曲線連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害及處理對(duì)策

黃俊權(quán)，周尚實(shí)

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，橋梁的種類趨于多樣化，連續(xù)剛構(gòu)橋逐漸成為施工設(shè)計(jì)橋型的主要選擇之一。國(guó)內(nèi)的連續(xù)剛構(gòu)橋從20世紀(jì)90年代開始得到逐步應(yīng)用，到現(xiàn)今的發(fā)展歷史并不算長(zhǎng)，但也在施工上及成橋運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)了不少問題，曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的問題尤為明顯。本文主要對(duì)曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的一些病害問題進(jìn)行探討。

1 曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)

曲線連續(xù)剛構(gòu)橋受到自身曲率的影響，在自重狀態(tài)或有外部豎向均布荷載的狀況下，本身自帶偏心作用，使得主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)及彎曲，形成彎扭耦合作用。其結(jié)構(gòu)受力具有以下特點(diǎn)：

(1)自重狀態(tài)下，主梁下彎作用顯著，且相比于同跨徑直線橋，同跨徑的曲線橋線路更長(zhǎng)、自重更大，彎矩作用也相對(duì)更明顯。

(2)主梁自帶偏心作用產(chǎn)生扭矩。

(3)主梁在彎曲和扭轉(zhuǎn)的同時(shí)作用下，產(chǎn)生撓曲變形。

(4)墩梁固結(jié)。中墩和主梁墩梁固結(jié)，邊墩和主梁通過支座支承連接，一方面提高了橋梁的整體性，另一方面主梁也通過和柔性墩的搭配，適應(yīng)由于施工預(yù)應(yīng)力、溫度應(yīng)力、混凝土徐變等作用引起的縱向變形或位移。

2 曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的典型病害

根據(jù)曲線連續(xù)剛構(gòu)橋在結(jié)構(gòu)受力上的特點(diǎn)，歸納以往同類型橋梁出現(xiàn)過的病害，曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的典型病害可分為以下幾種：(1)主梁開裂；(2)跨中下?lián)希?3)下部構(gòu)造破壞；(4)成橋線形差。

3 病害原因分析

3.1 主梁開裂原因分析

3.1.1 設(shè)計(jì)問題分析

(1)設(shè)計(jì)配筋率不足或箍筋布置不合理。由于混凝土的自重、曲線橋梁彎扭耦合作用等一系列原因，底板和腹板受到較大拉應(yīng)力，當(dāng)配筋不足時(shí)，混凝土因抗拉性能較差導(dǎo)致受拉開裂。

(2)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)不合理。過大的縱向預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致主梁預(yù)拱過大，底板產(chǎn)生橫向裂縫；偏小的縱向預(yù)應(yīng)力使主梁預(yù)應(yīng)力無法抵消來自上部結(jié)構(gòu)的荷載，隨著時(shí)間的推移，橋梁跨中產(chǎn)生下?lián)闲纬闪芽p；橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)不合理，翼板處預(yù)應(yīng)力和外部荷載未能有效抵消，導(dǎo)致頂板產(chǎn)生縱向裂縫；豎向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)不合理，腹板剛度不足產(chǎn)生斜裂縫。

(3)不合理的箱梁截面尺寸。過大的箱梁截面會(huì)增加主梁自重，增加主梁的彎矩、扭矩效應(yīng)；偏小的箱梁截面尺寸，易導(dǎo)致主梁抵抗變形的能力下降。

(4)墩柱柔度不足，主梁縱向位移量偏小，主梁不能很好適應(yīng)外部荷載、溫度應(yīng)力、混凝土收縮徐變等帶來的變形，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

(5)對(duì)鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束之間、鋼筋和鋼筋之間、預(yù)應(yīng)力鋼束和預(yù)應(yīng)力鋼束之間的沖突考慮不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和實(shí)際施工不符，主梁的受力狀態(tài)在實(shí)際施工和理論計(jì)算上不一致。

(6)曲線橋的預(yù)應(yīng)力鋼束按直線橋的預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3.1.2 施工問題分析

