预应力混凝土空心板桥桥面铺装纵向裂缝分析
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[摘要]通过分析，指出预应力混凝土空心板桥桥面铺装产生裂缝的原因。并提出桥面铺装纵向开裂的防治措施。
中图分类号：U448.35 文献标识码：A
前言
随着公路交通事业的大力发展，车辆荷载增大或超载的现象相当普遍，已有一定数量的桥梁结构发生损坏，承载能力明显降低。因此，对既有预应力混凝土桥梁结构进行检测，评定其实际承载力状况，成为确保其安全运营、延长使用寿命的有效方法。本文通过分析预应力混凝土空心板桥的桥面铺装产生裂缝的原因，提出了针对性的防治措施，对相关的研究具有一定参考价值。
1、设计方面产生裂缝的原因
1.1 我国公路桥梁设计规范对桥面铺装规定不完善是造成纵向开裂的主要原因。我国在2004年以前使用的桥梁设计规范(JTJ21-89)，对水泥混凝土桥面铺装的设计来进行受力分析，特别是没有考虑南方地区昼夜间桥面温度应力的影响，这是产生桥面铺装纵向裂缝的关键原因。从温度应力及收缩徐变的影响看，对于施工质量较差的铰缝处桥面铺装，其温度拉应力一般可达3.38MPa，收缩徐变拉应力一般在0.98-1，15MPa之间，在通车前产生的铰缝处桥面铺装纵向开裂便是在这两种应力叠加下产生的，叠加应力基本上与桥面铺装混凝土的拉应力极限强度相当。
1.2 我国桥梁工程教材对装配式空心板梁桥的设计假设不完善是造成纵向裂缝的关键原因。采用铰接板(梁)法进行考虑装配式空心板横向联系时，由于不考虑横向弯矩的影响是偏于不安全的。在一般情况下钢板焊接铰缝横向联结处传递的拉应力为2.2-2.5MPa左右，单独作用时桥面铺装是能基本抵抗的。但在与温度应力及收缩徐变叠加后，铰缝处采用钢板焊接时无法承受拉应力作用，从而造成了铰缝处在通车运营普遍产生了较多的纵向开裂现象。
1.3 不同的铰缝形式对桥面铺装的纵向开裂分析如下：桥面铺装的受力与铰缝处的联结密切相关。桥面铺装层在直接承受车轮荷载的作用下，桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形，桥面铺装是一个板状复杂的多向受力结构，各种结构型式的铰缝对桥面铺装本身的构造均影响应力的分布。
1.3.1 铰缝处桥面为浅缝和窄缝时，缝处一般按铰缝处在桥面处布设铰缝筋，空心板间的横向联结基本没有，在桥面承受荷载作用时，桥面铺装在铰缝处并非是桥梁设计理论中仅假定的剪力，实际上桥面铺装在铰缝处为弯拉作用，而桥面铺装的布筋位于上部，下部除了分布稀疏的铰缝筋，基本上全部出桥面混凝土承受拉应力。显而易见，铰缝处桥面铺装设计强度等级为C40，其抵抗拉应力约为5MPa，在钢筋网间距较大的情形下开裂现象较难避免。此类开裂极有可能从桥面铺装下部开始发展。
1.3.2 铰缝处刚度不均匀导致的纵向开裂：采用钢板焊接的铰接形式，除了其未考虑横向弯矩的原因外，铰缝处刚度明显不均匀也是一个原因。采用钢板焊接与深铰缝形式比较来看，其刚度小的多。从整条铰缝的布置分析，刚度在钢板焊接处最大，应力也最集中，但在焊接钢板问，只有桥面铺装层作为横向联结，构造比浅铰缝和窄铰缝的构造都薄弱，这也是钢板焊接类装配式预应力空心扳铰缝处桥面铺装纵向开裂现象出现普遍一个不容忽视的方面。
