劉永超

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心 沈陽市 110111)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，逐步進(jìn)入工業(yè)化、城市化的高峰期。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，車輛載重能力不斷提升，重載車輛數(shù)量不斷攀升。2003～2011年，我國重型貨車數(shù)量由136.8萬輛迅速增至460.6萬輛，重型貨車數(shù)量翻了兩倍多。同時(shí)，超載車輛不斷增多，2007～2011年超載車輛平均超載率分析顯示，各車型平均超載率均在10%～15%[1]。這將導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損傷加劇，降低使用壽命。尤其對(duì)于中小跨徑橋梁，由于其活載效應(yīng)在總荷載效應(yīng)中所占比重較大，重載車輛往往會(huì)對(duì)其產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷，甚至垮塌。

由于具有受力明確、施工快速等特點(diǎn)，空心板梁橋在中、小跨徑橋梁中所占比例較大。早期修建的空心板梁橋跨徑小，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，且多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。面對(duì)日益嚴(yán)峻的交通狀況，空心板梁橋面臨著不小的挑戰(zhàn)。特別是對(duì)于重載車輛較多的路線，很多空心板梁橋已經(jīng)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性病害，甚至威脅到結(jié)構(gòu)安全。

傳統(tǒng)維修、加固方式多需要封閉交通，嚴(yán)重阻礙了車輛正常通行，不利于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，甚至?xí)l(fā)交通事故，嚴(yán)重威脅旅客生命財(cái)產(chǎn)安全。如何對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害的空心板橋梁進(jìn)行有效加固，對(duì)管養(yǎng)單位提出了更高的要求。

本文旨在不中斷交通情況下，探索實(shí)用高效的空心板梁橋加固技術(shù)。不妨礙經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的正常運(yùn)行，最大程度降低經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

1 典型病害分析

空心板梁橋典型病害主要有：跨中梁段存在橫向裂縫，板端梁段存在斜向裂縫，橫向聯(lián)系削弱、單板受力過大等[2]。

梁底橫向裂縫及板端斜向裂縫加固方法較多，效果也較明顯。對(duì)于空心板跨中梁段橫向開裂、抗彎承載力不足，可以采用有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力加固方法。對(duì)于板端梁段斜向開裂、抗剪承載力不足，可以采用增大截面或橫向有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力加固方法。但是對(duì)于橫向聯(lián)系削弱、單板受力過大的問題，上述方法并不能有效解決。

空心板在設(shè)計(jì)的時(shí)候，假設(shè)鉸縫只傳遞剪力而不傳遞彎矩[3]。實(shí)際上，空心板在承受縱向彎矩作用的同時(shí)，還承受著橫向彎矩的作用。而空心板之間連接由鉸縫混凝土、少量鉸縫連接鋼筋以及橋面鋪裝組成。由于鉸縫本身的橫向聯(lián)系比較脆弱，橫向彎矩主要是由橋面鋪裝來承受的。然而橋面鋪裝鋼筋較少、厚度有限，所以，橋面會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫，如圖1所示。橋面出現(xiàn)縱向裂縫后，水分會(huì)滲漏進(jìn)去，破壞空心板之間的聯(lián)系，當(dāng)空心板兩側(cè)鉸縫開裂的長度約為0.67倍的計(jì)算跨徑時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)單板受力過大現(xiàn)象[4]。

橫向聯(lián)系削弱、單板受力過大病害較為特殊，其危害性更大。雖然不是整體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害，但是個(gè)別空心板橫向分布系數(shù)顯著增大[5]。荷載作用效應(yīng)將明顯提高，空心板板底跨中部位更易產(chǎn)生橫向裂縫、板端腹板更易產(chǎn)生斜向裂縫等結(jié)構(gòu)性病害，甚至超出承載能力范圍，威脅結(jié)構(gòu)安全，因此需要特別注意，如圖2所示。

綜上所述，空心板之間的橫向聯(lián)系對(duì)整體受力性能起到至關(guān)重要的影響。有效解決空心板間橫向聯(lián)系薄弱問題對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全和耐久性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)此，提出幾種加強(qiáng)空心板之間橫向聯(lián)系的加固方法，主要有粘貼鋼板加固、橫向預(yù)應(yīng)力加固、板端增設(shè)支撐加固及改變結(jié)構(gòu)形式加固等方法，能夠有效指導(dǎo)實(shí)際空心板梁橋的維修、養(yǎng)護(hù)工作。

2 加固方法研究

2.1 粘貼鋼板加固

在空心板底鉸縫處錨固鋼板，能夠增強(qiáng)鉸縫的抗剪能力，同時(shí)提高鉸縫的橫向抗彎能力，從而增強(qiáng)了空心板間的橫向聯(lián)系，提高了整體工作性能，有效減小荷載橫向分布系數(shù)，間接提高了空心板承載能力，如圖3、圖4所示。

粘貼鋼板流程為：探明結(jié)構(gòu)主筋位置→確定螺栓植入位置→空心板底和鋼板表面處理→粘結(jié)劑配制→固定、加壓→螺栓錨固→注膠→固化→涂刷防腐涂裝。

施工過程中應(yīng)注意三點(diǎn)：

(1)螺栓錨固應(yīng)牢靠，必須保證鉆孔深度。

(2)對(duì)混凝土表面及鋼板表面須清理干凈。對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨，對(duì)破損部分可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，鋼板表面的油污和鐵銹必須清除干凈。

