黃 駿，王偉峰

(1.四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000；2.吉林省交通規(guī)劃設(shè)計院，吉林 長春 130000)

0 前 言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁因具有良好的受力性能、行車舒適平順、后期易養(yǎng)護等特點，在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、連續(xù)梁橋中得到了廣泛的應(yīng)用。由于橋梁跨徑大常采用的懸臂澆筑的方式施工，對場地、施工機具及運輸條件的要求較低，是跨越大江、大河及西部山區(qū)跨越深溝峽谷的大型橋梁建設(shè)中首選橋型方案。

然而受結(jié)構(gòu)本身的力學(xué)特點、混凝土材料水平、施工技術(shù)條件等因素的影響，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、連續(xù)梁橋的承載效率較低，使預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋在跨中出現(xiàn)了持續(xù)下?lián)?，箱梁截面的頂板、底板、腹板以及錨固齒板等位置出現(xiàn)了不同形式的開裂，降低了結(jié)構(gòu)的整體剛度，使結(jié)構(gòu)在運營過程變形過大，降低了橋梁的安全性、耐久性和使用壽命。為保證橋梁的安全，對本類病害的加固處理每年都需要投入大量的資金，使得經(jīng)濟性較好的橋梁變得不經(jīng)濟。

受各方面因素的制約及大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋普遍存在的箱梁開裂和下?lián)犀F(xiàn)象，使得行業(yè)內(nèi)對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的應(yīng)用產(chǎn)生了質(zhì)疑，一定程度上影響了大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在公路建設(shè)中的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

因此，在結(jié)合以前項目吸取總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對本類型的橋梁在設(shè)計及施工中存在的問題及不足進(jìn)行研究，提出改進(jìn)的方式，減少類似病害的產(chǎn)生，為同類的橋梁建設(shè)提供一些參考。

1 工程概況

該橋為某山區(qū)高速公路上的橋梁，是本項目的重點工程，主橋采用86+160+86 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，按全預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)行設(shè)計，混凝土強度等級為C55，下部結(jié)構(gòu)主墩采用雙薄壁空心墩，墩高約90 m，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁。

主橋采用分幅式橫斷面，每幅箱梁采用單箱單室橫斷面，箱梁頂板寬度為11.75 m，底板寬度為6.25 m，兩側(cè)翼緣板長度為2.75 m，箱梁頂板設(shè)置2%的單向橫坡，由頂板傾斜形成。箱梁跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段梁高3.8 m，底板厚0.32 m；變高段根部梁高9.5 m，底板厚1.1 m；0號塊梁高9.5 m，底板厚1.3 m；箱梁變高段梁高及底板厚度均按1.8次拋物線變化。箱梁腹板從跨中及根部梁段厚度由50、60、70 cm三個直線段組成，相互之間通過一個梁段的線性變化銜接過渡。圖1為總體布置圖，圖2為橋梁立面圖。

圖1 總體布置簡圖(單位：m)

圖2 箱梁立面簡圖(單位：cm)

2 下?lián)袭a(chǎn)生原因

1)混凝土收縮徐變對下?lián)系挠绊憽；炷恋氖湛s徐變系數(shù)與加載齡期及濕度均有密切的關(guān)系，對混凝土收縮徐變的研究中，環(huán)境因素中的相對濕度是影響混凝土結(jié)構(gòu)收縮徐變的重要因素之一。自然環(huán)境中的干濕循環(huán)過程及混凝土水分散失均會對混凝土長期徐變產(chǎn)生重要影響。

加載齡期是決定混凝土收縮徐變的一個重要因素，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG T 3650—2020)中規(guī)定：混凝土的灑水保濕養(yǎng)護時間應(yīng)不少于7 d，對重要工程或有特殊要求的混凝土，應(yīng)根據(jù)環(huán)境濕度、溫度、水泥品種以及摻用的外加劑和摻合料等情況，酌情延長養(yǎng)護時間，并應(yīng)使混凝土表面始終保持濕潤狀態(tài)。

對于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋常見的施工方式均為掛籃懸臂澆筑，每個施工節(jié)段的施工工期約為10 d，而在實際施工過程中，施工單位普遍利用早強劑來提高混凝土早期強度的方式來加快施工進(jìn)度，加入早強劑后3～5 d即可使混凝土達(dá)到設(shè)計強度，但由于早強劑的介入，雖然在一定程度上提高了混凝土早期的強度，但由于加載臨期過短，混凝土的彈性模量仍較低，預(yù)應(yīng)力受混凝土收縮徐變的影響增大，使結(jié)構(gòu)整體的長期處于應(yīng)力不利狀態(tài)。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷對下?lián)系挠绊?。在設(shè)計過程中設(shè)計人員為了減輕大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的自重，往往都是參照規(guī)范規(guī)定范圍的偏低值來擬定箱梁結(jié)構(gòu)的尺寸，使結(jié)構(gòu)的尺寸變得輕薄，同時設(shè)計人員在設(shè)計分析時一般采用的是梁單元進(jìn)行計算，未考慮剪力效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響，降低了主梁對持久抗剪能力的儲備，使得橋梁跨中出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

3)橋梁施工縫的影響。由于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋采用掛籃懸臂澆筑的方式來施工，各節(jié)段之間難免存在豎向施工接縫的問題，施工接縫的質(zhì)量對橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度有著很顯著的影響，在橋梁設(shè)計及計算時均未考慮該因素對結(jié)構(gòu)的影響。

