公路工程中，小桥涵类型按填土高度划分时的一种，当 涵洞洞顶填土高度小于0.5m时叫明涵，通常在低填方和挖方路段时采用。涵洞按洞顶填土情况可以分为明涵和暗涵两类。明涵是指洞顶不填土的涵洞，适用于低路堤，浅沟渠；暗涵是指洞顶填土大于50cm的涵洞，适用于高路堤、深沟渠。这里所说的“洞顶填土”高度是指洞顶至路面顶最薄处的高度。明涵只在涵洞顶做路面的面层。

明涵台背板出现的问题

桥头搭板脱空是导致搭板断裂、桥头连续跳车,影响行车安全和舒适性的常见病害。分析原因,桥涵建成通车后季节性水位变化及多雨季节地表水入渗直接导致锥坡或涵洞口挡墙后板下土体的强度软化,进而土基逐渐沉降变形,出现了局部弱支撑、裂缝、不均匀沉降,致使搭板支承面下形成脱空,重车通过时,搭板由均匀支承变为不均匀支承,并在脱空区最大沉降值处的板下位置产生应力集中,逐渐产生的裂隙进一步使后部应力增大,当应力超过允许弯拉应力,搭板就开始断裂。特别是搭板过长时,更易产生断裂。早期不发现及时,就会板体断裂、沉陷、翻浆,最后导致跳车甚至出现险情。

在行车荷载作用下,搭板沉陷与脱空区吻合,形成新的差异变形区,导致更为严重的跳车。另外,搭板下脱空区的扩展,将危及搭板下枕梁的稳定性。这种现象在高等级公路上比较普遍,严重影响行车的速度、舒适性和安全性。例如保津高速跨线桥桥头跳车, 112国道、102国道等桥梁桥头跳车现象普遍,及时发现、采取措施是十分必要的。否则,一旦断裂后, 进行补救工作难度大、费用高,既影响通车,也会造成不良的社会影响。搭板脱空的灌浆补强,能及时阻车、消除板下脱空,使桥头搭板处于比较完好的工作状态。

桥头搭板及明涵台背板的设计现状

为了防止桥头工后沉降出现错台现象引起的跳车,设置桥头搭板是一项必要措施。然而,在工程实践中,建成通车后不久常会发生断裂现象。作为过渡,它可使桥头突变性跳车缓解并将产生的差异沉降分散在一定距离上。但是,由于财力不足、前瞻性研究不够等诸多原因导致设计单位保持采用桥头搭板和明涵台背板下的习惯做法,很少顾及实际情况带来的消极影响,桥梁及明板涵洞在重视安全设计的前提下,采用8% 石灰土将桥台背墙后8m 长、2m 厚范围内的原状土换填,路基碾压机械无法靠近涵壁和台背,形成客观存在的隐患,但搭板建成时其下是均匀支承,经过计算满足行车及规范要求,而超载重车夜间行驶的普遍现象不但破坏道路,更严重的是破坏桥梁结构。

明涵台背板下脱空的处治施工工艺

板下封堵是对搭板板下脱空和基层中的细小空隙灌浆,以加固现有路面的工程技术,采用压密灌浆方法使向外扩张的浆泡在土体中产生复杂的径向和切向应力体系,从而使浆液与土体产生具有胶结力的化学反应,把松散的土粒连接在一起,使土体的整体结构得到加强。在搭板尚未发生严重裂缝时早期发现,板下封堵是一种比较经济的修复方法,其突出优点在于提高路面板下基层的均匀支撑能力,提高强度,一般情况下基层与板体形成致密胶结,相当于增加了板厚和增加搭板间的传荷能力,减少了车辆荷载对板体产生的疲劳损伤,延长了板体的使用寿命。具体施工工艺及方法步骤如下:

3.1 涵台背及桥头搭板下的封堵施工工艺流程

准备灌浆设备和注浆钻孔施工,制浆、灌浆、养生,封堵效果检测,封孔清场。

3. 2 脱空检测方法

由于桥头搭板和明涵台背厚度大(一般为0. 35m～0. 60m ) 且板内配筋较密、板下脱空尺寸大、脱空区大部分与锥坡连通,实践证明,应用贝克曼式弯沉仪和黄河JN - 150标准车(单轴载10t )轮侧弯沉法测定脱空状况不适合。 合适的方法是应用探地雷达进行检测。

