高勇

（佛山市縱橫工程檢測(cè)有限公司，廣東佛山528226）

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋是中小跨徑梁橋中普遍采用的橋型，尤其適用于橋下凈空受到限制的橋梁。該橋型的預(yù)制空心板間多用混凝土小企口縫進(jìn)行鉸接連接，其特點(diǎn)是尺寸小、鉸間連接鋼筋薄弱、縫內(nèi)無(wú)拉筋，相鄰空心板通過設(shè)置鉸縫實(shí)現(xiàn)豎向剪力的傳遞，達(dá)到共同受力的目的［1-2］。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的荷載等級(jí)不斷提高，超載車輛也與日俱增，當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板板間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不足以抵抗行車荷載產(chǎn)生的豎向剪力時(shí)，常出現(xiàn)空心板間鉸縫損壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致在板底出現(xiàn)橫向裂縫［3-4］。針對(duì)這種典型病害，本文以某預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋?yàn)楸尘?，?duì)該橋存在的混凝土耐久性病害、主梁承載能力不足等病害進(jìn)行了成因分析，并提出了處治措施。通過數(shù)值分析，并結(jié)合靜載試驗(yàn)對(duì)該橋改造前后的承載能力進(jìn)行了評(píng)定。

1 橋梁概況及病害成因分析

1.1 橋梁概況

廣東某預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋位于佛山市南海區(qū)境內(nèi)，于1994年建成通車。該橋橋梁全長(zhǎng)455.82 m，其跨徑組合為15×30 m，雙幅總寬度為26 m，橋梁橫斷面為0.5 m（防撞護(hù)欄）+11.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+2.0 m（中央分隔帶）+11.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）。該橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支空心板，板高1.2 m，板寬1.5 m。設(shè)計(jì)荷載為：汽車-20級(jí)，掛車-100，人群：3.5 kN/m2。

1.2 病害成因分析

從歷次檢測(cè)結(jié)果看，該橋雖經(jīng)過多次維修，但仍存在一些空心板橋梁的通病和頑疾，病害照片如圖1～2所示。該橋主要存在以下典型病害：1）橋面鋪裝出現(xiàn)沿鉸縫的縱向反射裂縫，局部存在坑槽；2）空心板板間鉸縫底部混凝土脫落；3）鉸縫位置梁板混凝土受滲水侵蝕、銹脹破損；4）空心板底板跨中附近存在橫向裂縫，出現(xiàn)單板（單梁）受力現(xiàn)象。

圖1 橋面鋪裝縱向反射裂縫

圖2 鉸縫底部砂漿脫落，梁體下?lián)?/p>

橫向鉸接板梁橋出現(xiàn)此種病害的原因是多方面的，通過計(jì)算分析以及靜載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：

1）直接原因。在重車作用下，鉸縫容易發(fā)生連續(xù)破壞，使荷載不能有效傳遞給相鄰主梁，造成單板（梁）受力；2）根本原因。相鄰空心板通過鉸縫實(shí)現(xiàn)豎向剪力的傳遞，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板板間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不足以抵抗行車荷載產(chǎn)生的豎向剪力；3）板梁反拱問題。預(yù)應(yīng)力作用會(huì)使空心板產(chǎn)生反拱，相鄰空心板的反拱值可能存在較大不同，導(dǎo)致空心板頂面高低不平，造成鋪裝層厚度不均勻，厚度偏小的部位直接影響混凝土鋪裝的受力；4）鉸縫施工問題。鉸縫的施工往往不被重視，導(dǎo)致鉸縫混凝土振搗不密實(shí)，預(yù)留鋼筋保留不全等問題，導(dǎo)致鉸縫混凝土的施工質(zhì)量嚴(yán)重不足，成為整座橋梁的最薄弱環(huán)節(jié)。

2 橋梁維修加固措施

針對(duì)該橋存在的混凝土耐久性病害、主梁承載能力不足等病害，確定橋梁大修措施如下：1）除現(xiàn)況橋面鋪裝，主梁頂面鑿毛、清理、植筋，并涂刷新舊混凝土界面結(jié)合膠；2）更換承載力嚴(yán)重不足的空心板主梁；3）橋面鋪裝翻修為5 cm瀝青鋪裝（SMA-13改性瀝青瑪蹄脂混合料5 cm、防水層及13 cm厚40無(wú)收縮混凝土層，內(nèi)配雙層鋼筋）；4）更換現(xiàn)況橋梁伸縮縫為模數(shù)式-80伸縮縫；5）主梁裂縫封閉及混凝土局部破損部位采用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；6）橋梁兩側(cè)40 m范圍內(nèi)進(jìn)行道路接順并重新施畫橋梁及道路標(biāo)志、標(biāo)線。

