李占锋

(河北省石安高速公路管理处)

石安高速公路是我国国道主干线京港澳高速公路的主要路段,通过多年的通车运营,随着交通量的增长以及车辆吨位的增加,桥涵构造物出现了较多的病害,主要表现为中小跨径桥涵单板受力病害和伸缩缝损坏失效等病害,且有不断恶化的趋势,给行车安全造成了隐患。本人通过施工实践,谈点单板受力病害处治方面的一些经验及体会,供同行参考。

1 单板受力的概念及表现形式

单板受力病害主要发生单跨 10m及以下装配式小桥涵。病害主要特征表现为铰缝混凝土被剪坏,并逐步松散而脱落,在桥面铺装沿铰缝方向产生不规则纵向裂缝,严重时形成一条破碎带。雨雪水通过破碎后的铰缝渗入板底,留下明显的渗水痕迹。当重型车辆通过“单板受力”的板时产生明显的弹性下挠,使其与两侧板上下错动,形成台阶。待重车过后,这种错动消除,又恢复原状。

2 单板受力原因分析

(1)构造原因:钢筋混凝土空(实)心板梁由于受建筑高度的限制,它在强度与刚度方面,与箱型梁、T型梁等梁式结构比较,相对偏小。用铰缝来保证整个上部构造的整体作用也比较薄弱。同时,现浇铰缝与预制梁存在新老混凝土结合不良等问题,一定程度上降低了混凝土抗拉、抗剪强度,是造成“单板受力”的结构原因。装配式板梁一般梁端各有两个支座,很难保证各支座受力的均匀性,加之重载车的冲击作用,从而造成个别铰缝应力集中而破坏。

(2)施工原因:板梁结构是公路中小桥涵的常用形式,作为确保整体受力的关键部位,铰缝混凝土的施工质量严重不足,成为整座桥梁的薄弱环节。

(3)外界环境原因:高速公路冬季除雪一般采取撒盐或融雪剂除雪,盐水或融雪剂通过沥青混凝土渗入到桥面混凝土铺装层及铰缝混凝土内,导致桥面水泥混凝土铺装层内及铰缝混凝土内钢筋锈蚀严重。经检查梁板预留筋有许多已锈蚀得几乎不起作用,水泥混凝土表面疏松。

(4)超重车辆荷载原因:桥梁长期经常性受到超过设计标准的重型车辆作用。超重车辆荷载的长期冲击、疲劳作用是形成“单板受力”病害的重要原因。同时大部分铰缝混凝土总是先有渗水,然后出现脱落。

(5)理论分析:单板受力这一病害是铰缝抵抗拉应力和剪应力的承载力不足引起的。钢筋混凝土空(实)心板梁由于受建筑高度的限制,它在强度与刚度方面,与箱型梁、T型梁等梁式结构比较,相对偏小。用铰缝来保证整个上部构造的整体作用也比较薄弱。根据铰接板的计算理论,铰缝混凝土只承受剪力,是以铰缝混凝土的被剪切破坏来控制的。但铰缝混凝土和空心板混凝土粘接面,粘接强度较弱,所以在荷载的作用下,铰缝的实际抗剪能力比理论计算值要低很多。当在重载下铰缝发生破坏后,原来由多块板共同承担的荷载就落在了单块板上,大大超出了其设计荷载,挠度变大,加剧铰缝破坏,形成“单板受力”,并在桥面出现沿铰缝的纵向碎裂带。

3 小桥涵单板受力的养护对策

中小跨径桥梁单板受力现象也非常普遍。单板受力导致桥梁横向联结破坏,桥面铺装层铰缝顶端剪裂,而且桥梁竖向挠度增大,对桥面铺装的受力性能也造成不利影响。中小跨径桥梁一旦出现单板受力及应进行处理。对该类桥梁的养护建议方案如下。

(1)更换桥面铺装进行白色化处理。

(2)凿除桥面铺装层铰缝混凝土重新浇筑。对于跨径不小于 8m的桥涵构造物,在铰缝中增设铰缝钢筋以及铰缝顶面增加铰缝连接钢板,加强梁板的横向联系;在凿除的桥面铺设双层钢筋网,由水泥混凝土取代原来的 7cm沥青混凝土 8cm水泥混凝土铺装,使桥面白色化,提高桥面的横向分布能力,而对跨径小于 8m的桥涵构造物,在铰缝顶面增设铰缝联结钢板,加强梁板的横向联系。

(3)板底粘贴碳纤维布。在行车道板底粘贴一层碳纤维布(200或 300g/m2)用以提高单板的承载能力,提高桥梁的安全度。

4 施工中应注意的几个问题

桥面补强加固能否达到预期效果,关键取决于新旧混凝土能否牢固地形成一个整体,以及共同受力的可靠性与耐久性,因此在施工中应注意如下几个问题。

(1)凿除桥面铺装和铰缝混凝土时,注意保留原桥伸缩缝装置、预留钢筋和铰缝横向联系构造。对旧桥面进行凿毛除理,使表面粗糙,成齿条状,凹槽约 2cm左右。

(2)对结合面进行适当处理,采取清扫冲洗等措施,并对病害进行处理。凿除桥面铺装后,若主梁的顶板存在程度较小的损坏,则应将损坏处的混凝土凿出新茬,对钢筋进行除锈后再浇筑桥面防水混凝土;若主梁顶存在孔洞,先将孔洞周围松散的混凝土凿除直至露出新茬,并对钢筋除锈后,采取吊模的方法将孔洞修补后再浇筑防水混凝土。

