空心板铰缝病害成因及防治措施研究

叶品 童熙 杨永平 吴宜正

1.浙江省交通运输科学研究院 浙江杭州 311300

2.嘉善县公路与运输管理服务中心 浙江嘉兴 314100

浙江省是桥梁大省，截至2019 年末，浙江省公路总里程达12．18 万公里，已建成公路桥梁51106 座，占全国桥梁总数的十分之一，位居全国第三。其中中小跨径梁式桥占全省桥梁总数的90%以上；随着大量等级公路的建设和不断投入运营，公路桥梁在建设和运营过程中相继出现了一些病害，某些桥梁病害还具有普遍性，已影响到桥梁的运营安全和耐久性。浙江省交通厅组织的省内多条高速公路、地方道路桥梁的调查结果显示，桥梁病害主要集中在上部结构与桥面铺装及支座、伸缩缝附属构造等，其中空心板梁铰缝损伤是最为普遍的桥梁病害之一，也是空心板梁横向裂缝等多种其他桥梁病害的诱因。

1 空心板铰缝型式的发展

空心板在浙江省的应用起步于上世纪60-70 年代，最初采用浅的小铰缝。到了90 年代，截面形式进行了较大更改，对铰缝形式进行了修正，但依然为浅的小铰缝形式。经过十几年的经验积累，又发展出宽幅式预应力空心板，铰缝也改为深的大铰缝，见图1。铰缝的形式直接影响到空心板的横向连接性能，铰缝过小，在施工时铰缝混凝土往往不容易捣实，则各板之间的横向连接性差，在反复的车辆荷载和重车作用下，空心板的挠度加大，造成铰缝损坏、甚至脱落等病害。而铰缝病害又会导致空心板出现单板受力现象，空心板内力和挠度变大，使空心板底部出现横向裂缝病害。此外，还会导致桥面铺装出现纵向裂缝病害。这些都是几十年来的实践和应用中总结出的经验和教训。

图1 空心板截面形式和铰缝的演变

2 铰缝病害及成因分析

空心板桥梁在铰缝处出现破碎、导致单板受力现象，造成桥面铺装屡修屡坏。严重时，甚至会发生铰缝混凝土整体脱落、铰缝透空的情况，见图2。该病害严重削弱了空心板的横向连接整体受力性能，并且往往会导致其他次生病害的发生，例如因单板受力导致的空心板底板横向裂缝病害、空心板的水侵害病害等等。

因这种病害的维修需要封闭交通，挖开桥面铺装，掏空原有的破碎铰缝残渣，因此维修复杂，工期长，对交通的影响大。这些因素已直接影响到空心板这种结构形式的推广应用。因此对铰缝病害的成因进行分析，并提前预防尤为重要。通过对铰缝病害成因进行分析归类，其主要可以归为以下几类。

图2 空心板铰缝病害

表1 空心板铰缝病害成因

3 防治及加固措施分析

空心板梁铰缝病害的防治应多管齐下，分别针对设计、施工和运营阶段的病害成因对症下药，全面提升提升空心板梁质量。

3.1 设计阶段

3.1.1 针对铰缝尺寸偏小问题

（1）增大空心板的板宽[1]，板宽不小于1．25m，铰槽的深度不小于预制板高的2/3，铰的上口宽度应满足施工时使用插入式震捣器的需要，上口宽度宜大于8cm。

（2）设计时应尽量采用大铰缝空心板。还要加强对铰缝内连接钢筋布置的重视程度，甚至可以将铰缝钢筋和桥面铺装钢筋作一定的连接。通过加强上部结构的整体性，将铰缝受损的可能性降到最低。

3.1.2 针对铰缝内的钢筋连接不好问题

（1）预制板内应预埋钢筋伸入铰内[2]，相邻板间铰缝钢筋应要求焊接。可在铰缝顶部增设跨缝加强钢筋。

（2）桥面的混凝土调平层的构造应予加强[3]，梁板顶部宜设间距为50cm 的U 型剪力筋，桥面混凝土调平层的强度等级与预制板相同，调平层内设置D10 焊接钢筋网（钢筋直径10mm，网格间距10cm）。水泥混凝土层厚度取10-12cm，若顶部不设沥青混凝土，则取12cm。顶部的沥青混凝土层厚度与桥头路面（上面层+中面层）的厚度相协调。

3.1.3 针对设计图中铰缝施工工艺未交待清楚

（1）设计图纸应对施工工艺提出明确而严格的要求：①铰缝必须作凿毛处理，凿毛要求以露出粗骨料粒径的2/3 为宜。

②板底宜采用吊模，不允许采用碎布填塞。③铰缝底部应悬挂并固定模板，模板上先浇筑一层厚度约5cm 的砂浆，在砂浆强度达到5Mpa 后方可浇筑铰缝混凝土。④浇筑铰缝混凝土时用插入式振捣棒，振捣时间要充分，以确保振捣密实；⑤铰缝底部模板拆除后，应马上进行勾缝，勾缝应保证缝宽一致，边线直顺。