(3)鋼板應(yīng)粘貼緊密，不應(yīng)有空鼓現(xiàn)象[6]。采用壓力注膠法進(jìn)行黏結(jié)。待硬化后用手錘敲擊鋼板，如無空洞聲表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)再注膠直至密實(shí)。鋼板粘貼完畢，對(duì)其進(jìn)行防腐處理。

另外，板底增設(shè)鋼橫梁方法也可有效增強(qiáng)空心板梁橋橫向整體工作性能，設(shè)計(jì)原理與施工方法與粘貼鋼板類似[7]。

2.2 橫向預(yù)應(yīng)力加固

在空心板上安裝錨固裝置，張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋，鉸縫處于受壓狀態(tài)，有效增強(qiáng)空心板間橫向聯(lián)系。

可以在邊板外側(cè)腹板設(shè)置錨固板，張拉橫向體外預(yù)應(yīng)力筋[8-9]。也可以在空心板底設(shè)置錨固板，張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋，噴射高性能復(fù)合砂漿，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行保護(hù)。亦或者在空心板底部跨中位置增大截面，預(yù)埋波紋管，待增大截面混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后張拉預(yù)應(yīng)力筋，并注漿、封錨，如圖5、圖6所示。加固后荷載試驗(yàn)表明，橋梁的整體工作性能明顯改善，空心板的橫向分布接近按照剛接板梁法的計(jì)算結(jié)果。

單板受力過大的空心板兩側(cè)鉸縫一般破損較嚴(yán)重，故采用橫向預(yù)應(yīng)力加固時(shí)，一般需要對(duì)鉸縫進(jìn)行處理。另外，空心板底部張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋，會(huì)使空心板頂部的橋面鋪裝產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性將產(chǎn)生不利影響。因此，需要在橋面鋪裝中增加橫向受拉鋼筋。綜上所述，采用橫向預(yù)應(yīng)力加固方法一般結(jié)合橋面大修進(jìn)行施工，能夠有效改善結(jié)構(gòu)整體受力性能。

施工時(shí)需要注意，預(yù)應(yīng)力筋錨固點(diǎn)應(yīng)與空心板連接牢靠，才能保證預(yù)應(yīng)力的有效施加和傳遞。另外注意預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)采取有效的防腐措施。

2.3 板端增設(shè)支撐加固

對(duì)于板端破損相對(duì)嚴(yán)重的空心板梁橋，可以在板端設(shè)置支撐，減小計(jì)算跨徑，從而減小跨中彎矩效應(yīng)和支點(diǎn)剪力效應(yīng)，如圖7所示。

施工過程中應(yīng)注意兩點(diǎn)：

(1)牛腿錨固要可靠，與墩臺(tái)牢固接觸，必須保證鉆孔深度。

(2)確保使支撐與空心板底接觸緊密，才能有效傳遞上部結(jié)構(gòu)的荷載，從而起到加固效果。

2.4 改變結(jié)構(gòu)形式加固

對(duì)于空心板病害較嚴(yán)重且危及橋梁結(jié)構(gòu)安全的，可以采取在空心板底部澆注混凝土，變梁為拱。轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)形式后，其各項(xiàng)受力性能應(yīng)符合無鉸拱的要求[10]。

在橋臺(tái)處開挖，露出基礎(chǔ)頂面，綁扎鋼筋，澆注混凝土拱座。按設(shè)計(jì)線型分段拼裝鋼波紋板。在波紋板與原結(jié)構(gòu)間填充自密實(shí)微膨脹混凝土，澆注時(shí)應(yīng)注意對(duì)稱填充，避免偏壓改變波紋板設(shè)計(jì)形狀，如圖8所示。變梁為拱加固方法效果明顯，但是對(duì)橋下凈高有影響，加固后橋下凈高應(yīng)滿足通行要求或在橋下無通行要求時(shí)使用此種方法。

施工過程中應(yīng)注意三點(diǎn)：

(1)波紋板安裝時(shí)，確保接縫搭接緊密。

(2)澆筑應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，避免產(chǎn)生明顯偏壓，改變波紋板線性。

(3)新澆注填充混凝土應(yīng)密實(shí)，與空心板底接觸緊密，形成統(tǒng)一整體。

3 結(jié)語

(1)空心板梁橋典型病害主要有跨中梁段存在橫向裂縫，板端梁段存在斜向裂縫，橫向聯(lián)系削弱、單板受力過大等。其中，橫向聯(lián)系削弱、單板受力過大病害危害性更大。會(huì)使個(gè)別空心板受力顯著增大，甚至超出承載能力范圍，易于產(chǎn)生突發(fā)性事故，需要重點(diǎn)處置。

(2)研究了加強(qiáng)空心板之間橫向聯(lián)系的加固方法，主要有粘貼鋼板加固、橫向預(yù)應(yīng)力加固、板端增設(shè)支撐加固及改變結(jié)構(gòu)形式加固等方法，能夠有效指導(dǎo)實(shí)際空心板梁橋的維修、養(yǎng)護(hù)工作。

(3)研究的加固方法具有不中斷交通、安全可靠、加固效果顯著等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的適用性。