高小華 林新元 牛平霞

從20世紀(jì)70年代開始,中國公路上開始修建大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋,進(jìn)入20世紀(jì)80年代后,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁連續(xù)剛構(gòu)橋得到了迅猛發(fā)展,現(xiàn)已成為中國大跨度橋梁的主要橋型之一。

在美國等發(fā)達(dá)國家,預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋使用很成功,結(jié)構(gòu)的缺陷率也較低。文獻(xiàn)[1]中的數(shù)據(jù)表明,美國各類公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的缺陷率僅為3.3%～6.6%,但是中國建造的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋在竣工之后,短則 3年,多則5年～6年,大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋無一例外地會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,具有明顯的普遍性,這其中以20世紀(jì)90年代修建的橋梁開裂最為嚴(yán)重,小于100 m和大于150 m的箱梁橋相對(duì)其他跨度開裂程度也較重,橋型間的開裂沒有本質(zhì)的區(qū)別[2]。為此,中國學(xué)者、工程技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了研究。目前的研究是根據(jù)一些預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁出現(xiàn)裂縫形態(tài)及其他病害的情況,采用結(jié)構(gòu)分析方法來說明裂縫原因,對(duì)箱梁使用性能和承載能力進(jìn)行推測分析。但是,這些研究都只能建立在箱梁的原設(shè)計(jì)圖紙、常規(guī)施工工藝、常用材料基礎(chǔ)上,對(duì)施工中許多構(gòu)件尺寸及施工質(zhì)量偏差沒有加以考慮,無法了解較真實(shí)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁建成后的內(nèi)在質(zhì)量,因而難以全面對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析研究,導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)病害的原因有一些偏差。

雖然各國規(guī)范一般都對(duì)混凝土超方進(jìn)行了限定,以避免過量超方顯著影響結(jié)構(gòu)的自重作用效應(yīng),但實(shí)際有關(guān)箱梁混凝土超方率尚缺乏有指導(dǎo)價(jià)值的統(tǒng)計(jì)資料,設(shè)計(jì)計(jì)算中無法準(zhǔn)確考慮混凝土超方對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)和變形的影響[3]。筆者對(duì)某高速公路中的3座橋梁在拆除過程中的節(jié)段尺寸進(jìn)行調(diào)查分析,調(diào)查統(tǒng)計(jì)箱梁混凝土的超方率、混凝土保護(hù)層厚度及孔道灌漿質(zhì)量的真實(shí)數(shù)據(jù),其成果對(duì)公路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁開裂的相關(guān)研究提供了一定的依據(jù)。

1 現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)于截面尺寸的測量,測量點(diǎn)見圖1。由測試截面的實(shí)測尺寸得到計(jì)算面積,與相應(yīng)位置箱梁截面的設(shè)計(jì)面積進(jìn)行比較,判斷箱梁的混凝土超方或者少方。實(shí)際測量箱梁截面時(shí),由于現(xiàn)澆混凝土鋪裝層未預(yù)先去除,實(shí)際測量的箱梁頂板厚度包括了現(xiàn)澆混凝土鋪裝層的厚度。統(tǒng)計(jì)混凝土超方或者少方時(shí),由于只測量了部分截面尺寸并得到實(shí)際的面積,所以假定在箱梁節(jié)段兩個(gè)測試截面之間截面的實(shí)際面積與測試截面相同。具體圖示見圖2。

圖2中如果只測試得到節(jié)段的一個(gè)截面,則該節(jié)段的超方量統(tǒng)計(jì)按照一個(gè)截面的面積超過設(shè)計(jì)面積的水平計(jì)算,如果兩個(gè)截面均測試得到,則該節(jié)段的超方量計(jì)算分別按照每個(gè)截面的面積超過設(shè)計(jì)面積的和取平均值計(jì)算。

為了對(duì)混凝土超方原因進(jìn)行分析,進(jìn)一步將箱梁截面的尺寸分為頂板厚度、底板厚度和腹板厚度分別與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)行箱梁截面實(shí)際測量時(shí),由于箱梁拆除時(shí),現(xiàn)澆混凝土鋪裝層未預(yù)先去除,所以測得的頂板厚度包括了現(xiàn)澆混凝土鋪裝層的厚度。

對(duì)單箱雙室箱梁分頂板、底板和腹板分別進(jìn)行實(shí)測尺寸和設(shè)計(jì)尺寸的對(duì)比,其中腹板厚度取兩個(gè)腹板厚度的平均值。

表1 箱梁節(jié)段混凝土超方調(diào)查結(jié)果

表2 箱梁截面不同位置的尺寸和設(shè)計(jì)圖的對(duì)比

2 箱梁拆除與現(xiàn)場調(diào)查

對(duì)中跨、邊跨箱梁各拆除節(jié)段進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查,調(diào)查了11個(gè)拆除下來的箱梁。箱梁截面尺寸調(diào)查結(jié)果和箱梁混凝土的超方有密切聯(lián)系。大橋箱梁切割了翼緣板后,再切割主箱,因而截面尺寸調(diào)查中不包括翼緣板已切割掉的部分。現(xiàn)場量測后整理的箱梁節(jié)段截面結(jié)果與設(shè)計(jì)尺寸得到的結(jié)果比較見表1。

由表1可見,編號(hào)為SZ5梁段的混凝土超方量最大達(dá)到了17.38%,此節(jié)段正處于中跨箱梁的1/4跨處附近,編號(hào)SZ6梁段的混凝土超方量最小,也達(dá)到10%。已調(diào)查的箱梁總體的混凝土超方量較大,達(dá)到14.14%。

表3 箱梁截面不同位置的尺寸和設(shè)計(jì)圖的對(duì)比

為了進(jìn)一步分析超方原因,將箱梁截面不同位置的調(diào)查尺寸和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了比較。詳細(xì)結(jié)果見表2～表4。表2～表4中的頂板厚度包括混凝土現(xiàn)澆層的厚度。

表4 箱梁截面不同位置的尺寸和設(shè)計(jì)圖的對(duì)比

從表2～表4可以看到,大橋箱梁的混凝土超方以頂板厚度超過設(shè)計(jì)值最大,達(dá)到20.43%,底板的尺寸和設(shè)計(jì)值相比超過的比例最小,但是也達(dá)到9.72%。

3 結(jié)語

1)基于舊橋拆除工程,提出現(xiàn)場測試箱梁超方的工程措施。2)對(duì)于本文箱梁,大橋箱梁的混凝土超方以頂板厚度超過設(shè)計(jì)值最大,達(dá)到20.43%,底板的尺寸和設(shè)計(jì)值相比超過的比例最小,但是也達(dá)到9.72%。本文結(jié)果對(duì)我國其余同類型的箱梁病害成因分析具有一定的參考價(jià)值。

[1] 周 履.美國各類公路橋梁的結(jié)構(gòu)缺陷率及使用壽命期望值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(1950～1994)[J].國外橋梁,1999(3):37.

[2] 王國亮,謝 峻,傅宇方.在用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫調(diào)查研究[J].公路交通科技,2008,25(8):52-56.

[3] 謝 峻,王國亮,鄭曉華.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋長期下?lián)蠁栴}的研究現(xiàn)狀[J].公路交通科技,2007,24(1):47-50.