3.2 施工阶段

针对铰缝混凝土强度偏低、粘结不佳问题等问题，应加强施工管理和优化施工工艺。

（1）加强施工质量管理。①施工单位应充分重视铰缝混凝土的施工质量控制，克服并改变“重梁板预制，轻铰缝施工”的思想和行为，认真对待铰缝混凝土施工的每一个环节。②施工技术部门应组织施工班组进行施工技术交底，明确每个施工环节的施工要点和注意事项，让每一位施工人员做到心中有底。③要选择和培养专业的铰缝施工队伍，使铰缝施工成为规范化施工，使铰缝施工人员成为熟练工人，防止质量差错和瑕疵。④铰缝混凝土配合比应根据审批程序先报施工技术负责部门审核，再报监理机构审批，以确保配合比的规范、科学、适用。

（2）优化施工工艺。①铰缝混凝土的混合料配合比设计应符合规范的要求。同时应结合铰缝施工的特点进行优化设计。为防止铰缝混凝土凝固收缩造成铰缝混凝土与空心板混凝土的剥离，应加入适量膨胀剂。膨胀剂的数量和品牌通过试验择优采用。在配合比设计中，应提高目标混凝土强度等级（比空心板混凝土设计强度高5Mpa），以确保铰缝混凝土强度具备足够的富余量。施工配合比的控制应严格。拌制混凝土所使用的各项材料及拌和物的质量应经过检验，确保符合要求。②梁板预制过程中，应确保铰缝预埋钢筋位置正确，紧贴侧模板。对于后张法施工的预应力空心板，应严格控制张拉时的混凝土龄期，所有的空心板，尽量保持一致，以争取空心板的预拱度保持均衡一致。严格控制空心板断面尺寸符合设计，防止缩减铰缝断面尺寸。③空心板侧面的凿毛应充分，应该把整个混凝土表皮都凿掉。建议改进凿毛的工具，提高凿毛功效。凿毛时间，不能太早，也不能太迟。太早了，混凝土强度不足，凿毛时可能对梁体混凝土造成不利影响；太迟了，混凝土强度太高，增加凿毛的难度，影响凿毛的效率。一般拆模后1-3 天凿毛较好。④支座安装高程控制要精确，确保4 个支座顶面在同一个平面上。空心板安装后，应仔细检查，看看支座位置有没有脱空，如果发现脱空，应重新安装支座，重新安装空心板。⑤铰缝预埋钢筋的搭接，应确保连接充分、牢固。应确保横向连接筋预埋位置精确，拆模后及时凿出连接筋，所有的预埋钢筋，都要凿出、外露，确保其数量符合设计要求。⑥浇筑铰缝混凝土前，应做好充分的准备工作。铰缝下口，应采用高标号砂浆（与空心板同强度等级）封闭，以防浇筑铰缝混凝土时漏浆。浇筑止浆砂浆前，应事先在缝底（空心板底面）设置木模，浇筑砂浆时，用细钢筋插捣密实。止浆砂浆浇筑至少三天后，方可浇筑铰缝混凝土。浇筑铰缝混凝土前，应对空心板铰缝内的建筑垃圾进行清理，如有必要，应进行清洗。空心板侧面应进行洒水湿润。尤其是高温施工，应充分洒水湿润。⑦铰缝混凝土拌和时，应严格控制用水量，防止多加水，增加水灰比，增加坍落度，降低混凝土强度。浇筑铰缝混凝土时，应充分振捣，确保密实。⑧铰缝混凝土浇筑完毕并终凝后，应及时用土工布覆盖，并洒水保湿养护，养护时间不少于7 天。⑨试块铰缝混凝土浇筑过程中，应及时取样做试块，采用标准养护。试块强度达不到目标强度的铰缝，应返工重新浇筑。

3.3 运营阶段

（1）针对养护过程中忽视勾缝脱空、渗水现象：管养单位应加强巡查和定期检查，在病害前期，对铰缝及时进行注浆处理，加强预防性养护。

（2）针对超载问题：应加大对超载车辆的整治力度，严格控制超载车辆。

（3）其他防治措施：应及时修复桥面铺装防水层，防止水不断的渗入铰缝中，从而逐渐破坏铰缝的使用功能。

4 维修加固方案

对于受损严重的铰缝，应及时进行维修加固。根据病害成因及严重程度可以有针对性地采取以下维修加固措施：

（1）如病害轻微，只出现局部渗水等现象，桥面和梁板等无关联病害，铰缝尚能维持正常使用功能，则仅对铰缝采取预防性注浆措施处理即可。

（2）清除缝内杂物，采用水枪从下向上对缝内清洗，然后向缝内压入小石子混凝土。若有封道条件，进一步修复桥面水泥混凝土调平层，并在铰缝顶部增设跨缝加强钢筋，则效果更好。

（3）如铰缝破坏严重，已部分或全部失效，致使空心板接近或完全单板受力，则应凿除铰缝两侧一定范围的桥面铺装，将破损的铰缝砼等清理干净，通过植入骑马钢筋等手段强化空心板梁的横向联系，并重新做回桥面铺装，见图3；如整幅空心板普遍存在铰缝病害，则应将整幅桥面铺装凿除重做，同时采取植筋或粘钢等手段加强空心板梁的横向联系。

（4）如铰缝病害已导致空心板普遍产生严重病害的，建议更换采用大铰缝型式的新梁板。

图3 空心板铰缝植筋加固示意图

5 结语

空心板铰缝病害主要与构造型式、施工质量、超载等因素有关，其中施工质量又与铰缝的构造形式有较大关系。因此在设计、施工以及运营养护阶段加强对空心板病害防治的关注，对于提升空心板梁质量，提高空心板梁桥使用寿命具有重要意义。