1.3.3 铰缝处反射裂缝导致开裂的类型：采用深铰缝的桥面铺装，出于深铰缝混凝土体积较小，空心板预制的时间较长，后浇筑的桥面铺装在铰缝处的开裂一般属于出铰缝混凝土收缩开裂而反射到铺装层所引起。空心板梁板侧面与现浇铰缝混凝土间的粘结抗裂较弱，一般是较难防止微裂纹产生，这正是铰缝混凝土与空心板间的收缩差异造成了早期裂缝的存在，从而反射导致桥面铺装混凝土的开裂。
1.3.4 层间锚固筋设置不均匀的分析
混凝土空心板顶部设置有与桥面铺装联结的锚固筋，而铰缝处顶面一般未考虑由于未设置水平缝间锚固筋，造成了桥面铺装在空心板顶面处受水平的应力不均匀，梁板顶面处的锚固筋超到较好的约束桥面铺装横向变形作用，铰缝处相对的则为一个约束较弱的薄弱带。车辆荷载作用时，铰缝处的桥面铺装横向变形自出度大，成为了一个易开裂的薄弱带，这也是较桥面其他部位易开裂的一个原因。
2、施工方面的原因分析
2.1 桥面钢筋网的安装不当造成
钢筋网在施工中通常全面绑扎，然后用垫块将钢筋挚住，垫块位置不均，间距较大，混凝土浇筑时，未按设计调整钢筋网，钢筋网下垂弯曲的现象比较普遍。部分钢筋网紧贴行车道板，钢筋网起不到应有的作用，桥面铺装在运营后较易破坏。特别是在板间铰接因钢板焊接成刚接时，桥面铺装上部基本上处于素混凝土状态，在复杂的剪弯扭应力作用下，桥面铺装形成的开裂现象就难以避免了。
2.2 桥面铺装混凝土施工质量差
部分施工现场特别是大桥施工现场一般采用泵送混凝土或混凝土搅拌车运输混凝土，这两种施工方法为了保证混凝土的流动性，都选用丁塌落度较大的配合比，造成了混凝土的收缩应变较大。有些小桥施工出于桥面铺装混凝土数量不大，采用自落式搅拌机拌和，随意加水情况普遍，造成了混凝土干缩严重。对于铰缝混凝土施工同样如此，造成了铰缝混凝土质量差，收缩反射现象突出。桥面铺装在约束较弱的铰缝比较容易形成早期裂缝，在频繁的荷载作用下逐渐形成贯通性裂缝。
2.3 桥面铺装层厚度不均匀造成
混凝土空心扳出于侧面位置铰缝钢筋，在空心板预制时一般由于混凝土中间振捣作用拌合料向两端拱起，造成空心板顶板两侧高中间低现象。在浇筑铰缝混凝土时，由于项部铰缝钢筋绑扎后通常高于空心板顶面，施工人员为了使铰缝混凝土覆盖铰缝筋，导致铰缝混凝土高出空心板顶面，造成铰缝处桥面铺装厚度不足。在浇筑桥面铺装时该处厚度不均匀，收缩不一致，成为又一个导致早期开裂的原因。
2.4 混凝土养护差的原因所造成
铺装层的特点是厚度比较薄，但暴露面积大，水分容易蒸发，造成早期干缩裂缝。在一些施工现场中，由于桥面铀装数量少，施工工效低，经济效益不明显，而对施工投入相对不足，混凝土养生不到位的情况仉相当程度的存在。这样一束由于养生不到位造成的干缩裂缝在承受荷载作用后，逐渐发展而形成影响工程耐久性和安全性的裂缝，在薄弱的铰缝处情况更严重。
3、车运营阶段造成的影响
高速公路的交通组织将车道划分为行车道和超车道，人为强制地为桥梁荷载分布划成了一定比例，并使桥梁结构运营始终处于偏载状态，使行车道的桥面铺装承担了比超车道大得多(量值可达3-4倍)的运营应力水平，因此加快了行车道混凝土的应力疲劳，对于结构和受力薄弱的铰缝处桥面钠装造成了较多的破坏。
