装配式空心板梁桥铰缝病害机理及维修方案

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2019.02.030

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]

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

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。

750 1501 工程概况

同济路高架（K206+920~K209+220）位于上

990

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。

图1 高架现场照片

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。

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。

图3 梁底渗水情况

900111

王玮：装配式空心板梁桥铰缝病害机理及维修方案2019年第2期

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）。112

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

混凝土铺装层加罩（11 cm+5 cm）

（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 混凝土铺装结构层较薄，较大，横向传力效果好横向传力效果较差

2 cm厚薄层铺装，重载交沥青铺装 5 cm厚沥青方案，方案

成熟，设计使用年限长

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 原有混凝土铺装无需破除，行破除，施工速度较慢施工速度快

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

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能力，见图4。

50 SMA沥青铺装8@10012@100110 C50纤维混凝土铺装01φ2φ5空心板梁 006111φ10@150植式筋损坏的铰缝进行维修10@150折叠式钢筋图4 混凝土铺装加厚重做

为提高混凝土的抗裂、抗疲劳性能、韧性及整体性，在混凝土中掺加粗合成纤维，见图5，掺量为2.5 kg/m3。 粗合成纤维满足JGJ/T 221—2010 《纤维混凝土应用技术规程》技术要求。主要技术参数：纤维长度48 mm，当量直径＞600 μm；抗拉强度≥640 MPa，弹性模量≥10 GPa； 纤维为扁平横截面并表面压痕。

图5 粗合成纤维

3.2 结构计算

利用Midas Civil软件建立空心板梁桥梁格模型，纵梁单元模拟空心板梁；横向单元包括刚臂及铺装单元，模拟空心板梁之间的横向联系（见图6）。

刚臂 刚臂 纵纵

梁 刚臂 刚臂梁单元

铺装单元单元刚臂 刚臂 刚臂 刚臂

铺装单元刚臂 刚臂 纵梁单 刚臂 刚臂纵梁元铺装单元单元

图6 计算模型

汽车荷载按JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》中的车辆荷载施加。计算表明，当车轮作用铰缝位置时，混凝土铺装层将承受较大的横向弯

矩。混凝土铺装最不利加载位置见图7。

图7 加载示意

提取混凝土铺装单元的横向弯矩，按钢筋混凝

土板进行验算，计算表明混凝土铺装裂缝宽度及抗弯承载力均满足规范要求。

4 施工情况

同济路高架南段（1号~39号墩）桥面维修采用局部车道封交的施工组织形式。主要施工工序：沥青铣刨、混凝土铺装破除、破坏的铰缝修复、绑扎铺装钢筋、浇筑铺装混凝土、施工桥面防水和摊铺沥青等。

4.1 施工期间交通组织

同济路高架南段（1号~39号墩），车道数为6~8车道。桥面维修全天候占用2车道，余下的车道保证“2来2去”通行能力。为降低施工期间对社会交通的影响，采取广域引导结合局部绕行进行交通组织。

为保证混凝土铺装层的施工质量及降低施工占道对交通的影响，浇筑时间安排在凌晨00:00~05:00。

4.2 混凝土铺装破除

桥面维修关键工序为混凝土铺装的破除。本工程采用“高压水射流法”[5]对原有8 cm混凝土铺装层进行破除。设备系统由高压水泵、执行机构系统和发电机3部分构成，见图8。

执行机构系统

高压水泵

发电机

设备运行方向

图8 高压水射流设备系统示意图

与传统人工风镐破碎技术相比，高压水射流快速化切割破除技术具有高效、节能、环保、自动化程度高和对板梁伤害小等特点。另外，“高压水射

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流法”能最大程度保留原有铰缝钢筋和铺装钢筋能获得良好的混凝土施工界面，见图9。

面疏松部分应剔除，基层表面必须干净，无浮灰、油渍。混凝土初凝前桥上禁止货车车辆通行，减小桥梁振动对混凝土质量的影响。铺装层混凝土浇筑后，加强养护，避免铺装层过早受力。5 结语

同济路高架大修工程南段（1号~39号墩），桥面维修时间为2014年8月份至2016年2月份，桥面维修后距今运营时间达3~5 a。目前，高架桥梁运营良好，桥面行车平顺，未见沥青纵向开裂、梁底因铰缝开裂而渗水的情况。总体来说，根据铰缝破坏机理分析而采取针对性的维修方案，取得较好的维修效果。参考文献：

[1] 同济路高架桥2013年结构定期检查评估报告[R].上海同丰工程

咨询有限公司.