(3)为使新旧混凝土更好的粘结,在凿毛后的混凝土表面上涂一层环氧胶液胶结剂或双组分界面剂。

(4)在植筋时,先用钢筋探测器探测钢筋混凝土保护层厚度和钢筋位置,避免钻孔时损坏梁的主筋。钻孔直径比钢筋直径大 4mm以上,钻完后用毛涮清理孔壁上的浮皮,然后用压缩空气吹净孔内的灰尘和混凝土碎屑,并保持孔内干燥,采用专用植筋胶从孔的底部开始注射直至填满孔的2/3,将钢筋缓缓插入孔中,在固化前不可对钢筋施加任何荷载。

(5)防水混凝土的制做宜使用强制式搅拌机,适当延长搅拌时间,使纤维分散均匀,避免纤维成团。

(6)混凝土浇筑后应加强养生,混凝土强度未达到设计强度的 80%时,不允许车辆在桥面行驶。

5 小桥涵单板受力处治方案实例

石安高速公路石家庄段在一次桥涵调查中发现有 5座小桥涵(跨径为 8m或 10m)存在单板受力现象,主要表现为梁板底部、企口水泥混凝土与板体脱落严重,且有渗水现象,重车经过时梁板颤动很大,挠度达 3cm,其上路表面行车道部位沥青混凝土铺装层已形成明显网裂、推移变形。

5.1 处治方案

根据现场实测,桥面现有沥青混凝土和水泥混凝土厚度总计 14cm,将桥面设计成厚度为 14cm的钢筋混凝上,钢筋采用单层螺纹钢,顺路向采用 12mm的螺纹钢筋,间距为16cm,横路向采用 16mm螺纹钢筋,其间距为 12cm。混凝土标号为 40#,加早强剂和掺加适量的引气剂,具体比例为m水泥∶m砂∶m碎石=1∶1.35∶2.41。另外,为增加混凝土的抗压强度和防止开裂,混凝土中掺加适量的钢纤维,钢纤维掺量为 30kg/m3。铰缝钢筋布置沿用原设计,规格采用12mm螺纹钢筋,伸入桥面部分水平长度至少不小于50cm,并在施工时将其与桥面钢筋相联接,必要时进行焊接,以增强铰缝钢筋与桥面钢筋网的整体性,受力更加均匀。铰缝混凝土中加适量膨胀剂,以使铰缝混凝土与梁板形成一个整体。

5.2 施工内容及步骤

(1)将桥面和铰缝清理干净。

(2)用钢钎凿毛法将板顶彻底凿毛,深度掌握在 3～4mm为宜,使表层水泥浮浆彻底清除。

(3)用水将梁板表面冲洗干净,或用空压机吹净。

(4)布设铰缝钢筋和桥面钢筋时,注意将铰缝钢筋与桥面钢筋网绑扎在一起。

(5)植筋时采用高压气泵将植筋孔吹净,灌人环氧树脂砂浆或采用专用植筋胶,然后插入钢筋。

(6)吊铰缝底模板,用砂浆处理铰缝底部,以保证铰缝混凝土浇注时不漏浆时间应在铰缝混凝土浇注前 1d。另外,为增加砂浆与梁板的粘结,砂浆中加入适量的环氧树脂。

(7)浇筑混凝土时,铰缝混凝土浇筑完毕,立即浇筑桥面混凝上。铰缝混凝土要用插入式振捣器振捣密实。桥面混凝土采用平板、插入式振捣器组合振捣方式,确保混凝土密实;浇筑要一次成型。靠超车道部位纵向施工缝要避开铰缝。

(8)接缝处钢筋要保证有不少于 50cm的搭接长度。

(9)新植筋要与桥面钢筋连接,形成一个整体受力体系;对所有钢筋布置要严格按照图纸尺寸布设,每个交叉点都要进行绑扎。

(10)刷毛:待初凝后,用钢丝刷将浮浆层刷掉,以刚露出石子为准,为稀浆封层打好基础。

(11)养生:浇注完成后,应在收浆后立即采用草苫等保湿性好的物品覆盖并洒水养生 7d以上;同时保持混凝土表面经常处以湿润状态,以保证强度达到设计强度。

(12)与沥青路面接缝处,为防止雨或雪水的渗入,用改性沥青掺有适量麻絮进行浇灌。

(13)在处理行车道与紧急停车带时,为防止大量荷载作用于超车道梁板上出现意外,在超车道梁板底部采用方木支撑。

通过采用上述方法对 6座单板受力桥涵进行维修,并在施工过程中严把各道工序质量关,经过近四年的运行观察,效果很好,现在这些方法已得到了广泛应用。

6 结 语

高速公路小桥涵单板受力现象高速公路建设特定阶段的产物,随着高速公路桥梁设计、施工和管理水平的提高,以及超限车辆的逐渐减少,高速公路小桥涵单板受力现象将会越来越少。

[1]公路桥涵养护规范(JTJH11-2004)[M].北京:交通出版社,2004.

[2]代征军.空心板梁单板受力成因分析及处治[J].交通标准化,2008,(8).