高等级公路空心板梁桥设计及病害分析

王艳平 鲁鹏

摘要：在今后高等级公路的设计中，要着重对中小跨径桥梁进行分析和研究，提高中小跨径桥梁的设计水平，从而提高桥梁的质量和使用效果。本文对高等级公路中小跨径桥梁设计进行了探讨，仅供参考。

关键词：公路中小跨径桥梁设计

中图分类号：X734文献标识码： A

一、中小跨径桥梁常用结构类型的特点

1、预制和装配式空心板桥

预制、装配式的板可做成实心和空心，其具有结构简略，经济型好，可就地现浇以习惯弯、坡、斜桥等各种形状，可采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构等特色。因而，其常被用于高度受到限制的中小跨径桥梁中。而目前我国20m以下的中小跨径桥梁基本上都采用了空心板结构。

装配式空心板桥由于具有建筑高度小、结构构造简单、便于工厂化生产、施工快捷方便等优点，在公路中小跨径的桥梁中被广泛使用。装配式空心板桥沥青铺装层在使用过程中普遍会出现以桥面沿空心板企口缝纵向开裂为主要特征的早期结构病害，影响桥梁的结构安全和交通的畅通。另外，沥青铺装层的横向裂缝、推移和拥包问题也将大大影响装配式空心板桥的正常使用。

空心板结构的受力核算形式是各板之间横向铰接，经过铰缝在横桥向散布效果在结构上的竖向力，板之间的铰只传递剪力。然而这种受力核算形式仅仅一种理论上的说辞，在实践中却因为存在铰缝混凝土体积小、混凝土质量不易保证、施工条件差、铰缝砼自身不能接受较大压力而极易破碎等要素而与与理论存在必定的误差。在使用过程中，空心板结构的桥梁或多或少的存在预制空心板之间铰缝开裂、掉落，空心板支座掉落，桥面铺装开裂、剥离，空心板板底呈现横向裂缝、纵向裂缝等病害。

2、预制和装配式T梁桥

该结构可分为简支和简支转接连两种结构方式。简支结构可用于伸缩缝多的桥梁中，但具有抗震才能低、桥梁全体刚度小、支座易损毁、横向联系弱、伸缩缝多等缺点。简支转接连结构具有外型简练美观、伸缩缝少、抗裂性与耐久性高、接连结构内力散布均匀、受力好、易于维护、行车舒服等优点。因此，简支转接连结构在如今设计中采用较多。

3、现浇连续桥梁

该结构具有抗扭能力强、箱型截面整体性好、可接受正负弯矩、刚度大、可大幅减少下部结构工程量等特点，在中小跨径桥梁中较受欢迎。但其却存在工期长、资料消耗量大、裂缝疑问多等特点。一起在规划过程中还存在改变与平面内变形分析不全面、支承等规划细节考虑不周等缺陷，这些都需要进一步讨论，以避免横向侧移、歪曲变形、支座掉落等事端发生。

4、装配式小箱梁

该结构具有安装与施工工艺简单、结构安稳、横向整体性好、结构接连、预制便利、成本低、跨过能力强、抗扭性能好、易于维护、构成舒适等特色，近几年在国内运用较广泛。一起，规划人员应注重施工中墩顶接连场所选用的扁锚预应力系统是不是满足，以防止因其达不到规划值而使结构仅成为一种准接连结构，降低结构的安全度。

二、装配式空心板桥桥面病害特征分析

1、桥面铺装层沿空心板企口缝的纵向开裂

装配式空心板桥桥面铺装纵向开裂一般表现为行车道内汽车轮迹线附近空心板间企口缝上方桥面的纵向开裂；病害程度严重的，其纵向开裂遍布整幅桥面的每条空心板企口缝上方，在行车道汽车轮迹线附近加剧，形成局部的网裂，产生桥面铺装破碎、松散与塌陷现象，最后造成桥面铺装层局部的纵向沟槽。

装配式空心板桥桥面铺装层产生的纵向开裂最主要原因是空心板桥的横向刚度较小，板间横向传力靠铰缝和铺装层共同承担。在行车荷载作用下，板缝处铺装层受弯剪作用，且以抗剪为主。受长期重复荷载的作用，桥面铺装极易发生疲劳破坏，沿板缝纵向开裂。当桥梁承受超限车载时，主梁挠度进一步加大，从而加剧桥面铺装的纵向开裂。铺装层的纵向开裂会极大地削弱空心板桥横向刚度，引起各桥面板荷载分布不均匀，严重时会导致单板受力。在相同等级荷载作用下，单板承受的最大活载将显著增加，造成板梁损坏，承载能力下降。桥面铺装层开裂还会导致雨水下渗，侵蚀主梁，使结构耐久性能降低。

2、铺装层横向裂缝

在调查中发现，装配式空心板桥桥面铺装层的横向开裂也是常见的病害之一。在工程设计中，跨度20m，25m和30m的空心板桥一般采用结构连续； 跨度10m、13m和16m的空心板桥多采用简支桥面连续。实际工程检测发现，桥面连续处普遍出现铺装层横桥向裂缝， 结构连续处出现裂缝的情况则较为少见。用简支桥面连续的空心板桥，在墩顶处依靠桥面连续来承受混凝土收缩和温度应力。当车辆荷载作用在跨中时，由于空心板的跨中弯沉也导致墩顶桥面承受拉应力。当拉应力超过铺装层混凝土的抗拉强度时， 桥面连续区域的铺装层就会产生横桥向裂缝。从设计的角度考虑，桥面连续区域应进行受力性能计算，考虑车辆荷载在支座处产生的转角位移使铺装层承受的纵向拉应力，考虑温度作用产生的空心板长度缩短使铺装层承受的拉应力， 全部拉应力均应由铺装层纵向钢筋承担。