[2] 王砚桐.高等级公路中“单板受力”现象及原因分析[J].公路交

通技术,2004(4):29-32.

[3] 王成明,刘其伟.在役空心板梁桥铰缝破坏成因分析及维修处治[J].

现代交通技术,2011(10):61-65.

[4] 张新为.高速公路桥梁单板受力病害分析及处治措施[J].交通世

界,2015(5/6):106-107.

[5] 王春晖.高压水射流技术在高架大修工程中的应用[J].中国市政

工程,2015(5):12-16.

图9 “高压水射流法”现场效果

4.3 施工控制要点

1）铰缝清缝及浇筑。清理原有铰缝混凝土，采用人工凿除。为保证铰缝与混凝土铺装结合得更好，待铰缝混凝土浇筑并振捣完成后，上层铺装混凝土同时紧跟浇筑。混凝土浇筑过程中振捣均匀、密实，不出现少振漏振现象。

2）植筋工艺要求。施工前应制作同条件的模拟试件，做抗拔检验，达到设计要求后方可施工。做好孔道深度、孔径、轴线、位置的检测，随时检查清孔好坏和结构胶填孔密度。在植筋完全固化前不能触动或振动，以免影响其黏结性能。

3）铺装混凝土浇筑。板梁顶部混凝土基层表（上接第110页）为-1.15 mm。

2.52.01.5桥台沉降量/mm1.00.50

-0.5150 200 250 300 350 400-1.0-1.5

顶管推进距离/m

桥梁典型监测点

上浮，在其后注浆压力消散时减小桥台的沉降量，最终保证临近桥梁的安全性。5 结语

本工程对超大直接钢顶管近距离侧穿高架桩基引起桩基变形、沉降，通过分析和监控测量结果。

本次超大直径钢顶管近距离侧穿高架桩基的顺利实施，为类似工程提供良好借鉴经验，也为今后城市复杂环境、复杂工况下，城市综合管廊开发、应用奠定技术基础。参考文献：

[1] 王颖,赵华,赵业海.给水管道顶管穿越既有公路桥梁影响研究[J].

市政公用建设,2016,27(2):54-55.

[2] 赵宁.顶管施工的土体变形问题研究[D].上海:同济大学,2008.[3] 王康.大口径顶管施工引起地面沉降变形分析及实践[J].城市建

筑,2016(6):103-105.

[4] 魏纲,魏新江,丁智,等.顶管推进对邻近桩基的影响分析[J].岩

土力学,2006,27(S):849-854.

[5] 熊正元,杨春山,陈凌伟.浅埋超大直径顶管近距离侧穿作用下桥

基力学响应研究[J].河南科技,2018,36(8):1239-1245.

图6 桥台沉降曲线

顶管刀盘断面与桥桩相距2~3D时，桥台出现沉降；其后随着顶管正面推力的调整桥台出现隆起现象；顶管通过监测点约1.5D时隆起达到最大值。然后，随注浆压力逐渐消散，桥台隆起逐渐减小，甚至变为沉降。

主要原因是顶管穿越桥墩时，严格控制顶进速度，顶管机泥水、仓水压力稍高于正常压力。通过桥墩基础的管节压送触变泥浆，保证高架桥的轻微114

ABSTRACTS

analysis

Study on Structural Design & Construction Scheme of Tianyou Bridge in Wuyuan

ZHONG Hui

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

200125, China)

Abstract: Wuyuan Tianyou Bridge is a deck four-span continuous reinforced concrete arch bridge with a width of 28 m and a span arrangement of (45 + 55 + 55 + 45) m = 200 m. The lower structure of pier adopts expanded foundation and the abutment adopts pile foundation. Construction technology of traditional arch bridge adopts symmetrical construction of side middle span, synchronous symmetrical landing of arch ring, no horizontal thrust on middle pier, and balanced stress on the whole structure. But the bridge enlarged foundation volume is large, synchronous construction will occupy the whole river course, resulting in small cross-section during the construction period, and easy to form security risks in flood season; and then, if symmetrical construction is used, a lot of manpower and material resources will be invested at the same time, which makes the construction more difficult. In view of the above problems, the construction sequences of 3 kinds of arch rings are selected according to the actual situation of construction units. On the premise of ensuring the safety & reliability of the structure, piers No. 1 and No. 3 are finally set as thrust piers. Firstly, 45 m arch rings of 2 spans are constructed; secondly, 55 m arch rings of 2 spans are constructed. The asynchronous symmetrical construction scheme is recommended not only to solve the problems in the construction site, but also to ensure the smooth implementation of the project.

