凌云大橋橋面系伸縮病害分析和防治措施

齊偉 任鵬飛

1.當(dāng)涂縣市政管理所 安徽 馬鞍山 243100 2.東南大學(xué) 江蘇 南京 211189

橋梁是公路的重要組成部分，是確保公路暢通的咽喉。橋梁發(fā)生病害后如果不及時(shí)處理整治，輕則損害橋梁結(jié)構(gòu)影響公路暢通，重者導(dǎo)致橋梁垮塌，給國(guó)家和人民財(cái)產(chǎn)造成重大損失，帶來(lái)惡劣的社會(huì)影響，因此，我們需要重視橋梁的病害防止[1]。

鋼管混凝土拱橋因其自重小、承載力高、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，作為橋梁的基本橋型之一，在工程中被廣泛應(yīng)用[2]。隨著橋梁服役時(shí)間地增長(zhǎng)，各種原因?qū)е碌母鞣N病害也會(huì)隨之出現(xiàn)。在凌云大橋這種鋼管混凝土系桿拱橋中，橋梁構(gòu)件繁多，橋面系的伸縮病害更是時(shí)有發(fā)生。例如，在溫度、收縮和徐變等作用下，縱梁會(huì)伸長(zhǎng)或者收縮變形[3]，當(dāng)縱梁活動(dòng)端預(yù)留縫隙不足時(shí)，縱梁的縱向變形會(huì)受到約束，導(dǎo)致縱梁活動(dòng)端部擠壓；吊桿的下部吊點(diǎn)會(huì)隨著縱梁的伸長(zhǎng)和收縮而移動(dòng)，導(dǎo)致吊桿發(fā)生傾斜，吊桿與橋面封板相交處發(fā)生擠壓，橋面封板混凝土破碎。橋面系的伸縮病害會(huì)直接影響橋梁上部結(jié)構(gòu)的正常伸縮，影響上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布。為防止這些橋面系伸縮病害的進(jìn)一步發(fā)展，有必要對(duì)這些病害進(jìn)行及時(shí)地研究和處理。

1 工程概況

某地區(qū)凌云大橋?yàn)?跨自錨式鋼管混凝土系桿拱橋，跨徑組合為29.4+80.5+93+80.5+29.4m，橋梁總長(zhǎng)312.8m，橋?qū)?0m，橋面分幅為15.9m（車行道）+22.1m（分隔帶）+24.95m（人行道），如圖1所示。結(jié)構(gòu)構(gòu)造由主拱肋、吊桿、橫梁、縱梁、橋面板、系桿等上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)、橋墩、群樁基礎(chǔ)等下部結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主拱肋拱腳水平推力通過(guò)系桿來(lái)進(jìn)行平衡。

圖1 凌云大橋立面示意圖

吊桿上端錨固在主拱肋上，然后穿過(guò)橋面封板，下端錨固在吊桿橫梁上，鋼橫梁位于拱和梁相交處，和主拱肋焊接連接。縱梁為橫梁之間的聯(lián)系，不直接支撐橋面板，縱梁采用部分預(yù)制，然后通過(guò)現(xiàn)澆濕接縫和橫梁形成整體，以增加橫梁的整體穩(wěn)定性。

該跨共設(shè)有5道中縱梁和2道邊縱梁，其中3道中縱梁位于兩個(gè)主拱肋之間（從東向西分別為3#、4#和5#），2道中縱梁分別位于2個(gè)主拱肋正下方（東側(cè)主拱肋下方為2#中縱梁，西側(cè)主拱肋下方為6#中縱梁），2道邊縱梁位于橫梁的兩端（東側(cè)為1#縱梁，西側(cè)為7#縱梁），縱梁和橫梁布置如圖2所示。

圖2 第2跨縱梁和橫梁平面示意圖

該橋主跨橫截面如圖3所示。

圖3 第2跨2#中縱梁活動(dòng)端

圖3 凌云大橋主跨橫截面示意圖

2 橋面系伸縮病害情況

在該橋主跨（第2跨、第3跨、第4跨）的縱梁中（見圖1和圖2），其中一端為固定端（即中縱梁與鋼橫梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土固結(jié)），另外一端為活動(dòng)端（即中縱梁與鋼橫梁之間有預(yù)留6 cm縫隙），在每跨的縱梁活動(dòng)端上方橋面上各設(shè)有一條伸縮縫，以適應(yīng)橋面溫度變化、收縮和徐變等因素導(dǎo)致的橋面系伸長(zhǎng)或收縮。其中第2跨在南側(cè)為固定端，在北側(cè)為活動(dòng)端，其中第4跨在南側(cè)為活動(dòng)端，在北側(cè)為固定端。

