淺析橋梁面板單板受力成因及其維修加固措施

摘要：公路橋梁單板受力現(xiàn)象的產(chǎn)生和發(fā)展對橋梁結(jié)構(gòu)、道路行車安全非常不利。橋梁單板受力是一種綜合性病害，在維修處理過程中需要耗費大量的人力、物力、財力，因此在橋梁維修加固時，要找準(zhǔn)原因，應(yīng)優(yōu)化設(shè)計和施工程序，強化對公路橋梁的維修和加固，提高舊橋的承載能力和行車恨不能，延長其使用壽命。本文結(jié)合實際病害檢測分析病害成因，介紹了其維修加固對策。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；單板受力；維修加固

隨著我國交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，公路交通運輸量也大大增長。行車密度和車輛載重越來越大，使得一部分橋梁不堪重負(fù)。近年來，特別是橋梁單板受力現(xiàn)象越來越多，該病害表現(xiàn)在行車荷載作用下，橋梁鋪裝和梁板之間的鉸縫發(fā)生破壞，使得車輪荷載無法進(jìn)行橫向傳遞，致使由某一塊梁板單獨承受車輪荷載作用，嚴(yán)重影響了橋梁壽命和行車安全。

1. 橋梁單板受力損壞的情況

所謂單板受力，即橋梁上部板梁結(jié)構(gòu)中部分板梁之間失去橫向聯(lián)系后，產(chǎn)生某一塊或多塊板梁單獨受力的情況。橋梁出現(xiàn)單板受力病害后，由于荷載橫向分布系數(shù)比設(shè)計值增大，板梁不能共同受力，橋梁的整體承載能力降低，橋梁橫載面上的梁板之間無法相互傳力。某塊板梁單獨承受荷載，加劇單板疲勞破壞，使橋梁上部結(jié)構(gòu)處于極為不利的受力狀態(tài)，降低橋梁的耐久性和使用壽命，對行車安全造成極大隱患。

對某地區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近 1/4 的小橋涵出現(xiàn)了不同程度的單板受力病害，主要集中在8m-18m 的鋼筋混凝土矩形實心板小橋涵上，目前，已對單板受力嚴(yán)重的小橋涵進(jìn)行了處理。此病害呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，主要表現(xiàn)為：從橋面上觀察，行車道位置的橋面鋪裝開裂、碎裂，進(jìn)而形成車轍和縱向貫通裂縫，縱向裂縫有規(guī)律性地分布重車方向板間鉸縫的上方，且縱向裂縫局部混凝土松散，形成坑槽，行車平順性降低。在橋下觀察，重車半幅小橋涵較縫混凝土普遍開裂、脫落，重車方向板間鉸縫混凝土呈塊狀剝落嚴(yán)重（與橋面鋪裝行車道縱向貫通裂縫相對應(yīng)），且存在嚴(yán)重的沿鉸縫滲水痕跡；單板受力病害均發(fā)生于重車方向小橋涵上；大部分單板受力小橋涵板端與橋臺背墻連接處的橋面鋪裝存在橫向貫通裂縫；在重載車輛作用下，由于板間鉸縫橫向聯(lián)系失效，導(dǎo)致部分小橋涵行車道外的梁板底面跨中部位形成有規(guī)律的橫向貫通裂縫。絕大部分單板受力的小橋涵為正交橋。

隨著運營時間增長，重車半幅橋涵的受損數(shù)量和受損程度呈現(xiàn)不斷增多和嚴(yán)重的趨勢。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)的各梁板間橫向聯(lián)結(jié)主要依靠絞縫及混凝土鋪裝層實現(xiàn)，上述病害將導(dǎo)致橫向聯(lián)結(jié)失效，單板受力的存在削弱了橋涵上部結(jié)構(gòu)的整體性，降低了橋涵的整體承載能力，同時使得上部主要承重構(gòu)件處于非常不利的受力狀態(tài)，在重載車輛的作用下，對交通安全構(gòu)成隱患。

2.單板受力成因影響分析

2.1 單板受力病害特征

1)當(dāng)重型車通過單板受力病害梁板時,產(chǎn)生明顯彈性下?lián)?使其與相鄰兩側(cè)板梁上下錯動,形成臺階,待重車通過,這種錯動消除。

2)一般多發(fā)生在重車行駛方向行車道范圍內(nèi)鋼筋混凝土板上。

3)發(fā)生病害的板梁橋,其鉸縫混凝土被剪壞,并逐步松散而脫落。

4)由于車輪沖擊疲勞作用,橋面行車道上瀝青面層普遍存在車轍和縱向貫通裂縫,縱向裂縫具有規(guī)律性地分布在行車道鉸縫上方,甚至嚴(yán)重時形成一條破碎帶。

5)由于橋面上積水不能及時排除,開裂后的防水混凝土層不能阻止雨水、雪水向下滲流,板底與墩臺帽上留下明顯的滲水痕跡,并發(fā)生堿集料反應(yīng)而堿蝕破壞。6)長期在超載車輛的反復(fù)作用下,該病害將日益加重,梁板的過大彈性下?lián)蠈l(fā)展成塑性變形,發(fā)生單板受力病害的板與相鄰兩側(cè)板梁之間形成臺階。

