中小跨径桥梁单板受力的病害特征及预防措施

文/吴勇往

一、引言

改革开放以来，我国经济始终处于高速增长的状态。为适应社会经济发展的需要，高速公路经历了从无到有，到现在已经超过了四万公里。河北省由于地理位置的特殊性，较早进入了大规模高速公路建设，目前已有 2100多公里的高速公路建成通车，经过3～10年的运营，各种桥梁病害也随之产生。其中，单板受力病害是较为普遍和严重的桥梁病害之一，每年不得不花费大量的养护资金用于加固维修，且严重影响高速公路的正常通行和桥梁的使用安全。这一病害已经引起了高速公路管理部门及上级政府部门的高度重视。

二、单板受力的病害特征

近十几年由于经济发展的需要，高速公路进入大规模建设期，而且多数高速公路选择了高填路基，修建了大量的通道、涵洞及分离式立交。装配式铰接板在施工、造价、施工组织及便于标准化施工方面具有明显的优势，所以得以大规模推广采用。以往修建的高速公路跨径为 4m、6m、8m、10m、13m、16m、20m、25m的桥涵绝大部分采用了这种结构，只有个别采用了现浇板、整体箱型通道及拱桥。

桥梁单板受力病害顾名思义即装配式板梁桥横向联接破坏，横向分布失效，造成车轮直接作用于单个板梁，使其独自承受行车荷载。病害严重影响了桥梁的使用安全，造成桥面铺装和铰缝结构的损害，破坏了桥梁功能的整体性，引起荷载横向分布不利变化和桥面板的内力集中。如不及时处理，逐渐使桥梁承载能力进一步降低和桥面板产生结构性破坏。其病害特征主要为：

1、一般发生在铰接板桥梁行车道范围内。

2、带有这种病害的板桥，其铰缝混凝土被破坏，并逐步破碎而脱落。在桥面铺装层上沿铰缝方向产生不规则的纵向裂缝，严重时形成一条破碎带。雨雪水常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”的空心板时产生明显弹性下挠，使其与两侧的空心板上下错位后，形成台阶。待重车过后，这种错位消除，又恢复原状。

3、如果长期经受超过设计标准的重型车辆作用，使“单板受力”现象逐渐加重，进入这种病害“后期”阶段，则弹性下挠逐渐变成塑性变形，“单板受力”的空心板与两侧的空心板之间形成永久性台阶。

三、中小跨径桥梁单板受力现象的预防

在解决和防止这种病害时，应该依据具体情况，综合考虑，找出具体的病害处理方案。

1、对于较小跨径的桥涵，即使采用各种措施，对铰缝进行加强，依然存在内力分布不连续，同时由于铰接板中铰缝看作是“铰”，加强后造成铰缝横向刚度增大而引起横向弯矩随之增大，其效果并不明显。因此，对于较小跨径桥涵，只有彻底改变结构类型才能根本解决问题。因此，小跨径桥涵改为现浇板较为合理可行。由于取消铰缝而增加了横向受力钢筋，在保留了铰接板其它使用性能的同时，克服了铰接板由于结构整体性不良这一主要缺陷，从而避免了单板受力病害的发生。

2、对于13m、16m等相对跨径较大的桥涵，由于改为现场浇筑，造成了自重增加及材料消耗增加较多，并且通过分析结论，结构因素影响较小。因此，可以通过其它措施予以解决。具体如下：

1）适度加大铰缝的尺寸，同时尽量将铰缝外形设计圆顺，避免几何形状的突变。从对8m跨径修正模型的分析中易知，一旦将铰缝底部宽度设计的很小，则在铰缝下侧会形成应力集中现象，对铰缝的传力性能显然不利；另外从施工的角度来说，加大铰缝的断面尺寸有利于混凝土的振捣密实，且应该在铰缝内混凝土强度达到设计强度后方可通车。

2）在铰缝上部设连结钢板。一方面增加整体性，同时改善横向分布性能。

3）在铰缝设计时，除了按铰接考虑其抗剪承载力外，还应该沿纵向和横向分别考虑其抗弯承载力，而不能仅仅依照构造要求设置铰缝钢筋。这一设计思路也可以参照加筋砌体结构设计。

4）当桥面铺装层与空心板及铰缝间有较好的连接，三者的变形协调一致时，桥面铺装层则可按其相应的刚度分布内力，直接分配给各板，减小铰缝受力。相反，如果设计或施工时不能保证与空心板的联接措施，则桥面铺装层便会转换成空心板及铰缝的负荷，增加了铰缝失效形成单板受力的可能性。为了保证桥面铺装与其它构件的连接，设计时应该采取多种构造措施，如：在铰缝处设置拉结筋、在空心板上表面增设抗剪连接键等，并且在施工过程中注意浇筑桥面铺装层时，须清理干净空心板上的浮尘杂物，以避免形成薄弱的结合层。同时应适当加强铺装层内钢筋网，提高铺装层的整体性和承载力。

3、在简支板桥的施工中应该从以下方面来防治病害的发生

1）铰缝施工时应该注意混凝土振捣密实，对铰缝底部务必注意防止混凝土的露浆、离析等现象的发生。

2）在浇筑铰缝混凝土之前，应该将缝内的浮尘等杂物清理干净，并适当用水润湿铰缝。

3）铰缝及铺装层的钢筋严格按设计要求布置，充分保证钢筋的设计保护层厚度要求，避免因铺装层钢筋紧贴预应力空心板而造成桥面混凝土变成素混凝土。

4）为加强桥面混凝土与预应力空心板板面的联结，在浇筑桥面混凝土前，可以先用高一强度等级的素混凝土进行拉毛，待满足强度要求后再进行面层的浇筑。

4、高速公路桥梁的运营与养护管理在预防桥梁病害发生方面起着至关重要的作用，不合理的使用和管理，即使在设计施工合理的条件下，也会造成对结构的损害，甚至是酿成大患。

高速公路上超载现象在某些地区已经非常严重，而且远远超出设计时的可变负荷值。因此，从运营和养护管理的角度应做到以下两点：

1）路政管理部门采用有效措施治理超限运输。

2）严格执行《公路养护技术规范》，完善桥梁的检查、检测和管理制度。

四、结束语

中小跨径单板受力是比较普遍和严重的桥梁病害之一，它不但影响高速公路的正常通行和桥梁的使用安全，而且还使公路养护部门每年都花费大量的资金用于加固维修。因此我们要从设计、建设及养护管理等诸多方面入手，减少病害的发生，保证高速公路的快捷畅通。

作者单位：大广高速公路京衡段筹建处