圖4 第2跨2#中縱梁活動(dòng)端開裂和擠壓

2021年9月份在進(jìn)行橋梁常規(guī)檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)橋面系中第2跨兩側(cè)主拱肋下的2#中縱梁和6#中縱梁活動(dòng)端預(yù)留伸縮縫隙消失，端部出現(xiàn)了嚴(yán)重?cái)D壓，在2#中縱梁活動(dòng)端端部產(chǎn)生了較大的傾斜裂縫，裂縫長(zhǎng)度約1m，6#中縱梁活動(dòng)端混凝土破損嚴(yán)重，如圖3 ～ 5所示。第2跨其余的中縱梁活動(dòng)端預(yù)留縫隙正常，同時(shí)在該橋第4跨（對(duì)稱跨）中縱梁活動(dòng)端預(yù)留縫隙同樣無(wú)異常。

在第4跨東側(cè)和西側(cè)的主拱肋下，靠近活動(dòng)端的吊桿（最短吊桿）與橋面封板相交處的周圍混凝土發(fā)生擠壓情況，混凝土開裂破損嚴(yán)重，如圖6所示。靠近固定端的其他吊桿無(wú)類似病害。

圖6 第4跨吊桿封板處混凝土破損

3 橋面系伸縮病害原因分析

為了更好的針對(duì)該病害進(jìn)行維修和處理，有必要對(duì)該病害的原因進(jìn)行細(xì)致的分析，從而可以對(duì)病害進(jìn)行精準(zhǔn)的進(jìn)行預(yù)防和處理，以防止或減少類似病害的再次發(fā)生。

3.1 中縱梁活動(dòng)端擠壓病害原因分析

對(duì)于一般的鋼管混凝土拱橋，縱梁活動(dòng)端出現(xiàn)擠壓病害情況較少，通常情況下為施工不當(dāng)所致，該鋼管混凝土拱橋的中縱梁活動(dòng)端擠壓情況，可能的原因?yàn)槭┕r(shí)活動(dòng)端伸縮預(yù)留縫隙不足。

根據(jù)該橋設(shè)計(jì)施工圖，2#中縱梁的活動(dòng)端伸縮預(yù)留量為6cm，以滿足上部結(jié)構(gòu)的正常伸縮要求。如果施工時(shí)縫隙處沒有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)留或者縫隙的預(yù)留量不足時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致2#中縱梁在溫度等作用下伸長(zhǎng)變形，頂住鋼橫梁，不能正常伸縮變形，進(jìn)而受到擠壓，產(chǎn)生上述病害。如果施工時(shí)縫隙預(yù)留太大，橋面系的伸縮變形會(huì)導(dǎo)致對(duì)吊桿產(chǎn)生不利影響。

3.2 中縱梁活動(dòng)端開裂病害原因分析

梁的混凝土開裂病害比較常見，尤其是斜裂縫[4]。通常情況下如果在主拉應(yīng)力方向的配筋不足，則會(huì)在梁的兩端發(fā)生與梁軸線成45°方向的傾斜裂縫。該橋2#中縱梁和6#中縱梁活動(dòng)端的裂縫和配筋示意分別見圖7和圖8。

包里面的狀態(tài)，就是你頭腦中的狀態(tài)。包里東西很多、混亂不堪的人，他的腦袋也是比較混亂的狀態(tài)。不但不能接收和處理確切的信息，還經(jīng)常判斷延遲、失誤。包整潔的人，頭腦也是清楚的，工作上也可以做到判斷準(zhǔn)確。

圖7 中縱梁活動(dòng)端裂縫示意圖

圖8 中縱梁活動(dòng)端配筋示意圖

針對(duì)該橋2#中縱梁活動(dòng)端的開裂病害產(chǎn)生原因，現(xiàn)進(jìn)行原因分析如下：

（1）相鄰吊點(diǎn)下沉

橋面系的自重以及活荷載由橫梁和吊桿傳遞到主拱肋上，中縱梁的活動(dòng)端通過(guò)支座支撐在主拱肋或鋼橫梁上，中縱梁不支撐橋面板，所以基本不受力，中縱梁主要作用是增加橫梁的整體性。中縱梁的截面尺寸和配筋率較小，抗彎和抗剪承載力不高，當(dāng)臨近的吊桿下沉?xí)r，則會(huì)導(dǎo)致中縱梁的受力，并產(chǎn)生較大的彎矩和剪力，如果中縱梁自由端承載力不足，則會(huì)發(fā)生混凝土的局部開裂或者破碎。

（2）中縱梁端部抗剪能力不足

根據(jù)該橋設(shè)計(jì)施工圖紙，2#中縱梁的活動(dòng)端鋼筋設(shè)有縱向主筋和箍筋（見圖5），但是縱向主筋在端部沒有彎起，也沒有設(shè)置其他的抗剪鋼筋，從而導(dǎo)致2#中縱梁的活動(dòng)端抗剪承載力不足。如果在2#中縱梁端部出現(xiàn)較大的剪力作用時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生傾斜的裂縫病害。