(1)預(yù)應(yīng)力施加不規(guī)范。張拉過程中若出現(xiàn)漏油、油泵和千斤頂不對(duì)應(yīng)、波紋管位置不正確、張拉過程穩(wěn)壓時(shí)間不足、千斤頂未及時(shí)標(biāo)定等，都容易使施加的預(yù)應(yīng)力不符合要求[1]。橫向預(yù)應(yīng)力不足時(shí)，翼板受到過大的彎拉應(yīng)力形成縱向裂縫；豎向預(yù)應(yīng)力不足時(shí)，腹板剛度欠缺，易產(chǎn)生腹板斜裂縫，而目前豎向預(yù)應(yīng)力采用“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)(見下頁圖1)”來取代“精軋螺紋鋼豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)”，大幅提高了豎向預(yù)應(yīng)力的可靠性，然而在實(shí)際張拉過程中，“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)”的二次張拉受到豎向預(yù)應(yīng)力錨盒及鋼束安裝角度、頂板混凝土面的平整度、二次張拉所使用的“凳子”的施工質(zhì)量等方面因素的影響，也容易損失豎向預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力不足；同時(shí)，施工過程中若預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)不到位導(dǎo)致銹蝕、壓漿質(zhì)量差、單端張拉的擠壓錨施工不規(guī)范等問題，都是影響預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定的不良因素。

圖1 二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(2)箍筋、鉤筋布置不正確或數(shù)量不足。由于頂板、腹板和底板大多數(shù)被設(shè)計(jì)為變截面，箍筋、鉤筋加工的長(zhǎng)度也需要長(zhǎng)短不一。當(dāng)施工人員對(duì)鉤筋的安裝不夠重視時(shí)，如果將長(zhǎng)度不一的鉤筋安裝在錯(cuò)誤的位置，會(huì)使鉤筋無法有效鉤住上下層鋼筋，導(dǎo)致梁體的整體性變差，在張拉過程中，會(huì)使混凝土抗拉性能不足，梁體的內(nèi)外側(cè)、上下層之間會(huì)產(chǎn)生縱向分層裂縫。

(3)鋼筋安裝不規(guī)范。鋼筋綁扎、焊接質(zhì)量差，連接性能不滿足要求，混凝土抗拉性能下降；鋼筋綁扎位置存在偏差，梁體受力后內(nèi)部產(chǎn)生其他應(yīng)力或保護(hù)層不滿足要求，梁體開裂風(fēng)險(xiǎn)增大。

(4)模板安裝不規(guī)范。模板安裝尺寸偏小導(dǎo)致主梁截面變小，抗彎剪能力變差；模板安裝尺寸偏大，或模板安裝不牢靠導(dǎo)致澆筑過程漲模，梁體自重變大，荷載效應(yīng)增加，抗彎性能偏離設(shè)計(jì)要求。

(5)混凝土澆筑不規(guī)范。模板漏漿、過振或漏振形成的混凝土蜂窩、麻面、漏筋等，導(dǎo)致成品質(zhì)量降低；梁頂面未及時(shí)進(jìn)行二次收面也易產(chǎn)生裂紋。

(6)養(yǎng)護(hù)不到位?；炷帘耩B(yǎng)生不全面，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，混凝土產(chǎn)生干縮開裂。

3.1.3 材料問題分析

(1)骨料級(jí)配不理想，混凝土孔隙率變大，強(qiáng)度降低。

(2)水灰比大，水泥顆粒相對(duì)較少，水化反應(yīng)后水分蒸發(fā)多，顆粒間距偏大，孔隙率大，混凝土強(qiáng)度降低[2]。

(3)原材料溫度高，混凝土水化熱大，形成較高的溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土裂縫。

3.2 跨中下?lián)显蚍治?/h3>

(1)預(yù)拱度設(shè)置偏差。懸臂現(xiàn)澆所使用的掛籃未進(jìn)行預(yù)壓或預(yù)壓不規(guī)范，對(duì)掛籃的沉降、回彈等參數(shù)認(rèn)識(shí)不足，且預(yù)應(yīng)力拱起時(shí)間長(zhǎng)度、拱起高度難以估計(jì)，這一系列因素都會(huì)影響懸臂梁預(yù)拱標(biāo)高的準(zhǔn)確性。

(2)混凝土徐變。混凝土內(nèi)部顆粒之間始終存在裂隙，在荷載作用下顆粒之間進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致混凝土不斷變形。

(3)張拉預(yù)應(yīng)力損失。結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，混凝土的彈性模量偏低，沿預(yù)應(yīng)力方向的混凝土就會(huì)變形增大，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失增加；預(yù)應(yīng)力管道隨懸臂節(jié)段不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，預(yù)應(yīng)力束和波紋管之間的摩阻系數(shù)不斷增大，鋼束的實(shí)際張拉力和理論計(jì)算的張拉力就會(huì)產(chǎn)生偏差。