2.2 單板受力成因分析

經(jīng)調(diào)查研究并加以分析，形成單板受力的原因主要有以下幾點：

1）鉸縫施工質(zhì)量不易控制也是造成單板受力的一個主要原因。從現(xiàn)場可以看出，部分橋涵的鉸縫較寬，鉸縫混凝土松散、鉸縫振搗不密實現(xiàn)象普遍存在。鉸縫施工質(zhì)量不高可直接造成上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，導(dǎo)致整體承載能力降低。

2）小橋涵與大橋相比，恒載內(nèi)力所占比例小，活載內(nèi)力所占比例大的多，也就是說重車在小橋涵上的荷載效應(yīng)大，造成的破壞較嚴(yán)重。因此，在超載車輛的頻繁沖擊下極易造成小橋涵的損壞；小橋涵設(shè)計是按鉸接板法計算，鉸縫簡化為鉸傳遞剪力，鉸縫完好時，在設(shè)計荷載作用下，鉸縫能夠按假設(shè)情況正常傳遞剪力，但是在超重車輛，尤其是超載嚴(yán)重的車輛作用下，鉸縫并不能夠以情況傳遞剪力；鉸縫受剪過大導(dǎo)致鉸縫損壞。而且當(dāng)鉸縫橫向聯(lián)系損壞，形成單量受力時，荷載提高將近２倍，對梁板的受力非常不利。

3）小橋涵設(shè)計時，鉸縫企口較小，橫向聯(lián)結(jié)鋼筋較細(xì)，鋪裝防水混凝土層較薄，鋪裝鋼筋網(wǎng)配筋較細(xì)，降低了鉸縫橫向傳力。造成鉸縫所能承擔(dān)的剪力降低。橋面排水不良以及鋪裝防水性能差，也加劇了鉸縫的破損失效。

綜上所述，車輛超載是直接導(dǎo)致小橋涵單量受力的原因，同時鉸縫施工質(zhì)量較差也是形成單量受力的主要原因，而上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，鋪裝混凝土太薄、鋪裝鋼筋網(wǎng)配筋較細(xì)以及橋面防排水不良則加速了單板受力的形成。

3.單板受力的加固與維修

單板受力造成上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系薄弱，整體性能較差，加速了上部結(jié)構(gòu)的破壞，給行車安全造成嚴(yán)重隱患。應(yīng)通過提高承載能力的方法根治，為此采取以下加固辦法：

1）銑刨橋面鋪裝，鑿除水泥混凝土鋪裝及鉸縫的剝落松散結(jié)構(gòu)。在梁板頂面植筋，用環(huán)氧砂漿或其他粘合劑插入一定長度的豎向鋼筋，該鋼筋伸入鋪裝層，錨固鋼筋頂部與鋪裝鋼筋進(jìn)行焊接，使橋面鋪裝與梁板共同參與受力。

2）提高鉸縫混凝土標(biāo)號，在大企口鉸縫中增設(shè)鋼筋，在小企口鉸縫頂面增設(shè)鉸縫橫向聯(lián)結(jié)鋼板，以加強鉸縫橫向傳力增強上部承重構(gòu)件的橫向聯(lián)系。

3）加強上部結(jié)構(gòu)整體性，水泥混凝土橋面鋪裝厚度應(yīng)加大。改變原兩層橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為一層防水混凝土，加強橋面鋪裝的布筋加粗、加密鋪裝層鋼筋網(wǎng)中的橫向鋼筋，以實現(xiàn)有效的橫向傳力。

4）提高防水混凝土標(biāo)號，在防水混凝土中摻加防水劑和聚丙烯纖維，改善混凝土的抗裂、抗?jié)B性能。

5）澆筑鉸縫混凝土和橋面鋪裝前，必須用鋼刷除結(jié)合面上的浮皮，用水沖洗后澆筑，并振搗密實。位于行車道位置的板存在橫向裂縫，如果裂縫分部均勻、細(xì)密，在除去橋面鋪裝二期恒載的情況下閉合較好，可用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補并在板底粘貼一層高強度碳纖維布，粘貼碳纖維布不僅可以封閉裂縫，而且可以加固補強提高上部承生構(gòu)件的承載能力。對于跨中已經(jīng)發(fā)生開裂，剛度降低的重車道下的梁板，如果裂縫較大，不能閉合、破壞嚴(yán)重，應(yīng)更換新梁板。

6）板上部橫橋向粘貼鋼板，改善橋梁橫向受力狀況。

7）施工完成后應(yīng)加強交通管制，采取相應(yīng)的限載控制措施，設(shè)置超限運輸檢查站，加大管理及查處力度，對超載車輛予以卸載后通行。

4.結(jié)論

經(jīng)過調(diào)查，分析橋梁單板受力的成因，采取上述辦法通過改變橋面鋪裝層的構(gòu)造,加強梁橋的整體受力性,同時設(shè)置鋼筋網(wǎng)、加焊連接鋼板, 提高了混凝土橋面鋪裝層抵抗橫向彎矩的能力,有效地提高了各梁板之間的橫向聯(lián)系,較大程度地改善了鉸縫混凝土的不利受力狀態(tài)。維修加固后，經(jīng)過一年的汽車行駛，證明橋梁維修加固后能夠適應(yīng)大部分載重車輛安全通過，說明上述維修加固方法對消除單板受力病害非常有效。