大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋下?lián)铣梢蚣案倪M(jìn)措施

黃 駿，王偉峰

(1.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000；2.吉林省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)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(hù)等特點(diǎn)，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(duì)場(chǎng)地、施工機(jī)具及運(yùn)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(diǎn)、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(yùn)營(yíng)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(duì)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(jì)性較好的橋梁變得不經(jīng)濟(jì)。

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(duì)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(xiàng)目吸取總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對(duì)本類型的橋梁在設(shè)計(jì)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?yàn)槟成絽^(qū)高速公路上的橋梁，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)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(jì)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(jiǎn)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(zhǎng)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(hào)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(gè)直線段組成，相互之間通過一個(gè)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(jiǎn)圖(單位：m)

圖2 箱梁立面簡(jiǎn)圖(單位：cm)

2 下?lián)袭a(chǎn)生原因

1)混凝土收縮徐變對(duì)下?lián)系挠绊??；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(duì)混凝土收縮徐變的研究中，環(huán)境因素中的相對(duì)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(huì)對(duì)混凝土長(zhǎng)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(gè)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(hù)時(shí)間應(yīng)不少于7 d，對(duì)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(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并應(yīng)使混凝土表面始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)。

對(duì)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(gè)施工節(jié)段的施工工期約為10 d，而在實(shí)際施工過程中，施工單位普遍利用早強(qiáng)劑來(lái)提高混凝土早期強(qiáng)度的方式來(lái)加快施工進(jìn)度，加入早強(qiáng)劑后3～5 d即可使混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但由于早強(qiáng)劑的介入，雖然在一定程度上提高了混凝土早期的強(qiáng)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(zhǎng)期處于應(yīng)力不利狀態(tài)。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷對(duì)下?lián)系挠绊?。在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)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(lái)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(shí)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)分析時(shí)一般采用的是梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算，未考慮剪力效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，降低了主梁對(duì)持久抗剪能力的儲(chǔ)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(lái)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(duì)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(jì)及計(jì)算時(shí)均未考慮該因素對(duì)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(gè)節(jié)段按順序依次施工，從0號(hào)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(huì)導(dǎo)致預(yù)拱度與設(shè)計(jì)值存在一定的偏差，為了滿足橋面的設(shè)計(jì)高程，施工單位對(duì)鋪裝進(jìn)行加厚或者減薄，使實(shí)際的橋梁恒載與設(shè)計(jì)值不符，導(dǎo)致跨中下?lián)稀?/p>

5)橋梁施工對(duì)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(duì)伍水平的參差不齊，施工單位在施工工期短的壓力下，對(duì)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(qiáng)度而忽視混凝土的綜合性能，同時(shí)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(shí)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(yùn)營(yíng)管理對(duì)下?lián)系挠绊?。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路的實(shí)際交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)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(yùn)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)?，橋梁出現(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(jì)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(jì)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(chǔ)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(shí)啟用備用鋼束以提高主梁截面有效壓應(yīng)力不足，增強(qiáng)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(duì)其限制，裂縫沿腹板向外擴(kuò)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(jì)時(shí)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(jì)算對(duì)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(shí)，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(shí)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(zhǎng)管道澆筑的密實(shí)性。

為增加節(jié)段之間混凝土連接的可靠性，施工時(shí)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(hù)，在混凝土齡期、強(qiáng)度以及彈性模量沒有達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，不能進(jìn)行下一工序的施工，在有可能的條件下盡量延長(zhǎng)混凝土的加載臨期。

3)運(yùn)營(yíng)階段。應(yīng)嚴(yán)格控制超限車輛上橋，避免橋梁長(zhǎng)期超載負(fù)荷運(yùn)營(yíng)加劇橋梁跨中下?lián)稀?duì)橋梁進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)檢測(cè)，并建立橋梁檢測(cè)檔案，密切注視橋梁的使用狀況。

4 結(jié) 語(yǔ)

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(jì)、施工及運(yùn)管幾個(gè)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(shí)際工程案例來(lái)加強(qiáng)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(lái)限制下擾對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

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