装配式空心板梁桥铰缝病害机理及维修方案

第2期（总第203期）2019年4月

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

Ｎｏ．２　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２０３）

Ａｐｒ．　２０１９

装配式空心板梁桥铰缝病害机理及维修方案

王 玮

[上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125]

1 工程概况

同济路高架（K206+920~K209+220）位于上

海市宝山区，北接北郊环线（G1501），南接外环线（S20），全长2.3 km，于2002年竣工通车。桥梁设计荷载为汽车-超20级、挂车-120。高架桥梁实景见图

1。

图1 高架现场照片

高架桥梁标准段按双向4车道布置，断面总宽18.5 m。桥梁上部结构为上海地区典型的装配式空心板梁，标准跨径22 m，梁宽990 mm，梁高900 mm，梁的侧面采用小铰缝构造，见图2。桥面铺装组合为8 cm 厚沥青混凝土+8 cm 厚C30钢筋混凝土，总厚度为16 cm。混凝土铺装设直径8 mm、间距200 mm×200 mm 的单层钢筋网。

收稿日期：2018-11-12

作者简介：王玮（1967—），男，工程师，本科，主要从事桥梁设计工作。

摘要：同济路高架（K206+920～K209+220）位于上海市宝山区，上部结构为上海地区典型的装配式铰接空心板梁。经过多年运营，桥梁普遍出现铰缝开裂渗水、传剪失效等病害，严重影响桥梁结构运营安全及行车舒适性。通过分析空心板梁桥铰缝病害机理，针对铰缝损坏过程提出相应的维修方案。介绍的铰缝维修方案，对类似工程具有一定的参考价值。

关键词：空心板梁桥；铰缝病害机理；维修方案

中图分类号：U445.71 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2019）02-0111-04

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2019.02.030

990

900

750 150

图2 板梁标准构造

同济路高架车流量大，重车比例高，经过多年运营，全桥沥青铺装普遍出现纵向裂缝的情况，近40%的桥跨因铰缝受损、开裂而产生渗水现象，典型病害见图3[1]。其中，部分桥跨存在一根板梁两侧铰缝通长渗水的现象,已有单梁受力的趋势。

根据历年检测报告，桥梁病害呈加速发展趋势，表明在重载交通作用下,小铰缝空心板梁的不适应性。为确保桥梁结构运营安全，提高行车舒适性，对同

济路高架桥面病害进行整治。

图3 梁底渗水情况

2 铰缝病害机理分析及维修方案构思

2.1 病害机理分析

同济路高架桥梁病害为典型的空心板梁桥铰缝的病害。目前，国内对于空心板梁桥铰缝病害原因多有探讨，包括设计、施工和运营等方面[2-4]。以下主要从设计角度对空心板梁桥铰缝病害机理及破坏过程进行分析。

1）汽车荷载作用。混凝土铺装与铰缝形成的构造共同传递板梁间弯矩、剪力。铰缝和混凝土铺装层组成的构造，并非理论上“铰”模型，仅传递剪力的作用，实际上铰缝构造既传递剪力，又传递弯矩；该剪力及弯矩既包括桥梁整体变形产生的整体效应，又包括车轮直接作用下的局部效应。

2）铰缝混凝土与空心板梁界面开裂。铰缝混凝土为空心板梁架设后浇筑，两者交界面是天然薄弱环节，在弯矩和剪力作用下界面极易产生裂缝。随着界面裂缝的发展，延伸至板梁顶面，此时铰缝失去传递弯矩的能力，仅由混凝土铺装层承担弯矩。

3）混凝土铺装层开裂、铰缝渗水。早期的空心板梁桥，混凝土铺装层仅仅当作调平层设计，厚度薄、强度低、钢筋配置也少，在弯矩和剪力的共同作用下容易开裂。混凝土铺装开裂后，沥青铺装也反射出纵向裂缝；雨水沿着铺装的裂缝、铰缝与预制梁间的裂缝下渗，形成梁底渗水现象。

4）铰缝混凝土损伤累积、直至完全失效。混凝土铺装层开裂退出工作后，由铰缝单独承担板梁间的剪力。铰缝与空心板梁间出现裂缝和渗水情况，加大车轮荷载的冲击效应。在重载车轮的作用下，铰缝混凝土损伤不断累积，出现碎裂、断裂，直至完全失去传递剪力的功能。当一片梁两侧铰缝都失效，则形成“单梁受力”。

总体而言，空心板梁铰缝损坏为铰缝与空心板梁间界面开裂、混凝土铺装层开裂、铰缝损伤累积、逐渐失效的一系列过程。

2.2 维修方案构思

根据以上分析，铰缝与空心板梁间界面开裂较难通过设计措施加以避免，而混凝土铺装的开裂失效，可通过设计手段加以改善，即将铰接空心板改造为刚接空心板。为此，拟定2个桥面维修方案。

1）方案一。混凝土铺装凿除加厚重做（11 cm 混凝土铺装+5 cm沥青铺装）。

破除重做混凝土铺装层，将混凝土铺装加厚至11 cm左右，沥青铺装减薄至5 cm，保持总厚度16 cm不变。混凝土铺装内设双层钢筋网，横向受力主筋加强，保证混凝土铺装层能独立承担铰缝构造处的剪力和弯矩。

2）方案二。混凝土铺装层加罩（7 cm混凝土铺装+7 cm混凝土铺装+2 cm薄层铺装）。

现状混凝土铺装表面铣刨1 cm左右，直接加罩7 cm厚薄层混凝土铺装，薄层混凝土铺装内设横向双层、纵向单层的钢筋，表面设置2 cm薄层铺装。同样，保证加罩混凝土铺装层能够独立承担铰缝构造处的剪力和弯矩。

方案比较见表1。方案一铺装结构层厚度大，横向传力效果好，且单层沥青铺装厚度较大，案例多，使用年限较长； 相对而言，较能适应同济路高架车流量大、重车比例高、运营条件苛刻的情况。因此，同济高架桥面维修推荐采用混凝土铺装加厚重做的方案。

表1 方案比选

方案

混凝土铺装凿除加厚重做

（11 cm+5 cm）

混凝土铺装层加罩

（7 cm+7 cm+2 cm）

维修原理

加强混凝土铺装设计，混凝土铺装独立承担铰缝处的

弯矩和剪力

维修效果

混凝土铺装结构层厚度

较大，横向传力效果好

混凝土铺装结构层较薄，

横向传力效果较差

沥青铺装

5 cm厚沥青方案，方案

成熟，设计使用年限长

2 cm厚薄层铺装，重载交

通条件下案例少，设计使用

年限较短

造价 较高 较低

施工速度

需对原有混凝土铺装进

行破除，施工速度较慢

原有混凝土铺装无需破除，

施工速度快

比选结果推荐方案比选方案

3 维修方案设计

3.1 维修方案

为彻底解决铰缝病害，改善空心板桥梁横向整体性，采用方案一 。铺装层改造为：11 cm混凝土铺装+5 cm沥青铺装，总厚度保持不变；钢筋混凝土铺装结构为：11 cm C50纤维混凝土。桥面铺装内设置双层钢筋网片，横向钢筋采用φ12 mm@100 mm，纵向钢筋采用φ8 mm@ 100 mm，见图4。

对于局部损坏的铰缝，菱形铰内的混凝土凿除重做，浇筑C50纤维混凝土。铰缝两侧植入直径10 mm@150 mm的钢筋；在铰缝内设置φ10 mm 折叠式钢筋笼，提高混凝土抗剪及适应复杂应力的