馬蹄脂混合料或改性瀝青AC-13混合料，SMA瀝青馬蹄脂混合料具有空隙率小、高低溫性能好及耐久性能好等特點，混合料中摻入優良的木質素纖維作為穩定劑，比例為瀝青混合料總質量的0.3%～0.4%。AC-13改性瀝青混合料具有良好的防滑、抗滲性能，是橋面瀝青鋪裝的較好選擇之一。瀝青馬蹄脂混合料因造價較高，養護維修工程用量小，不建議在養護維修工程中使用，養護維修中建議采用常用的改性瀝青AC-13混合料。

拆除原損壞的混凝土找平層時，應采取人工拆除的方法為主，盡量避免對梁體的擾動，接近梁體時，避免對梁體再次造成損傷，梁體出現孔洞的需及時進行修補。

5 結語

空心板梁橋面鋪裝損壞多數是因為頂板過薄厚度不足、鉸縫施工工藝控制不嚴以及混凝土找平層和瀝青面層材料、施工質量控制不佳形成的。多雨地區降雨量大，地表水滲入瀝青鋪裝層、高寒地區溫差大，經車輛荷載作用加速瀝青面層老化、簡支梁端頭處受力不均勻等，都是導致橋面鋪裝損壞的原因，因此應在施工階段嚴把材料、工藝等關口，確保施工質量。在后期的養護中出現橋面鋪裝損壞，應當按照病害特點分析病害原因，制定針對性的維修方案，確保實施效果，滿足“橋面鋪裝堅實平整、橫坡適度、橋頭連接順暢、排水暢通”的養護要求。