(4)張拉預(yù)應(yīng)力松弛或失效。壓漿質(zhì)量差、鋼絞線銹蝕等情況導(dǎo)致鋼絞線強(qiáng)度逐漸下降直至鋼絞線繃斷，預(yù)應(yīng)力無法抵消上部構(gòu)造傳來的荷載。

(5)裂縫的發(fā)展對(duì)跨中下?lián)袭a(chǎn)生不利影響，兩者之間相互關(guān)聯(lián)并惡性循環(huán)發(fā)展。

(6)車輛超載。

3.3 下部構(gòu)造破壞原因分析

(1)設(shè)計(jì)對(duì)曲線大跨徑橋梁的墩身抗彎扭能力考慮不足。墩身在設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)考慮其抗壓性能、縱向抗彎、抗推性能等，對(duì)于曲線橋梁來說，墩柱還會(huì)受到曲線橋梁的偏載影響，跨徑越大、曲率越小，墩柱受偏載影響越多。當(dāng)橋梁同時(shí)存在縱向位移時(shí)，墩柱被帶動(dòng)受到縱向彎拉，和偏心荷載發(fā)生耦合作用形成彎扭。當(dāng)墩柱抗彎扭性能不足時(shí)則發(fā)生破壞。

(2)套筒連接不牢靠。墩柱鋼筋在連接時(shí)一般采用套筒連接，其連接性能受到鋼筋螺紋絲頭加工質(zhì)量、套筒質(zhì)量以及套筒和鋼筋的擰緊狀況等因素影響，特別是鋼筋螺紋絲頭的加工容易出現(xiàn)螺紋絲頭長(zhǎng)度不一、粗細(xì)不同、鋼筋貼合面不平整、絲頭生銹或附著雜物等情況，嚴(yán)重影響套筒連接的質(zhì)量，進(jìn)而影響墩柱混凝土的抗拉性能[2]。

(3)鋼筋安裝存在偏差，保護(hù)層不符合要求。

(4)模板安裝偏差。模板安裝偏位，模板孔、模板接縫對(duì)拉封堵不牢靠導(dǎo)致漏漿甚至露筋等情況發(fā)生，影響墩柱的成品質(zhì)量。

(5)振搗不到位，出現(xiàn)蜂窩麻面等情況，混凝土質(zhì)量不滿足設(shè)計(jì)要求。

(6)養(yǎng)護(hù)不到位。由于養(yǎng)護(hù)過程繁瑣、部分施工工期緊張等原因，在養(yǎng)護(hù)時(shí)間沒達(dá)到要求的情況下就進(jìn)行了下一工序的施工，導(dǎo)致混凝土的開裂等。

(7)墩身結(jié)合面鑿毛不到位，新老混凝土在結(jié)合過程中粘結(jié)不牢靠，接合面容易出現(xiàn)裂縫[2]。

3.4 成橋線形差原因分析

(1)模板和上一節(jié)混凝土之間搭接不良，存在空隙形成錯(cuò)臺(tái)。

(2)模板變形，模板和模板之間連接不順。

(3)曲線橋線形以直代曲，測(cè)量放樣過程中，曲線點(diǎn)和點(diǎn)之間的間距過大。

(4)施工過程不平衡澆筑導(dǎo)致翹曲。

(5)掛籃鋼吊帶松弛或變形，澆筑過程重量的不斷增加造成標(biāo)高沉降。

(6)跨中下?lián)希瑯蛎鏄?biāo)高起伏不一。

4 病害防治措施

為減少曲線連續(xù)剛構(gòu)橋病害的發(fā)生，根據(jù)病害產(chǎn)生的原因，對(duì)相關(guān)病害分別采取相應(yīng)的預(yù)防及處理措施。

4.1 主梁開裂

4.1.1 設(shè)計(jì)方面

(1)箱梁下緣設(shè)計(jì)選擇合適的曲線。在合龍段盡量增大箱梁下緣的曲線半徑，減少預(yù)應(yīng)力鋼束的徑向作用力；同時(shí)也要考慮，過大的箱梁截面會(huì)導(dǎo)致梁體自重過大，過小的箱梁截面會(huì)導(dǎo)致梁體抵抗變形能力不足。

(2)合理設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力大小及預(yù)應(yīng)力鋼束位置，避免預(yù)應(yīng)力過大過集中拉崩混凝土，或預(yù)應(yīng)力偏小導(dǎo)致主梁抵抗變形能力不足。

(3)墩柱設(shè)置合理的柔度。墩柱通過設(shè)計(jì)合理的截面尺寸、配筋率以及保護(hù)層，使其具有較好的抗彎性能和較小的抗推剛度，使主梁可以更好地適應(yīng)由外部荷載、溫度應(yīng)力等因素引起的位移。