3 加固前后承載能力研究

針對(duì)該橋存在的混凝土耐久性及主梁承載能力不足等病害，右幅第2跨采用更換1#、2#和3#空心板、重設(shè)鉸縫及橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固技術(shù)。該橋在大修前后各做了1次橋梁靜載試驗(yàn)，本文根據(jù)加固前后靜載試驗(yàn)結(jié)果以及理論計(jì)算分析，對(duì)橋梁加固前后的承載能力進(jìn)行綜合評(píng)估，檢驗(yàn)維修加固的效果。

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算與加載方案

本次試驗(yàn)橋跨選擇受力不利、缺陷較多或病害較嚴(yán)重的橋跨，結(jié)構(gòu)獨(dú)立的一聯(lián)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)前對(duì)本橋梁結(jié)構(gòu)的外觀檢查及現(xiàn)場(chǎng)考察，選取右幅第2跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板作為試驗(yàn)橋跨。依據(jù)橋梁施工圖文件和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021-89）［5］，采用橋梁分析軟件MIDAS/Civil 2012進(jìn)行計(jì)算，目標(biāo)荷載采用汽車-20級(jí)荷載，人群3.5 kN/m2。

表1給出了在該試驗(yàn)荷載作用下跨中截面的試驗(yàn)彎矩、試驗(yàn)荷載效率等參數(shù)，表中的數(shù)據(jù)表明試驗(yàn)荷載效率滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）［6］要求。圖3給出了加固前后靜載試驗(yàn)加載圖式和等級(jí)，加固前后兩次靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)荷載效率、加載圖式等均相同。

表1 試驗(yàn)彎矩荷載效率系數(shù)表

圖3 工況Ⅰ、工況Ⅱ跨中截面試驗(yàn)加載平面布置圖（偏載）（單位：cm）

3.2 靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

3.2.1 撓度測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共布置14個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，采用百分表測(cè)量，如圖4所示。

圖4 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

3.2.2 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

本次試驗(yàn)跨中截面設(shè)置18個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，具體位置如圖5所示。

圖5 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

3.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.3.1 加固前后撓度數(shù)據(jù)結(jié)果分析

在加固前后試驗(yàn)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（修正后）及撓度理論值比較匯總于表2。從表2可以看出，加固前實(shí)測(cè)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下A1～A4測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)分別為1.180、1.135、1.165和1.092，均不滿足文獻(xiàn)［6］第5.7.8條撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)不大于1的規(guī)定。而加固后實(shí)測(cè)跨中截面所有測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求。

表2 加固前后實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度匯總 mm

加固前實(shí)測(cè)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下A1、A2測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位分別為0.217、0.212，不滿足文獻(xiàn)［6］中第5.7.6條相對(duì)殘余撓度不大于20%的規(guī)定。而加固后實(shí)測(cè)跨中截面所有測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度不大于20%的要求，滿足規(guī)范要求。

圖6 加固前后實(shí)測(cè)彈性撓度與理論計(jì)算撓度比較圖

圖6給出了加固前后滿載作用下實(shí)測(cè)彈性撓度與理論計(jì)算撓度的比較曲線。加固前滿載作用下，偏載側(cè)A1～A4測(cè)點(diǎn)的彈性撓度值均大于理論撓度值，說(shuō)明加固前1#～4#板的剛度不滿足規(guī)范要求，并且實(shí)測(cè)彈性撓度與理論計(jì)算撓度曲線變化趨勢(shì)不是很一致，對(duì)稱性較差，說(shuō)明各梁體間橫向連接較差。加固后實(shí)測(cè)最大撓度均小于理論計(jì)算撓度，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求，并且實(shí)測(cè)彈性撓度與理論計(jì)算撓度曲線變化趨勢(shì)一致，各梁體間橫向連接較好。

