装配式预应力混凝土空心板梁质量通病处理综合技术

赵常胜

(浙江省交通工程建设集团有限公司，杭州 310051)

装配式预应力混凝土空心板梁质量通病处理综合技术

赵常胜

(浙江省交通工程建设集团有限公司，杭州 310051)

针对装配式预制预应力混凝土空心板梁存在铰缝易开裂破损的质量通病,为提高桥梁的整体性和耐久性，提出了横桥向预应力后张拉技术、桥面混凝土铺装层与梁体组合技术以及优化铰缝构造与配筋等综合改进技术。为该类桥型新桥设计及旧桥加固治理提供参考。

空心板；横向预应力；组合结构；铰缝

0 引 言

中小跨径装配式预制预应力混凝土空心板梁具有施工方便、经济性好的优势，因而在交通领域广泛应用，浙江省现有公路桥梁中约90%为该结构形式。预应力空心板常见跨径有10m、13m、16m、20m、25m、30m，对应板高分别为0.45m、0.6m、0.8m、0.9m、1.1m、1.2m[1]。25m和30m两种跨径通常在桥下通行净空有特殊需求、但梁高受限，在无法采用T梁或小箱梁的情况下采用。

单跨横向多榀预制空心板梁，主要依靠梁体自身的刚度、梁端支撑、横桥向各板梁间铰缝(见图1)、桥面铺装等形成整体共同受力，铰缝为板梁横向连接的重要传力构件，一旦铰缝连接失效，单榀板梁荷载横向分布系数将发生剧变，车辆荷载作用下单榀板梁所承受的弯矩、剪力将超过其设计承载能力。

图1 常用空心板铰缝构造及连接

1 空心板梁存在的主要问题

2009年，浙江省公路桥梁管理部门对省内运营5年以上的12条高速公路累计1171座中桥、1579座小桥进行了全面调查。在查出病害的952座桥梁当中，数据结果显示：预制预应力空心板梁，纵向铰缝开裂达351座(占比37%)[2]。因此提高中小跨度预制空心板梁的整体性和耐久性，降低该类桥型在设计基准期内的病害，是一个至关重要的问题。以20m跨径大铰缝预制空心板为例，目前主要存在如下技术不足：

(1)空心板梁端靠近支座约100cm长范围内无铰缝设置，同时未采取构造补强处理措施。支点截面与跨中截面尺寸不同，梁端附近当支座出现破损或者支座横向设置不平整，极易导致该区域内桥面铺装调平层开裂并逐渐扩大至铰缝开裂。

(2)相邻板梁间铰缝，上口窄下口宽呈倒锥形设置，施工质量难以保证。桥跨中间段铰缝顶口宽仅11cm, 铰缝深度却超过2/3梁高；接近梁端100cm附近，铰缝顶部闭合为水平间距只有1cm。铰缝预埋钢筋现场加工及连接工作量大，铰缝内部空间狭小，尤其是铰缝顶部收口，铰缝混凝土浇筑及振捣困难，施工质量难以保证。

(3)预制空心板梁顶面与桥面铺装钢筋混凝土调平层间，仅靠简单的凿毛或刮痕处治后作为结合面，彼此间通常不设置抗剪连接钢筋或设置的抗剪钢筋直径较小，未有按照组合梁原理考虑发挥桥面铺装调平层作用以提高结构承载能力。

目前桥面铺装钢筋混凝土调平层厚度通常为10cm,受板梁张拉后反拱、混凝土收缩徐变特性以及负弯矩区锚固齿板突出板梁顶面的影响，实际钢筋混凝土调平层厚度最薄处只有4～8cm，厚度过薄对保证桥梁整体性不利。预制空心板顶板凿毛程度目前也未有明确要求。

(4)铰缝连接的装配式空心板整体性较差，铰缝易开裂或者渗水，降低了结构承载能力。装配式空心板铰缝按照传递剪力设计，相邻板梁间铰缝在完全有效的前提下，依靠变形协调的原理，铰缝间传递的剪力差较小。但实际上，铰缝间还传递弯矩。在弯矩、剪力共同作用下，以及施工质量控制不严等原因，铰缝易产生纵向开裂。

铰缝纵向开裂后，板梁间横向整体连接将明显降低。而铰缝一旦完全失效，单板所要承受的荷载将超过设计荷载值，造成严重安全隐患。桥面渗水也会通过开裂的铰缝和梁板纵向裂缝渗入梁体，造成梁体钢筋锈蚀。这些病害严重影响了桥梁的安全性，降低了结构耐久性和承载能力。国内已经发生过多起因铰缝破坏，单板因受力超过设计要求值而断裂的事故。