(4)底板、頂板布置足夠的箍筋及鉤筋，使預(yù)應(yīng)力鋼束在張拉過程中對(duì)混凝土產(chǎn)生的徑向力受到箍筋或鉤筋的有效限制，避免混凝土分層開裂，確保梁體的整體性效果。

4.1.2 材料方面

(1)盡可能降低材料溫度。選擇合適的施工氣溫，通過較低溫度保存、拌和水加冰等措施對(duì)原材料溫度、混凝土入模溫度進(jìn)行控制，明確澆筑過程中混凝土的溫度控制措施(如增加冷卻管等)及監(jiān)控措施，避免產(chǎn)生溫度應(yīng)力對(duì)混凝土產(chǎn)生不良影響。

(2)選擇水化熱小的水泥、級(jí)配良好的骨料等，通過摻入適當(dāng)?shù)耐饧觿┓N類及劑量，降低水泥用量，達(dá)到既降低混凝土的水化熱又保證混凝土強(qiáng)度的效果。

(3)對(duì)原材料、半成品等做好防雨防潮防銹措施，避免材料質(zhì)量偏離設(shè)計(jì)要求。

4.2 跨中撓度過大

(1)設(shè)計(jì)合理截面尺寸，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

(2)設(shè)置足夠的預(yù)拱度。預(yù)拱度的設(shè)置應(yīng)充分考慮懸臂施工期間的混凝土自重、張拉預(yù)應(yīng)力、掛籃自重、掛籃變形、混凝土收縮徐變、氣溫的變化以及施工期間的臨時(shí)堆載對(duì)懸臂梁豎向位移的影響；同時(shí)要考慮成橋運(yùn)營(yíng)期間的車輛荷載、混凝土長(zhǎng)期徐變對(duì)下?lián)系挠绊憽?/p>

(3)合龍段增加勁性骨架、合龍前對(duì)上一節(jié)段混凝土分別施加水平對(duì)頂力，有利于減小混凝土之間的空隙，減小跨中的下?lián)稀?/p>

(4)盡可能減小混凝土徐變。通過控制混凝土的水灰比、選擇級(jí)配良好的骨料、澆筑混凝土?xí)r充分振搗等措施，減少徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

4.3 下部結(jié)構(gòu)破壞

(1)墩柱配置足夠鋼筋以滿足混凝土抗彎、抗拉、抗扭等性能。

(2)用通止規(guī)對(duì)鋼筋螺紋絲頭、套筒進(jìn)行出廠檢查，鋼筋安裝過程嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，對(duì)模板安裝的牢靠性進(jìn)行驗(yàn)算、檢查，澆筑過程控制好振搗棒插入深度、振搗距離、振搗時(shí)間，新老混凝土接合面的混凝土以鑿見均勻骨料為宜[2]。

(3)在混凝土中適當(dāng)摻入抗裂材料、防腐蝕材料，如抗裂纖維和多功能阻銹劑CPA，確保混凝土的抗裂防腐功能。

4.4 橋梁線形差

(1)墩梁固結(jié)，支座處設(shè)置臨時(shí)固結(jié)或臨時(shí)墩，并在合龍施工完成前對(duì)支座進(jìn)行限位，確保施工過程中主梁的標(biāo)高及平面位置不產(chǎn)生過大的偏移。

(2)掛籃施工澆筑前檢查鋼吊帶順直度、松弛度，并復(fù)核標(biāo)高及平面位置。

(3)對(duì)掛籃后錨、模板后錨的精軋螺紋鋼施加一定的預(yù)應(yīng)力。

(4)對(duì)模板的平整度進(jìn)行常態(tài)化檢查，合模前注意模板和混凝土的搭接長(zhǎng)度以及貼合程度，澆筑前檢查模板連接的平順情況及牢靠狀況。

5 結(jié)語

曲線連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)及施工均已較為成熟，但其大量的鋼筋、多向的預(yù)應(yīng)力以及多次的受力體系轉(zhuǎn)換，使連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過程中出現(xiàn)了較多的沖突，對(duì)設(shè)計(jì)及施工展現(xiàn)了較高的要求。設(shè)計(jì)時(shí)為確保實(shí)際施工質(zhì)量以及工程安全，應(yīng)考慮理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換到實(shí)際施工的有效性，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)安全系數(shù)。連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嶋H施工應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，和現(xiàn)代科技進(jìn)行有效結(jié)合，為施工創(chuàng)造更為良好的條件。