摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋在市政工程中重要的一種形式。本文就預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋結(jié)構(gòu)存在的問題進行了歸納并進行了分析，最后從設(shè)計、施工技術(shù)等方面提出了解決措施，具有較強的意義和價值，供參考。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；連續(xù)箱梁；裂縫；設(shè)計；施工技術(shù)
1引言
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋以其結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護容易、抗震能力強等優(yōu)點在目前市政橋梁、公路橋梁等建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(等截面)一般跨徑大于20m，小于60m，采用整體現(xiàn)澆、分段預(yù)制拼裝或整體預(yù)制安裝，主要用于長大橋引橋、分離式或城市立交。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(剛構(gòu))一般主跨跨徑大于60m，連續(xù)梁橋主跨多小于200m，連續(xù)剛構(gòu)小于300m，施工主要采用懸臂拼裝(澆筑)。
2預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋結(jié)構(gòu)存在的問題
目前，國內(nèi)外修建的大量預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋，隨著運營期的增長和交通量的增長，尤其是重載交通的影響，導(dǎo)致部分箱梁出現(xiàn)了程度不同的病害，引起了橋梁養(yǎng)護管理部門和設(shè)計施工部門的廣泛關(guān)注。
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋病害概括起來有兩大類，即跨中下?lián)虾土后w開裂。據(jù)統(tǒng)計，跨徑80~100m以下的梁橋，病害較少；跨徑100~160m的梁橋，病害較多；跨徑160m以上的梁橋，病害就更多。
已直接威脅到橋梁結(jié)構(gòu)使用和行車安全。
在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋出現(xiàn)的裂縫類型，主要有以下7類17種裂縫。
(1)腹板斜向、豎向與水平裂縫；
(2)頂板斜向與橫向裂縫；
(3)底板縱向、斜向與橫向裂縫；
(4)橫隔板豎向、橫向、斜向和過人孔周圍輻射狀裂縫；
(5)錨下劈裂裂縫；
(6)沿縱向預(yù)應(yīng)力束孔道的裂縫及層間裂縫；
(7)齒板局部區(qū)域裂縫。
在開裂的位置中，腹板斜裂縫與底板縱向裂縫是最主要和普遍的，而腹板斜裂縫對結(jié)構(gòu)的安全性影響最大，特別是當斜裂縫向上延伸到箱梁頂板時，此時最危險。
預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁開裂成因機理復(fù)雜。多種裂縫并存，相互影響，調(diào)查中極少出現(xiàn)單一裂縫存在的情況。還有通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力的大小、布置方式對于控制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的裂縫有較大影響。
3預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋病害原因簡要分析
大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫的產(chǎn)生不僅有設(shè)計方面的，還有施工方面的原因，也有設(shè)計和施工兩方面共同造成的，或者是運營養(yǎng)護方面的原因。
3. 1 設(shè)計方面
(1)設(shè)計經(jīng)驗不足，對結(jié)構(gòu)的分析不夠細致全面，導(dǎo)致設(shè)計上的不足或錯誤。
(2)總體跨徑布置不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)總體受力的不合理。
(3)結(jié)構(gòu)斷面尺寸不足、不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗剪承載能力不足。
(4)縱向預(yù)應(yīng)力束布置不合理，多未下彎，過分關(guān)注豎向預(yù)應(yīng)力筋作用，導(dǎo)致主拉應(yīng)力過大，腹板開裂。
(5)因原有規(guī)范不完善，如活載橫向分配系數(shù)的確定偏小，豎向預(yù)應(yīng)力的作用考慮過于充分，混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變考慮時間過短，溫度梯度的影響考慮過小，預(yù)應(yīng)力的損失考慮不足以及混凝土的主拉應(yīng)力限制值較大等均導(dǎo)致原有設(shè)計的安全度偏小等。
(6)原有設(shè)計手段過于落后，多采用平面桿系分析和橫向分析結(jié)合，少空間分析，無法正確揭示結(jié)構(gòu)的實際受力情況，實際受力多遠遠大于設(shè)計儲備，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)病害出現(xiàn)。
3. 2施工方面
(1)混凝土集料選配不合格、合理，攪拌、振搗等不到位，造成混凝土質(zhì)量差，強度達不到設(shè)計要求。
(2)混凝土養(yǎng)護不到位，造成混凝土收縮開裂。
(3)支架下沉、模板變形，造成結(jié)構(gòu)變形，混凝土超方，造成結(jié)構(gòu)自重增加。
(4)縱向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束、鋼筋張拉不到位，永存應(yīng)力達不到設(shè)計要求。
(5)預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量不高，壓漿不密實，造成鋼束銹蝕，截面有效面積減少。
