摘 要：为了解决伸缩量相对较小的预应力钢筋混凝土空心板简支梁在运营过程中因墩顶伸缩缝失效导致结构出现病害的问题，在实际桥梁加固设计过程中，采用梁端增设浅埋式伸缩缝，中间墩顶拆除旧伸缩缝，桥面连续化改造，取消四氟板支座的设计方案。实际施工过程中，通过对桥面连续简支梁桥结构体系的合理化分析和三种基本构造形式的分析，得出拉杆式桥面连续构造形式受力最合理。桥面连续结构体系提高了结构的整体刚度和整体稳定性，施工过程方便、快捷，安全、可控，达到了预期的效果，具有较高的竞争优势和推广价值，也为同类桥梁病害处治提供了参考。
关键词：钢筋;混凝土;伸缩缝;简支梁;
作者简介：孙鹏旭(1984-)，男，高级工程师，主要研究方向:高速公路桥梁隧道加固维修工作。;
引言预应力钢筋混凝土空心板简支梁桥是我国近代桥梁建设中使用比较广泛的一种桥型，该类桥型受力简单，只有正弯矩，在温度变化和混凝土收缩徐变等情况下不会在梁内产生次应力，属于单孔静定结构;构件可设计成各种标准跨径，型式合理，有利于标准化工厂化施工，施工方便，可以最大程度地提高建设效率，适用于地质条件较差的路段[1]。
在桥梁设计过程中，为保证桥面的整体性，减少车辆在伸缩缝处的“跳车”现象，对于跨数不多，伸缩量相对较小的预应力钢筋混凝土空心板简支梁中常常采用两端不设伸缩缝、中间墩顶设置一道伸缩缝的设计方案。随着运营年限的增加和重载交通的影响，简支梁桥中间墩顶伸缩缝由于不满足整桥伸缩要求，出现伸缩缝挤死，失去伸缩功能的情况，严重影响了桥梁的安全性和耐久性。
本文依托山西省运城市闻喜县姚村1号中桥维修工程，进行预应力钢筋混凝土空心板简支梁桥连续化改造的施工技术研究和应用，旨在为今后同类桥梁病害处治提供参考。
1 工程概况S75侯平高速公路侯马至运城段于2001年2月9日开工建设，2002年12月1日正式运营，是大运高速公路最南端一段，它北起运城市新绛县店头，与临侯高速公路连接，终于运城市西盐湖区南庄，与运风高速公路连接，路线全长100.199km，其中主线长92.096km。采用六车道高速公路标准，设计行车速度120km/h，设计荷载为汽车超—20级、挂车—120。
姚村1号中桥是侯平高速公路在闻喜县为跨越一条县乡道路而设的一座中桥，中心桩号K41 611，桥梁全长53m。上部结构为3×16m简支预应力混凝土空心板桥，下部结构为柱式墩和柱式台，钻孔灌注桩基础，全桥仅在2#墩顶设置1道伸缩缝，0#台和3#台未设置伸缩缝。在日常养护过程中管养单位发现该桥梁右幅1#墩、2#墩上部空心板梁体发生了侧移，其中1#墩顶处梁体外偏挤裂外挡块，2#墩内挡块梁体也与挡块接触，同时2#墩顶伸缩缝钢梁挤死，失去伸缩功能，影响桥梁正常使用。
2 原因分析和处治方案2.1 病害原因分析该桥梁两侧桥台处背墙与梁体间缝隙均填筑有混凝土，未设置伸缩缝，导致梁体升降温时仅可通过2#墩顶伸缩缝一处自由伸缩。因伸缩缝安装预留伸缩空间不足，在高温天气下伸缩缝钢梁挤死，梁体纵向自由伸缩受到限制，在墩顶处受限变形仅可通过横向位移进行释放，导致梁体偏移挤压挡块。
2.2 病害处治方案(1)凿除0#台和3#台背墙与梁体接缝间填充混凝土，释放梁端约束，增设D40浅埋式伸缩缝(见图1)，确保梁端伸缩自由。
图1 桥台伸缩缝剖面
(2)拆除2#墩顶D40伸缩缝(见图2)，进行桥面连续化改造(见图3)，并将四氟板支座更换为板式橡胶支座。
图2 2#墩桥面铺装混凝土凿除
图3 2#墩桥面连续化剖面