圖5 第2跨6#中縱梁活動(dòng)端擠壓

（3）中縱梁端部偏心擠壓

3.3 吊桿與橋面封板混凝土擠壓病害原因分析

針對(duì)該中承式鋼管混凝土拱橋，吊桿在穿過(guò)混凝土橋面封板時(shí)，吊桿與封板緊密相接，無(wú)預(yù)留的伸縮縫隙。各個(gè)吊桿中靠近拱腳處的吊桿最短，剛度較大。混凝土封板隨著橋面系進(jìn)行反復(fù)的伸縮變形時(shí)，會(huì)導(dǎo)致吊桿的下端隨著橋面系產(chǎn)生水平的位移，并且靠近活動(dòng)端拱腳處的吊桿下端位移量最大，由于吊桿的上端相對(duì)來(lái)講變位不大，基本可以認(rèn)為保持不動(dòng)，從而導(dǎo)致吊桿產(chǎn)生傾斜（活動(dòng)端吊桿傾斜最嚴(yán)重），對(duì)吊桿周邊混凝土進(jìn)行撬動(dòng)，產(chǎn)生封板混凝土破壞、破碎等病害。橋面系伸縮變形前后的吊桿變形如圖9所示。

圖9 吊桿變形前后示意圖

其他吊桿的雖然也會(huì)有水平位移量，但是吊桿相對(duì)較長(zhǎng)，可通過(guò)吊桿的變形吸收一部分，但是也會(huì)對(duì)橋面的混凝土封板產(chǎn)生撬動(dòng)，長(zhǎng)期反復(fù)的撬動(dòng)擠壓也會(huì)對(duì)封板混凝土產(chǎn)生破壞。反之，由于封板對(duì)反復(fù)阻擋吊桿，也不利于吊桿的受力，尤其是剛度較大的短吊桿。

4 橋面系伸縮病害處理和防治建議

4.1 橋面系伸縮病害處理建議

通過(guò)對(duì)該橋的橋面系伸縮病害原因進(jìn)行綜合的分析，建議及時(shí)的采取措施對(duì)橋面系伸縮病害進(jìn)行處理，以減少病害的發(fā)展，同時(shí)提升橋梁的安全性和服務(wù)水平。綜合以上原因分析，建議采取以下措施進(jìn)行處理：

（1）檢查2#和6#中縱梁活動(dòng)端病害處相鄰的吊桿以及吊桿錨固情況。查看相鄰吊桿的桿體和上下錨固端是否有松動(dòng)破損，或者拉力不足等問題，復(fù)核各個(gè)吊點(diǎn)的高程有無(wú)變化。如有上述問題，則先對(duì)吊桿進(jìn)行處理或者更換，并重新張拉到設(shè)計(jì)張拉力以及設(shè)計(jì)高程，然后再對(duì)2#中縱梁活動(dòng)端病害進(jìn)行處理。

（2）若2#和6#中縱梁活動(dòng)端相鄰吊桿的桿體和上下錨固端無(wú)異常，則對(duì)2#中縱梁活動(dòng)端進(jìn)行鑿除，然后綁扎鋼筋，架立模板，重新澆筑2#中縱梁活動(dòng)端，并按照設(shè)計(jì)要求預(yù)留伸縮縫隙。布置鋼筋時(shí)，應(yīng)注意設(shè)置彎起鋼筋，以提高2#中縱梁活動(dòng)端的抗剪承載力。

（3）對(duì)于活動(dòng)段最短吊桿周邊橋面封板混凝土碎裂病害，建議在橋面封板與吊桿之間預(yù)留縫隙，形成長(zhǎng)條形開孔，在滿足橋面系的正常伸縮要求的同時(shí)，又可以防止與吊桿接觸產(chǎn)生碰撞。在開孔上方可設(shè)置防塵罩或者防水罩，防止排水或者雜物進(jìn)入。

4.2 橋面系伸縮病害防治建議

針對(duì)中縱梁活動(dòng)端的擠壓病害，除了在設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留足夠的伸縮縫隙寬度以外，還應(yīng)注意在施工時(shí)要嚴(yán)格按圖施工，確保施工質(zhì)量，防止施工與設(shè)計(jì)不符情況的發(fā)生。

對(duì)于中縱梁活動(dòng)端的裂縫問題，在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算，并根據(jù)規(guī)范要求對(duì)各類鋼筋進(jìn)行配置，防止出現(xiàn)配筋不足或者缺失等問題。

在吊桿與混凝土封板相交處，建議在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮橋面系正常伸縮所需要的空間，設(shè)置防水罩或者防塵罩，避免緊密相接，防止吊桿變形對(duì)混凝土封板產(chǎn)生擠壓破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼管混凝土拱橋橋面系病害的原因進(jìn)行細(xì)致的理論分析，可以精確的定位病害產(chǎn)生原因，然后有針對(duì)性的對(duì)病害進(jìn)行及時(shí)處理，減少或避免人行道鋪裝反復(fù)修補(bǔ)問題的出現(xiàn)，節(jié)約社會(huì)資源，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橋梁施工時(shí)的質(zhì)量，減少施工原因?qū)е碌牟『Α?/p>