4)預(yù)拱度的影響。大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋采用的是懸臂澆筑，施工是逐個節(jié)段按順序依次施工，從0號塊到合龍段的施工工期相差較大，為保證順利合龍及橋梁線形，難免會導(dǎo)致預(yù)拱度與設(shè)計值存在一定的偏差，為了滿足橋面的設(shè)計高程，施工單位對鋪裝進(jìn)行加厚或者減薄，使實際的橋梁恒載與設(shè)計值不符，導(dǎo)致跨中下?lián)稀?/p>

5)橋梁施工對下?lián)系挠绊?。橋梁的施工是決定橋梁質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，但由于施工隊伍水平的參差不齊，施工單位在施工工期短的壓力下，對混凝土原材料的選擇、拌和及澆筑把控不嚴(yán)，片面地追求高強度而忽視混凝土的綜合性能，同時模板的不規(guī)范安裝，預(yù)應(yīng)力管道定位不準(zhǔn)確，懸臂澆筑時出現(xiàn)的不平衡彎矩在合龍后并未消除，都是造成主梁出現(xiàn)下?lián)系囊蛩刂弧?/p>

6)運營管理對下?lián)系挠绊憽ｋS著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，道路的實際交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計規(guī)定的交通量，大量超重、超載的車輛通過橋梁，使得橋梁已經(jīng)嚴(yán)重超負(fù)荷運行，部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位出現(xiàn)了難以恢復(fù)的變形，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下?lián)希瑯蛄撼霈F(xiàn)開裂，從而使梁體的整體剛度下降，導(dǎo)致跨中下?lián)稀?/p>

3 下?lián)系念A(yù)防措施

1)設(shè)計階段。從結(jié)構(gòu)尺寸上，增加主梁的高度及腹板厚度，根據(jù)計算優(yōu)化主梁梁高的變化曲線，增加中橫隔板的設(shè)置道數(shù)，適當(dāng)?shù)販p小邊、中跨比值，以提高邊跨現(xiàn)澆段的抗剪能力，提高主梁的壓應(yīng)力儲備。增加備用壓應(yīng)力孔道，在施工過程中發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力損失過大的情況及時啟用備用鋼束以提高主梁截面有效壓應(yīng)力不足，增強主梁的持久承載力水平。

根據(jù)現(xiàn)有資料調(diào)查，很多大跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，在施工期間預(yù)應(yīng)力管道在腹板上沿管道的走向就已經(jīng)產(chǎn)生了裂縫，尤其是鋼束曲線段的位置，裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于腹板內(nèi)最大的豎向拉應(yīng)力出現(xiàn)在管道曲線段的側(cè)壁上，混凝土開裂后沒有鋼筋對其限制，裂縫沿腹板向外擴張，最終形成了貫穿性裂縫。為了限制本類裂縫的形成，本橋設(shè)計時沿鋼束設(shè)置了直徑為16 mm的環(huán)形鋼筋，在距新澆筑節(jié)段交界面1.0 m的范圍內(nèi)及鋼束管道的曲線段內(nèi)，設(shè)置10 cm間距的環(huán)形鋼筋，其他位置可根據(jù)定位須適當(dāng)設(shè)置定位鋼筋即可。圖3為環(huán)形鋼筋布置圖。

圖3 環(huán)形鋼筋布置圖(單位：cm)

通過有限元分析計算對墩頂橫隔板預(yù)應(yīng)力鋼束配置進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)采用改進(jìn)的預(yù)應(yīng)力筋布置時，橫隔梁，應(yīng)力分布狀況得到了較好的改善。圖4為有限元模型圖，圖5為橫隔梁應(yīng)力云圖。

圖4 有限元模型圖

圖5 橫隔梁應(yīng)力云圖

2)施工階段。嚴(yán)格控制混凝土的質(zhì)量，從原材料開始著手，嚴(yán)格控制混凝土配合比，控制混凝土的坍落度。預(yù)應(yīng)力施工時要保證預(yù)應(yīng)力管道位置的準(zhǔn)確性，管道壓漿要保證壓漿的質(zhì)量及長管道澆筑的密實性。

為增加節(jié)段之間混凝土連接的可靠性，施工時要重視混凝土交界面的鑿毛工作，鑿毛應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。

重視橋梁的施工養(yǎng)護，在混凝土齡期、強度以及彈性模量沒有達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求時，不能進(jìn)行下一工序的施工，在有可能的條件下盡量延長混凝土的加載臨期。

3)運營階段。應(yīng)嚴(yán)格控制超限車輛上橋，避免橋梁長期超載負(fù)荷運營加劇橋梁跨中下?lián)?。對橋梁進(jìn)行定期養(yǎng)護檢測，并建立橋梁檢測檔案，密切注視橋梁的使用狀況。

4 結(jié) 語

由于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋形成下?lián)蠁栴}的原因較為復(fù)雜，涉及到的因素也較多，本文從設(shè)計、施工及運管幾個角度初步分析，提出一定的改進(jìn)措施，以減少此類橋梁病害的產(chǎn)生，保證結(jié)構(gòu)的整體剛度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

此處，還需要更多地結(jié)合實際工程案例來加強結(jié)構(gòu)的局部疲勞效應(yīng)、彎曲管道預(yù)應(yīng)力損失的控制及施工裂縫的有效控制等方面的研究，來限制下擾對結(jié)構(gòu)的影響。

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