空心板跨中段出现铺装层混凝土的横桥向裂缝的现象也较常见，这与空心板的抗弯刚度直接相关。空心板跨中区段在预应力作用下反拱，在车辆荷载作用下弯沉，带动着铺装层混凝土承受反复挠曲变形的作用，造成了铺装层混凝土的低周疲劳，随着作用次数的增加，混凝土的抗拉能力降低，最终导致横桥向裂缝的产生。

3、推移和拥包

造成空心板桥桥面铺装层产生推移与拥包主要原因为铺装层和桥面板之间粘结强度不足，从而导致铺装体系变成两层皮，桥梁的整体性遭到破坏，在重载车辆的作用下会发生滑移破坏。有的粘结层材料在常温下具有较强的粘结能力，高温时粘结力急剧降低，不仅失去了粘结能力反而起润滑作用，更是加剧了桥面铺装的过早损坏。

三、装配式空心板桥桥面病害产生机理分析

1、超载车辆荷载的长期作用

桥梁结构长期且经常性受到超过设计标准（汽车-超20 级、挂车-120）的重型车辆交通荷载的作用。随着交通量的增加，超过设计标准的重载运输客观存在。超重车辆由于载重太大，车速缓慢，形成了“重车集中、成串通行”的现象，对桥梁结构构成严重威胁。超重车辆的长期冲击、疲劳作用是造成该类桥梁结构病害的重要原因。

2、装配式空心板桥设计缺陷

在以往的桥梁结构理念中，人们通常对桥面铺装作用的认识更多的倾向于“抗磨耗层”或“找平层”，而对桥面铺装层的强度、刚度则没有提出更多的要求。同时，装配式空心板桥受建筑高度影响，在整体刚度和强度上弱于箱梁、T 梁等结构型式。装配式空心板桥构造上采用空心板间的铰缝（企口缝）来保证上部结构的整体性，尤其原来的设计普遍采用了小铰缝（企口缝）的结构构造；企口缝内混凝土强度偏低；仅作为“找平层”构造的桥面铺装层厚度最薄处仅有8cm，有时可能会更薄，且配置的钢筋细而疏，钢筋直径一般仅为10 mm，间距仅有10 cm×10cm。这些设计上的不足，造成了桥梁上部结构空心板间的横向连接能力薄弱、整体性能差，当重型车辆荷载作用时，桥面铺装层和空心板企口缝结构部位必然是受力薄弱环节。原装配式空心板桥设计的缺陷也是该类桥梁结构病害的重要原因。

3、装配式空心板桥施工方面的缺陷

作为保证装配式空心板桥整体受力的关键结构部位，空心板间企口缝及板间缝内混凝土的浇筑质量普遍不高。原空心板企口缝构造尺寸较小，尤其是空心板间缝宽度一般仅为1cm，个别板块不顺直时，则宽度更小。如此小的浇筑振捣空间，使得空心板企口缝及板间缝内的混凝土浇筑质量难以保证，造成后浇筑的混凝土与原空心板混凝土之间的粘结强度不高。当桥面铺装层施工时，由于控制不严，空心板表面往往清洁不够，存在泥土等附着物，这样也会影响铺装层混凝土与原空心板混凝土间粘结强度，严重的会造成两层结构的相互分离。施工单位忽视混凝土养生，或者受外界因素影响，在桥面铺装完成几天后即开放通车，使桥面在强度不高、形变未稳定的情况下过早承受外来重荷载的作用，造成桥面过早损坏。装配式空心板桥施工方面的缺陷是该类桥梁结构病害的又一个重要原因。

四、整治和预防装配式空心板桥桥面铺装层病害的方法

加强交通管理，严格限制超载超限车辆。在装配式空心板桥的设计阶段，采取针对性的构造措施和方法，增强空心板间的横向结构联结性能和桥梁结构的横向整体性能。改善空心板的截面尺寸，增加有效高度，提高承重构件的整体刚度。空心板的企口缝采用大铰缝的结构构造形式，放弃小铰缝；在空心板板体侧面和企口缝内预埋横向联结钢筋或钢板，增强空心板横向间的结构联结性能。空心板侧壁向上伸出钢筋至桥面混凝土铺装层内，加强空心板与铺装层的整体联结性能。增加桥面混凝土铺装层结构的厚度，增强铺装层钢筋的配置，提高桥面铺装层的结构性能。

强化施工工艺和施工控制，提高空心板企口缝及桥面铺装层的施工质量。空心板间缝及企口缝内混凝土浇筑前，对板体侧面采用钢刷刷毛、露出骨料，并保证浇筑面的清洁；浇筑混凝土时，先对其刷毛面湿润，再用12.5号水泥砂浆灌填底缝，然后浇筑小石子混凝土，混凝土应分层浇筑并振捣密实。

由于层间粘结强度是提高路面抗车辙性能，防止产生推移及拥包的重要措施，因此，应加强对水泥铺装表面浮浆的清除，采用精铣刨进行施工，表面纹理分布均匀，不得将钢筋铣刨外露。个别铣刨不到的地方，应用摆锤机进行施工，提高表面粗糙度，铣刨完成后应将灰尘洗净。

结束语

随着社会经济的快速发展，水泥混凝土路面在市政道路建设中逐渐占据更为重要的地位。但是就水泥混凝土特点来看，路面建设存在很多问题，例如裂缝、脱空等病害，不但影响道路正常使用，而且造成国家重大经济损失。因此，加强水泥混凝土路面病害管理已势在必行，需要认真分析病害原因，并积极寻找解决措施，保证道路质量。

参考文献

[1]吴国;不完整结构屈曲及其可靠性评定方法[D];2012年

[2]路虎.中小跨径桥梁上部结构加固[J].山西建筑,2014,36(26).