3. 3 布孔

为了避免造成经济上的巨大浪费和搭板的过度损害,桥头搭板和明涵台背的注浆孔的布置要均匀, 二级及以上级别道路位置应在路线中心沿搭板假缝处,其他等级道路应在搭板标高相对较高处比较合理,数量根据搭板长度及影响范围确定。实践表明, 根据脱空程度,每块搭板上应布2～3个孔,以利灌实。

3.4 钻孔

桥头搭板和明涵台背注浆孔不适合用HZ- 160 型混凝土取芯机,该型号取芯机对配筋混凝土钻进速度很慢,钻头遇到钢筋磨损高,进尺慢,导致成本增加。可用风镐成孔法,速度快,成本底,成孔质量高,实践证明切实可行。

3. 5 浆液配合比

浆液配置的关键是如何确定浆液的配合比。 配合比要求能保证浆液在注浆时有较好的流动度、较快的固结速度以及浆液在凝固后具有较高的弯拉强度和较小的体积收缩。 可通过室内试验确定浆液的最佳配合比。由于桥头搭板和明涵台背板下脱空尺寸大,浆液凝固后的体积收缩较大,将影响封堵效果。混凝土的收缩是由硬化过程中的物理化学反应以及混凝土的温度变化引起的。 路面板在灌浆加固时不能完全卸载,在加固施工过程中仍然承受一定的荷载(板自重,施工荷载、活载等) ,导致后填充结石体的应力和应变滞后,会产生微小间隙。应用带有膨胀性的氟石粉和膨胀剂U EA( U 型膨胀剂, U—T ype Ex pensive是中国建筑材料科学研究院1985年研制成功的高效膨胀剂,用特制硫铅酸盐熟料与明矾石、石膏等磨制而成)作为添加剂,有助于减少收缩。

微膨胀混凝土是在混凝土和砂浆中掺入起膨胀作用的外加剂,依靠外加剂本身的化学反应或水泥等其他成分反应,在水化期产生一定的限制膨胀,补偿混凝土的收缩。 膨胀剂主要用于为减少干燥收缩而配置的,目的是为了提高抗裂强度和抗裂缝承载能力。产的高效减水剂FDN (萘磺酸盐系高效减水剂)和膨胀剂U EA。根据实验结果,施工时选用了表2中5号配比作为桥头搭板和明涵台背板下脱空封堵的制浆配合比,封堵效果良好。

3. 6 灌浆

搭板下封堵,灌浆压力应尽量小,以免锥坡因压力过大而坍塌。由于搭板下脱空区较大,灌浆最好是无压流入方式。 灌浆时应密切观察台前锥坡、台缝、搭板侧向及涵缝等部位是否溢浆,及时抹堵,否则既造成浪费,又影响灌浆封堵效果。应当指出的是,由于地表水的长期冲刷,致使大部分锥坡的挡墙下也在不同程度上产生脱空,搭板下脱空区与锥坡挡墙下的脱空区相通,会使实际灌浆施工治理用浆量大大增加。搭板下灌浆封堵需进行多次隔日补浆,对30cm 以上的脱空,补浆不少于3次, 10cm～30cm的,不少于2次, 10cm 以下的,不少于1次。

3. 7 封堵效果检测

搭板下灌浆封堵质量检测是封堵工程的重要一环,由于封堵工程隐蔽性强,搭板厚度大,准确评定脱空区的封堵状况十分困难。经过实践,采用SIR- 10H型探地雷达并结合封堵桥头搭板的现场钻孔取芯研究。探测范围(水平距离为2. 5m～3. 0m ,探测深度为0. 3m～0. 6m )内,反射强烈, 显而易见,封堵30d 后脱空区内被高强度、致密体填充。该脱空区加固效果很好,路基隐患排除。对应用带有膨胀性的氟石粉和膨胀剂U EA 作为添加剂的桥头搭板和明涵台背下脱空的封堵,钻孔检测发现填充物与搭板底面接触很好,而未用带有膨胀性的氟石粉或膨胀剂U EA作为添加剂的封堵钻孔,检测发现有的接触好,有的差些。

由此可见,对于桥头搭板或明涵台背板下的大尺寸脱空的封堵,采用带有膨胀性的氟石粉或膨胀剂UEA 作为添加剂对提高封堵工程质量是十分必要的。实践表明,若在浆液中不添加一定的膨胀剂, 则不能对桥头搭板或明涵台背板下的大尺寸脱空进行有效封堵。

通过工程实践取得的效果,总结可知对根治桥头跳车应当早期发现搭板下脱空,并且早期治理,才能够在很大程度上节约资源,产生社会效益。