Key words: reinforced concrete arch bridge; enlarged foundation; thrust pier; construction

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scheme analysis

Key Technologies for Construction of Super-Large Diameter Steel Pipe Jacking by Side Crossing Viaduct Pile Foundation at Close

DistanceHAN Hui-shan

(Shanghai Shenhong Investment Development

Co., Ltd., Shanghai 201106, China)Abstract: Taking the pipe ditch project of the core area of Hongqiao Business District (Phase II) as an example, combined with the current domestic super-large diameter DN4200 steel pipe jacking close distance lateral crossing viaduct pile foundation and ground settlement monitoring data, it is analyzed that the disturbance of the surrounding soil caused by the jacking of pipe jacking, the front thrust & friction of pipe jacking machine are the main causes to the deformation of the surface & surrounding structures. Through the study on jacking control of pipe jacking passing through pile foundation in close distance, reasonable construction technology scheme is worked out and necessary safeguard measures are taken. The settlement of the surface & adjacent bridges during construction fluctuates due to factors such as the front thrust of pipe jacking machine and grouting pressure. The settlement & deformation meet the deformation control standard and ensure the smooth implementation of the project. This provides a good reference for similar projects, and also lays a foundation for the development & application of urban utility tunnel in complex urban environment & construction conditions in the future.

Key words: DN4200; steel pipe jacking; close distance lateral crossing; elevated pile foundationHinge Joint Disease Mechanism & Maintenance Scheme of Assembled Hollow Slab Girder Bridge

WANG Wei

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

ABSTRACTS

200125, China)

Abstract: Tongji Rd. Viaduct (K206+ 920~K209+220) is located in Baoshan District, Shanghai, and its superstructure is a typical assembled articulated hollow slab beam in Shanghai area. After years of operation, the bridges generally suffer from cracks such as cracking & seepage, and failure of shearing, which seriously affect the safety of the bridge structure and the driving comfort. Based on the analysis of the damage mechanism of the hinged joints of hollow slab girder bridges, the corresponding maintenance schemes are put forward for the damage process of the hinged joints. The articulated joint maintenance scheme introduced in this paper has certain reference value for similar projects.

Key words: hollow slab girder bridge; hinge joint disease mechanism; maintenance schemeComparison & Difference Analysis between Calculation Data & Actual Monitoring Data of

Small Plane Foundation Pit

CHE Dong-ri

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

200125, China)

Abstract: The third-party pipe jacking pit monitoring data in Longxi drainage system project is compared with the calculation results in the common foundation pit calculation software Tongji Qiming Star FRWS8.1.16561. To verify the accuracy of the existing design calculation, analyze the reasons for the difference between some calculation results and the measured results, and put forward that when the monitoring results exceed the alarm value in the process of foundation pit construction, the calculation content of foundation pit should be back-analyzed according to the monitoring data, and the bearing capacity and stability and deformation of foundation pit should

be re-verified after adjusting the calculation parameters. Discusses the difference between the deformation of small plane foundation pit under size effect and that of large foundation pit, and puts forward the reduction relationship between the settlement prediction value and the calculation value of small plane foundation pit.

Key words: small plane foundation pit; monitoring data; deformation analysis

Design Analysis of Embankment Width of Nanhu Ave. Section of Yangsigang Expressway

LI Ming, CAI Xiao-meng, CHEN Qi

(Wuhan Municipal Engineering Design Research

Institute Co., Ltd., Wuhan 430023, China)Abstract: Qingling Section of Yangsigang Expressway is an important fast road along the South Bank of Yangsigang cross-river passage, which not only undertakes fast transit traffic, but also undertakes local service functions. The elevated starting & ending points are located on the present Nanhu Ave., which is widened & reformed. Due to the constraints of the surrounding construction conditions, on the premise of meeting the planning & traffic functions, the design scheme to reduce the environmental impact is put forward, and measures are taken to control the settlement difference between the old & new subgrades.

Key words: Nanhu Ave. section; embankment band width; design scheme; environment; ecology; settlement difference

Discussion on Maintenance Plan of Urban

Traffic Sign Bars

CHEN Wei

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

200125, China)

Abstract: In recent years, with the rapid development of cities, urban infrastructure has

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