3 桥面连续化改造方案3.1 桥面连续简支梁桥的应用现状桥面连续简支梁桥首先在国外被提及和使用，并形成初步的一些理论。余正雷编译的苏联文献中简要的提及了桥面连续的简支梁桥的计算方法，对桥面连接板进行分析;日本积极采用桥面无缝化技术，该种技术和我国的连续梁相似，克服了伸缩缝带来的弊端，并且因其独有的特点和社会效益被广泛推广;我国桥面连续简支桥研究相对国外比较落后，但是在1989年上海市公路管理处首先引入了桥面连续简支梁桥的设计思路，同时我国交通部于20世纪90年代发布了《公路桥涵标准图》，其中明确规定了对于跨径和结构型式不同的桥梁中，应采用桥面连续的结构型式;直至后来贵州省交通规划勘察设计院分析了桥面连续结构的3种不同方案，更是为后续该类桥梁加固设计提供了参考[2]。
综上所述可知，预应力混凝土桥面连续简支梁桥势必是未来桥梁建设中的趋势，将会成为一种主流，在桥梁建设中占有重要的地位。
3.2 桥面连续简支梁桥结构体系的合理性(1)这种体系结构介于简支梁和连续梁之间，具有简支梁和连续梁的优点，规避了两者的缺点，通过支点负弯矩的卸载，使得梁结构跨中弯矩减少，可以有效减少结构的尺寸和结构的预应力筋的数量，结构更加合理[3]。
(2)简支梁变为连续梁后，结构体系由静定转化为超静定，在混凝土的收缩徐变和支座不均匀沉降等因素影响下，结构不会产生较大的次内力，对结构本身影响较小[4]。
(3)从公路养护运营角度来讲，该体系桥梁因其伸缩缝少，变形较小的特点，消除了伸缩缝桥头跳车、行车颠簸、不稳定、不舒适的弊端，社会效益较简支梁体系好[5]。
3.3 桥面连续简支梁桥构造形式的选取根据桥面连续简支梁桥的受力特征，一般可分为铰接式桥面连续构造、刚接式桥面连续构造和拉杆式桥面连续构造[6,7,8]。
铰接式桥面连续构造梁端不承受转动弯矩，但是施工工艺比较复杂、效率低，桥面存在断缝容易漏水腐蚀桥面铺装钢筋，影响桥梁结构的安全性和耐久性，所以我国很少采用这种构造形式。
刚接式桥面连续构造形式简单、施工方便，但是在车辆荷载作用下，刚性桥面连续负弯矩区域的钢筋和混凝土会同步受到拉应力，混凝土容易被拉裂，同样影响桥梁结构的耐久性。
拉杆式桥面连续构造中纵向钢筋和混凝土之间为无黏结状态[7]，因主梁梁端转动产生的负弯矩区域拉应力主要由纵向钢筋承担，是一种受力比较合理的构造形式，因此姚村1号中桥2#墩顶桥面连续化改造采用此形式。
图4 伸缩缝安装
4 处治工艺4.1 0#台和3#台伸缩缝安装(1)测量放线。找出梁端和桥台台背间隙所在的中心线，分别向两侧等距离放出伸缩缝边界线，做出标记，保证线形整齐、平直，并与道路中线垂直。
(2)凿除混凝土。采用冲击力较小的设备凿除桥台背墙与梁端桥面混凝土，并将背墙与梁端缝隙中填筑的混凝土小心凿除，应尽量保留原伸缩缝结构钢筋，将切割后的预留槽混凝土表面清理干净。
(3) U型筋植筋。按设计要求标出植筋钻孔位置、型号，根据现场情况可对钻孔位置作适当调整，但调整范围不得超过±10cm;采用Ф18钻头钻孔，保证深度达到16cm，孔道先用硬毛刷往返旋转清刷，再以高压干燥空气吹去孔底灰尘、碎片和水分，并采用丙酮或工业酒精擦拭孔壁及孔底，孔内应保持干燥;采用专用灌注器将植筋用胶黏剂由孔底灌注至孔深2/3处，并保证在植入钢筋后有少许胶黏剂溢出;立即插入钢筋，直至达到设计深度，并保证植入钢筋与空壁间的间隙基本均匀，校正钢筋的位置和垂直度，孔口多余的胶黏剂应清除。
图5 伸缩缝成型
(4)安装伸缩缝。按照更换伸缩装置图纸的安装要求，调整伸缩装置的中心线与桥梁中心线相重合，应对称放置在伸缩缝的间隙上，并使其顶面标高与路面标高相吻合，与植入的U型筋焊接牢固，并穿好横向水平钢筋[9](见图4)。
