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摘 要：为了解决简支板梁桥在长期运营过程中出现的病害，本文针对简支板梁桥常出现的病害进行了系统总结，并对各种病害的成因进行了认真分析，最后对各种病害提出了相应的防治措施。对今后简支板梁桥病害的分析和防治工作具有一定的借鉴意义。 关键词：简支板梁桥；病害；成因分析；防治措施 1 前言由于简支板具有梁体高度小、施工方便快捷、运输吊装安全、稳定性好、工期短、造价低等诸多优点，简支板梁结构广泛应用于我市公路城市中小跨经的桥梁中，为了节省材料降低自重，通常采用空心板梁型式。由于结构本身和外部环境等因素，这类桥梁运营过程中出现了不少病害，如：单梁受力、铰缝渗水、空心板内积水、板底纵向开裂和边梁翼板渗水白华等现象，直接影响到桥梁的寿命与安全运营，如何能防止简支板梁桥出现上述病害，成了制约空心板梁桥发展的关键问题。为了解决简支板梁桥病害对桥梁寿命和安全运营带来的不利影响，国内外专家在铰缝破损、单板受力等问题做了深入的研究，取得了一定的研究成果。本文结合多年的桥梁检测和加固经验，系统的分析了简支板梁桥病害的成因，并提出了相应的防治措施，对今后简支板梁桥的病害分析及维修加固有一定的借鉴意义。 2 病害成因2.1 单板受力 简支板梁桥是利用各板间的企口充填混凝土，使各简支板连接而成整体，板间的企口形成铰，板侧面和顶面预埋的穿手筋使铰缝混凝土与板加强连接，具体做法如图1所示。 图1 板梁铰缝结构示意图 单板受力是简支板梁桥最为典型的病害之一，以外环线5＃桥为例，该桥桥面铺装出现了3条明显的纵向沟槽，沟槽间距为1.0m（板梁宽度1.0m），如图2所示。桥面开裂处对应的简支板的下挠值比相邻简支板大6cm，简支板跨中底面出现数条间距约20cm的横向贯通裂缝，裂缝宽度大多数在0.25mm以上，裂缝处均有明显渗水痕迹，如图3和图4所示。根据裂缝规律，该板梁已处于适筋破坏阶段。 形成单板受力的原因有以下几点： 图2 桥面出现纵向沟槽情况图 图3单梁受力下挠明显情况图 图4 梁底跨中横向裂缝情况图 （1）铰缝混凝土质量欠佳 小批量混凝土生产控制不严，造成强度不足。施工吊装板梁前，梁体侧面凿毛不彻底，新老混凝土龄期不同，因收缩而产生裂缝，降低了铰缝现浇混凝土与空心板的粘结力。 浇筑铰缝混凝土时简化施工程序，未按施工要求先用砂浆填底缝，而直接浇筑铰缝混凝土，造成混凝土漏浆。 铰缝钢筋预留位置偏差造成联结不佳，振捣不到位引起蜂窝现象，也会影响到铰缝混凝土的强度。 因此，铰缝连接处成了桥面整体中的薄弱环节。按照铰缝假设相邻板产生相等的竖向变形原则，需要铰缝混凝土质量良好。由于以上原因导致铰缝混凝土欠佳，当荷载较大时首先从结合面的混凝土挤压剪切破坏开始，随后逐渐扩大，最终导致铰缝混凝土破坏而不能起到铰缝作用形成单梁受力。 （2）施工模板跑位 板梁预制过程中，由于支模过程中，尺寸控制不严，导致板梁和企口本身和铰缝底部的承托厚度尺寸出现较大偏差。 施工中螺栓固结不好支模不牢跑模变形或本身放样不准，模板加工不符合要求等因素使板梁企口尺寸与设计不符，也是造成后期运营过程形成单梁受力不可忽视的因素之一。例如：某桥的板梁企口为上下等宽，由于尺寸控制不当，使铰缝不能横向传力，作用在板梁上的汽车荷载只能由桥面铺装传递，而设计中并未考虑桥面铺装作为传力的主体，因此桥面铺装自身抗剪能力不足会沿着铰缝处纵向开裂进而丧失传力功能，造成单梁受力。 板梁底部的承托设计最小厚度为10cm，而在出现单梁受力的某桥铰缝处的混凝土厚度仅8cm厚，且该位置缺少构造钢筋。 （3） 桥面铺装薄弱 由于板梁与桥面铺装的混凝土存在龄期差异，桥面水泥铺装必然因收缩形成和梁顶之间的界面，且铰缝与板梁间的裂缝处最薄弱，当桥面铺装厚度偏小或钢筋网不足时，在此处因支撑刚度不同而开裂。桥面铺装开裂，不但降低了其汽车活载的能力，还会引起渗水腐蚀铰缝混凝土，最终导致铰缝破坏。 ④ 汽车超载 目前，汽车超载异常严重，铰缝受力随荷载的增加而增大，当剪力超过设计值时，铰缝必然剪坏。 2.2铰缝渗水 铰缝渗水是雨水沿着铰缝混凝土与板梁侧壁间的缝隙渗出。经统计，百分之五十以上板梁结构桥中存在铰缝渗水。 长时间渗水作用将铰缝侧面混凝土的Ca(OH)2等有效成分析出，形成缓慢的水腐蚀；同时渗水也会引起板梁穿手筋锈蚀导致铰缝混凝土胀裂，同时引发板梁底混凝土冻融破坏等耐久性病害。渗水的最终结果是铰缝混凝土破坏失去抗剪作用而导致单梁受力。 铰缝渗水主要通过三种途径，如图5所示。 