3.3.2 加固前后應(yīng)變數(shù)據(jù)結(jié)果分析

跨中截面測(cè)點(diǎn)在加固前后試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及應(yīng)變理論值比較匯于表3。

表3 加固前后實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變匯總

從表3可以看出，加固前實(shí)測(cè)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下A4～A6測(cè)點(diǎn)、A8測(cè)點(diǎn)、A10～A11測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)分別為1.353、3.311、2.192、1.848、1.675和1.578，均不滿足文獻(xiàn)［6］第5.7.8條應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)不大于1的規(guī)定。而加固后實(shí)測(cè)跨中截面所有應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求。加固前后實(shí)測(cè)跨中截面在試驗(yàn)荷載作用下所有測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位均滿足文獻(xiàn)［6］第5.7.6條相對(duì)殘余撓度不大于20%的規(guī)定。

將加固前后滿載作用下實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較曲線繪于圖7所示。從圖中可見，加固前滿載作用下，偏載側(cè)A4～A6測(cè)點(diǎn)、A8測(cè)點(diǎn)、A10～A11測(cè)點(diǎn)的彈性應(yīng)變值均大于理論應(yīng)變值，說(shuō)明加固前橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，并且實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)很不一致，對(duì)稱性很差，說(shuō)明各梁體間橫向連接較差，這可能與該橋運(yùn)營(yíng)多年，空心板間鉸縫（淺鉸）開裂、橋面板開裂有關(guān)。加固后實(shí)測(cè)最大應(yīng)變均小于理論計(jì)算應(yīng)變，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，并且實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)一致，各梁體間橫向連接較好。

圖7 加固前后實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較圖

在滿載作用下將加固前后跨中截面偏載側(cè)腹板沿高度布置的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度進(jìn)行線性回歸，從圖8可以看出，由于底板存在較多橫向裂縫或鉸縫聯(lián)結(jié)較弱，應(yīng)變值偏大。在滿載作用下，加固前實(shí)測(cè)應(yīng)變沿1#空心板腹板截面高度不呈線性變化，線性相關(guān)系數(shù)r為0.817 5，不符合平截面假定（n=3，置信度小于90%）。更換空心板前1#空心板腹板擬合中性軸高度為110.21 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值61.669 cm，分析原因可能與空心板下緣開裂后中性軸上移有關(guān)。而更換空心板后1#空心板腹板實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度呈線性變化，線性相關(guān)系數(shù)r為0.990 2，符合平截面假定（n=3，置信度小于90%）。1#板擬合中性軸高度為61.279 cm，這與理論理論計(jì)算值61.669 cm接近。

圖8 加固前后滿載作用下應(yīng)變沿截面高度分布圖應(yīng)變沿截面高度分布圖

從加固前后的試驗(yàn)結(jié)果可知，加固后橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度校驗(yàn)系數(shù)均有不同程度的變小，且都滿足規(guī)范要求，這說(shuō)明加固后的橋梁結(jié)構(gòu)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范的要求，承載能力相比加固前的既有橋梁結(jié)構(gòu)有顯著提高。從應(yīng)變和撓度的橫向傳遞及分配來(lái)看，加固前的實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變和撓度與理論計(jì)算值的曲線變化趨勢(shì)不一致，對(duì)稱性較差，說(shuō)明加固前各梁體間橫向連接較差；加固后的實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變和撓度與理論計(jì)算值的曲線變化趨勢(shì)基本一致，對(duì)稱性較好，說(shuō)明加固后各梁體間橫向連接較好。由此可見，經(jīng)大修后該橋承載能力有顯著的提高，加固效果明顯。

4 結(jié)論

本文以某預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)該橋存在的混凝土耐久性病害、主梁承載能力不足等病害進(jìn)行了成因分析，并對(duì)該橋維修加固前后承載能力進(jìn)行評(píng)定，得出以下結(jié)論：

（1）針對(duì)該橋存在的既有病害提出的處治措施是可行的，顯著提高了該橋的承載能力；

（2）采用更換部分空心板、重設(shè)鉸縫及橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固技術(shù)，不僅顯著提高了空心板的強(qiáng)度、剛度，也增強(qiáng)了橋梁橫向傳力的整體性；

（3）本文提出的大修方法具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為存在類似典型病害的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行大修提供參考。