(5)浇筑快速混凝土，并养生。为尽早开放交通，病害处治中采用成品C50高强灌浆料浇筑伸缩缝锚固区混凝土(见图5)，浇筑完毕后，用抹子找平压光，采用地膜覆盖，洒水养生，并及时观察伸缩缝周围情况，待快速混凝土强度达到设计要求后，即可通车。
4.2 2#墩顶拉杆式桥面连续化施工(1)凿除墩顶桥面沥青铺装及混凝土铺装，拆除原失效伸缩缝。凿除桥面时注意对原桥面钢筋的保护，同时应注意清理散落于盖梁的混凝土碎屑。
(2)凿除到位后，采用高压水枪或其他有效措施，清理表层混凝土碎屑。
(3)在墩顶两侧50cm范围内涂刷两遍乳化沥青，纵向失效段钢筋采用Ф16mm螺纹钢筋，长110cm，对称于墩中心布置，失效段采用涂沥青的玻璃丝布包裹措施(见图6)，保证钢筋和混凝土不黏结，失效段端头两侧安装2×3油浸软木条。
(4)绑扎桥面连续钢筋(见图7)，浇筑高强灌浆料并进行养护。
(5)最后摊铺沥青混凝土路面，并将2#墩顶的四氟板支座更换为板式橡胶支座[3]。
图6 失效段钢筋
5 处治注意事项(1)桥台新增伸缩缝工作中，由于清除梁端和台背间隙填充混凝土操作空间有限，清缝工作相对困难，为保证新增伸缩缝正常发挥伸缩作用，必须保证清缝工作质量，且必须上下通缝。
图7 桥面连续化钢筋图
(2)因新增伸缩缝属于浅埋式，为确保安装牢固，必须保证U型筋植入的深度和植筋的质量。在植筋钻孔过程中，应仔细阅读设计图纸，认真校核，做好梁端预应力钢筋的保护。
(3)失效段钢筋的施工质量是拉杆式桥面连续化改造成败的关键，应保证纵向钢筋和混凝土的无黏结状态，防止出现钢筋和混凝土同步受拉的情况[10]。
6 结语姚村1号中桥采用墩顶拉杆式桥面连续改造，桥台新增浅埋式伸缩缝的方法完成了对桥梁伸缩失效病害的处治，该结构体系提高了结构的整体刚度和整体稳定性，施工过程方便、快捷，安全、可控，达到了预期的效果。在对结构耐久性、行车舒适性有特殊要求的公路设计中，桥面连续化简支梁体系具有较高的竞争优势和推广价值，也为今后同类桥梁病害处治提供了参考。
参考文献[1] 沈青川．简支梁桥桥面连续构造性能比较研究[D]．长沙:中南大学，2011.
[2] 刘龙．预应力混凝土简支梁桥桥面连续结构行为研究[D]．成都:西南交通大学，2014.
[3] 范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．北京:人民交通出版社，2008.
[4] 梁志顺．预应力混凝土空心板先简支后连续梁设计[J]．交通世界，2017(8),110-111.
[5] 阳明辉．先简支后连续预应力空心板桥的结构特点及应用研究[J]．黑龙江科技信息，2011(13):281-282.
[6] 苏龙，杨絮，胡章立．空心板桥病害剖析及桥面连续结构整治对策[J]．公路交通科技，2011(4):100-103.
[7] 王城泉，申永刚，王岗，等．空心板梁桥桥面连续构造的受力特性试验[J]．浙江大学学报(工学版)，2016(8):1438-1445.
[8] 韦建刚，黄蕾，李佩元，等．旧空心板简支梁桥的连续化改造加固研究[J]．建筑科学与工程学报，2014(12):103-109.
[9] 李扬海．公路桥梁伸缩缝装置[M]．北京:人民交通出版社，2001.
[10] 姚玲森．桥梁工程(第二版)[M].北京:人民交通出版社，2011.
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