另外，随着当前运输业的发展，货运业主为追求短期经济效益，通过改变车箱结构如加长、加高等使汽车
的载重成倍增加，从而使车辆的轴重同样成倍的增加。这些车辆对桥面铺装混凝土的破坏严重，同时加剧了行车道桥面铺装混凝土病害的发展速度。
4、钢纤维混凝土桥面铺装开裂的原因
与普通混凝土相比，钢纤维混凝土具有较大的抗拉强度，较多的抗裂性能和耐磨性能，其韧性和疲劳性能为同等级普通混凝土的数倍，钢纤维混凝土用于桥面钠装层可使其上述优越性能得以充分发挥。在很多公路工程项目中，桥面铺装混凝土都采用了钢纤维混凝土，同样出现了预应力空心板铰缝桥面铖装处纵向开裂的现象。其根本的原因是铰缝处结构设计未改进，混凝土桥面铺装承受了较大的横向荷载传递，单采用钢纤维混凝土仍无法抵抗空心板偏载所引起的剪弯扭的综合作用。
5、桥面铺装纵向开裂的防治措施
5.1 筋网的定位工作
必须加强对桥面钢筋网加工、焊接和安装精度的要求，应采用焊接网或预制冷轧带肋钢筋网，不直使用绑扎钢筋网。钢筋网的架立钢筋可与桥面层锚固筋相结合，桥面钢筋网焊接于锚固的架立钢筋。桥面钢筋网应在整个桥面铺装层内连续，不得因铺装宽度不足或停工而切断纵横向钢筋。在分幅支模铺装桥面时，施工纵缝的模板应采用上、下分开的两块，以便中间穿过钢筋网：在滑模摊铺时，钢筋网底部应架设半模扳。不得将边缘钢筋压贴在粱板表面上，以防止钢筋剐起不到应有的承受桥面复杂应力的作用。
5.2 铺装混凝土的施工质量
混凝土的水灰比控制是关键，施工中必须对混凝土所用材料采用重量比控制，对砂、石料的含水量进行设计配合比调整。拌和机械应采用强制性搅拌机。为提高混凝土的强度和易性，需要掺加减水剂，降低用水量，同时减少混凝土的收缩。注意浇筑时气温的情况，高温时会使水泥混凝土混合料凝结过快，易产生温差裂缝，应避开高温时段进行施工。低温施时关键要保证混凝土表面强度的正常生长，防止表面受冻后影响混凝土的强度和耐久性。应加强混凝土保温保湿养生工作，对混凝土可采用塑料薄膜保温或喷洒养生剂进行养护。在养护期严格进行交通管制是需要同时给予足够重视的。
5.3 保证桥面铺装层的厚度。
桥面铺装层厚度受到梁板预应力反拱挠度的影响，同时桥面粱板顶面、铰缝混凝土的高程控制不严将会严重影响铺装层的厚度，按10cm厚度的铺装层计算，如由于预应力梁段施工的时间过长，上挠度不断增大，将会导致铺装层厚度不够，厚度的减薄将达到20-30％，比例是较高的。解决这种问题的办法一般是采用调坡来保证铺装层的厚度。在高速公路设计中，为克服桥面铺装厚度不足的施工通病，设计中常将桥面混凝土厚度设计为15cm，充分考虑施工中的各种误差即影响因素，从而确实保证桥面铺装的施工质量。
6、结语
对桥面铺装纵向开裂的预防应从设计施工、方面采取措施，改进设计理论，加强施工管理，综合进行防治，这是本文建议采取的办法。对不同的裂缝损害，一般来说铰缝处桥面铺装采用灌浆法是比较简单易行的办法，但对贯穿性纵向裂缝需采取植筋补强。对于桥面铺装损坏严重时，重新返修是确保行车安全的根本解决办法。
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