图5 板梁铰缝渗水途径示意图 引起铰缝渗水的原因不同，出现渗水的部位也不尽相同。 （1）地袱处渗水：桥面铺装是在地袱施工完毕后进行的，两者混凝土间存在龄期差异，桥面水泥铺装必然与地袱侧面出现缝隙。由于横坡作用，部分雨水往往滞留于地袱附近而不能及时排除，雨水通过地袱侧面的缝隙到达梁顶，再从铰缝处渗出。这种渗水往往出现在边梁与次边梁间的铰缝。 （2）桥面铺装施工时存在接茬或由于桥面水泥混凝土铺装薄弱，施工期间已出现微细裂纹，加之防水层效果差，雨水透过沥青层沿铺装裂纹到达梁顶，通过铰缝与板梁间的缝隙渗出。出现这种渗水铰缝的位置具有不确定性。 （3） 梁端铰缝渗水：由于桥面连续缝开裂或伸缩缝的防水性能不佳，雨水从此下渗，沿着梁端处的铰缝逐渐向跨中方向发展。 2.3 板内渗水 板内渗水是指雨水进入到板内腔，并从板底裂缝处渗出。板内渗水具有诸多不利，雨水会从板底裂缝处渗出，一方面由于干湿循环加速腐蚀混凝土，另一方面诱使底板钢筋锈蚀而胀裂混凝土，从而大大降低板的使用寿命。 板内渗水的原因有以下几点：首先是雨水有条件进入到梁内，而进入板内主要有板顶开裂和板端封堵块开裂两种途径。由于预制板时，振捣过程中气囊在浮力作用下上浮，导致顶板偏薄，加之养护不当混凝土失水过程中容易出现裂缝。板制作完好，采用砂浆块封堵板端，由于砂浆的收缩总会沿封堵截面出现裂纹，若桥面防水不佳，雨水便会到达板端而进入内部。 图6 板内渗水途径示意图 3.1.3 板底混凝土开裂 板底开裂是指空心板底沿着桥梁纵、横向出现不同程度的裂缝。普通简支板和部分预应力混凝土板允许出现裂缝，但是裂缝宽度不允许超过规范规定的允许值。板底出现开裂现象，一旦裂缝成为雨水通道，就会加速该位置的钢筋锈蚀和混凝土的腐蚀。预应力板梁出现横向裂缝表明其承载能力明显不足。 形成板底开裂的原因有以下几点： （1）拉应力过大。后张法预应力结构，在预应力张拉过早、预应力筋过多、底板混凝土厚薄不均等情况下，张拉过程中的劈裂作用使板梁底板混凝土在横向出现拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度便出现纵向开裂。此外预应力结构的混凝土标号较高，使用的水泥量大，后期的收缩徐变量偏大，混凝土硬化期间的纵向缝。 （2）缺少定位钢筋。梁底板埋置波纹管混凝土厚度相对较薄，振捣不到位造成混凝土不密实，出现干缩裂缝。 （3）孔内进水。由于孔内进水，底板钢筋容易锈胀，沿预应力方向产生规则性纵向裂缝，管内积水沿裂缝外渗。 （4）普通混凝土结构在荷载作用下产生正弯距，梁底拉应力一般超过混凝土抗拉强度，因此出现裂缝。 3 病害防治措施3.1 单板受力 根据板梁出现单梁受力的原因，需要从设计、施工和养护管理三方面加以严格控制，才能防止出现板梁单梁受力破坏： 设计：保证板梁企口底部混凝土厚度不得小于12cm，加强该位置的构造钢筋，同时确保桥面水泥混凝土铺装厚度不得小于10cm，钢筋网的间距不得大于10×10cm；必要时增加铰缝混凝土的钢筋含量，提高其整体抗剪能力。适当提高铰缝混凝土的设计强度。 施工：严格按照设计尺寸制作板梁，保证铰缝混凝土和桥面铺装质量。 管理：采取有效措施，限制超载车辆。 3.2 铰缝渗水 根据以上三种铰缝渗水的位置判定渗水的原因，并由此采取相应的措施处治铰缝渗水。为了避免铰缝出现渗水，需要把握以下几个方面： 选择合适的防水层，特别注意地袱位置的防水处理； 做好桥面水泥铺装施工控制，避免早期开裂，在可能情况下采取整幅推进的方式施工，避免出现纵向接茬； 加强桥面连续缝的纵向钢筋，控制桥面出现横向裂缝； 做好伸缩缝处的防水处理。 3.3 板内渗水 为了防治出现板内渗水，应该做到以下几点：加强预制梁的早期养护，防止顶班开裂；由于板梁顶板偏薄引起的，适当增加桥面水泥铺装层厚度，并防止出现裂缝，同时做好防水层，以免雨水到达梁顶。对于梁顶过薄的，重新支模浇筑顶板。对于梁内已出现积水的，应在梁底新增排水孔，及时将梁内雨水排除。 3.4 板底混凝土开裂 对于已有裂缝，首先评定裂缝的危害程度，若梁内无积水，在没有引起其它病害的情况下，对裂缝进行封闭处理即可。当裂缝处已出现渗水，首先需做好防水处理，再彻底排除梁内雨水，最后封闭裂缝。 4 结论根据以上分析可以得出如下结论： 1 严格按照设计要求进行施工，提高施工质量； 2 加强对预制构板的养护工作，防治出现混凝土收缩裂缝； 3 加强对已建桥梁的后期养护工作，及时发现问题，及时解决问题； 4 严格控制超载车辆，加强交通管理。 |
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