2 整体性与耐久性综合改进技术

通过采用横桥向后张拉预应力束技术和采用组合梁设计技术提高全桥整体性；通过优化铰缝设计，提高铰缝混凝土浇筑质量，从而提高桥梁耐久性。

2.1 横桥向后张拉预应力束技术

在梁端、1/4L处、1/2L处采用横桥向预应力束设置措施(见表1)。跨中、梁端采用横隔梁设置，横隔梁中预留钢束孔道，为方便空心板芯模拆除，1/4L桥跨处采用预留孔设置，不设置实体横隔梁。垂直方向沿梁体1/3H高度处分二道施加预应力，采用无粘结环氧涂层钢绞线，两端张拉，锚固端在边梁边腹板外侧，其中1/4L位置边腹板外侧增设加劲肋局部补强。

通过对板梁间横桥向施加一定的预压力，提高板梁间摩擦抗剪能力，达到提高板梁整体受力的目的。通过板梁间施加一定的横桥向预压力，沿板梁纵向的顶板、底板裂缝将明显减少，裂缝宽度将有效降低甚至完全闭合。

表1 空心板横桥向预应力束布设参数表

垂直方向沿梁体1/3H高度处分二道施加预应力，采用无粘结环氧涂层钢绞线，两端张拉，锚固端在边梁边腹板外侧(见图2)。

半1/4L断面 半跨中断面

2.2 组合梁设计技术

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 第8.1.1～8.1.17、9.2.8、9.3.17、9.3.18等条文及说明进行组合梁设计[3]。

桥面铺装钢筋混凝土调平层厚度增加到15cm；设置竖向抗剪结合钢筋，HRB335钢筋，直径12mm，双肢。一个截面采用两根，纵向间距与箍筋间距相同。抗剪结合钢筋埋入预制板和现浇层长度均不小于12cm。

图3 空心板梁组合截面(仅示出两块梁板断面)

2.3 铰缝优化技术

为确保铰缝混凝土施工质量，改变原倒锥形铰缝为全高度直立式大铰缝(见图4)，并取消铰缝内钢筋设置，采用振动棒捣振铰缝内混凝土，方便施工并保障施工质量。由于横向钢束的预压力，铰缝与预制梁板混凝土间存在足够的摩擦抗剪能力，确保梁板整体变形协调。铰缝内采用钢纤维混凝土，进一步提高其抗剪及在板梁间反复变位协调中抗疲劳能力。

图4 优化的铰缝构造

3 结 语

改进后的预制空心板梁施工流程处理与原有预制空心板梁浇筑流程基本相同，因设置跨中横隔梁的需要，空心板芯模要求以跨中为界分成两段，芯模由两端抽出。空心板腹板，根据设计要求预有横向预应力束孔道。铰缝构造由倒锥形调整为双壁直立式，方便施工，突出摩擦抗剪的受力理念。

对中小跨度装配式预应力空心板梁，目前对铰缝进行的各种改进措施，尚无法保障各预制梁板在车辆荷载较大的情况下作为一个整体受力，铰缝始终是全桥的薄弱部位。文中提出的综合改进措施可以有效克服中小跨径空心板梁铰缝易开裂破损的质量通病，增强结构的承载能力，提高结构的耐久性，增加桥梁使用寿命，提高行车舒适性，降低维护成本，减少因桥梁维修对通行造成的不利影响，将具有十分明显的经济效益和社会效益。

[1]交通部专家委员会．中华人民共和国交通行业公路桥梁通用图[M]．北京:人民交通出版社，2008．

[2]浙江省交通规划设计研究院.中小跨径桥梁典型病害防治研究[Z].杭州：浙江省交通运输厅，2010.

[3]JTG G62-2012，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京:人民交通出版社，2012．

Comprehensive Treatment Technology for Solving the Common Defects of Precast Concrete Hollow Slab Bridges

ZHAO Chang-sheng

(Zhejiang Transportation Engineering Construction Group，Hangzhou 310051，China)

Hinged joints between adjacent beams of Precast concrete hollow slab bridges are damaged by traffic loads easily, In order to solve this problem, the comprehensive method is proposed: transverse post-tensioning technology, composite structure technology and optimizing of hinged joints design. This is a good reference for the design of the new bridges and reinforcement of the old bridges.

precast concrete hollow slab; transverse post-tensioning; composite structure; hinged joints

2015-10-29

赵常胜(1972-),男，河北乐亭人，工程师，E-mail: zhaocs1972@163.com。

TU375

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.005

1671-234X(2015)04-0021-03