(6)構(gòu)造鋼筋布置不到位，保護層過薄，造成鋼筋銹蝕混凝土開裂；預(yù)應(yīng)力鋼束定位不準，定位鋼筋設(shè)置過少，造成沿縱向預(yù)應(yīng)力束的裂縫。
(7)施工周期短，對混凝土進行過早加載，會引起預(yù)應(yīng)力的損失加大，同時增加橋梁跨中撓度。
3. 3管理養(yǎng)護方面
(1)運營養(yǎng)護期間活載超限是公路交通中普遍存在的問題。超限、超載車輛的大量出現(xiàn)，造成橋梁結(jié)構(gòu)活載內(nèi)力急劇增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂、破損。
(2)養(yǎng)護過程中盲目增加橋面鋪裝厚度，造成結(jié)構(gòu)恒載增加。
(3)橋面與伸縮縫不平整。養(yǎng)護單位不及時維修，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)所承受的活載沖擊效應(yīng)顯著增大。增加結(jié)構(gòu)的活載效應(yīng)，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
4預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋設(shè)計與施工技術(shù)對策
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的裂縫和跨中下?lián)系葐栴}涉及到設(shè)計、施工、監(jiān)理等各方面，本文僅從設(shè)計和施工方面作對策探討。
4. 1設(shè)計方面技術(shù)要點
(1)橋梁橋跨總體布置在連續(xù)梁橋設(shè)計中，一般可以通過調(diào)整各跨的剛度，即合理取用相鄰跨長的不同比值來調(diào)整各截面的內(nèi)力，以滿足設(shè)計的要求。
對中小跨徑的連續(xù)梁橋而言，邊跨與主跨比一般取用0. 6~0. 8，對采用滿堂支架施工的連續(xù)梁橋，邊跨取中跨長度的0. 7~0. 8是經(jīng)濟合理的。但對采用掛籃懸臂澆筑法施工的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋而言，設(shè)計時邊跨長度一般選用中跨長度的65%左右為宜。結(jié)合國內(nèi)外部分大跨徑連續(xù)梁橋的工程實踐，建議邊跨與中跨的長度比一般控制在0. 55~0. 65。
(2)箱梁斷面尺寸擬定
合理的建筑高度可有效提高結(jié)構(gòu)的剛度和抗剪承載能力，對于采用等截面的中小跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，梁高一般取主跨的1/15~1/20，對于采用變截面的大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋，其支點梁高一般取最大跨徑的1/15~1/20，跨中梁高一般取最大跨徑的1/30~1/50，建議取值偏向大值一側(cè)，以提高主梁的剛度和抗剪承載能力。
腹板厚度要求。增加腹板厚度，雖增加了恒載，但對結(jié)構(gòu)是有利的，一是提高了結(jié)構(gòu)本身的抗剪能力，二是方便了腹板中鋼筋的布置以及混凝土的振搗，尤其是預(yù)應(yīng)力束的錨固。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)查的結(jié)果，建議跨中區(qū)域腹板的厚度不宜小于450 ~500mm，支點附近截面處的腹板根據(jù)受力要求設(shè)置，其抗剪尺寸要求必須滿足。
頂?shù)装搴穸�。頂�(shù)装宄璋葱铦M足橫向受力以及構(gòu)造要求外，還需滿足橋梁縱向上總彎矩的要求。以箱寬6m為限，當不設(shè)預(yù)應(yīng)力筋時底板厚度不宜小于200mm，當設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋時，以不小于220mm為宜。頂板厚度對不設(shè)預(yù)應(yīng)力筋
時以200~220mm為宜，設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋時，以不小于220mm為宜。
橫隔梁的設(shè)置。從受力上講，為減小箱梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，限制畸變應(yīng)力需多設(shè)置橫隔梁，建議跨中設(shè)置橫隔梁，其過人孔的倒角的設(shè)置建議成圓形或橢圓形，同時加強其配筋設(shè)計，以防止橫隔梁開裂。對于在曲線內(nèi)的箱梁，應(yīng)適當增加橫隔梁的數(shù)量。
(3)縱向、豎向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計
縱向預(yù)應(yīng)力筋布置方式和豎向預(yù)應(yīng)力大小對腹板斜裂縫的產(chǎn)生影響較大。為防治腹板斜裂縫，建議按照結(jié)構(gòu)的彎矩包絡(luò)圖進行設(shè)計，預(yù)應(yīng)力束方面采用彎起束、連續(xù)束，同時注意構(gòu)造防裂方面的設(shè)計，如適當?shù)牟贾梅懒唁摻?箍筋、水平筋與斜筋等)，箱梁橋的裂縫是可以防治的。
從理論上講，張拉豎向預(yù)應(yīng)力能顯著地減小主拉應(yīng)力，但豎向預(yù)應(yīng)力較短，及施工方面等因素，所以實際效果不理想。建議設(shè)計時盡量少計入豎向預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力的影響，并采取低回縮的錨具，豎向預(yù)應(yīng)力筋可設(shè)置成環(huán)向筋或與橋面橫向預(yù)應(yīng)力筋相結(jié)合錯開錨固在腹板的底面等措施來確保其有效性。
(4)其它構(gòu)造設(shè)計要點
為提高腹板斜截面抗裂性，除預(yù)應(yīng)力配束合理外，還要配置一定數(shù)量的箍筋與彎起鋼筋，如雙肢箍筋可以降低箱梁的縱向預(yù)壓應(yīng)力，避免出現(xiàn)縱向裂縫，減少反拱度，改善結(jié)構(gòu)使用性能。同時，在箱梁的頂?shù)装搴透拱鍍?nèi)外側(cè)為避免混凝土收縮開裂，還要設(shè)置一定數(shù)量的分布鋼筋，這對局部應(yīng)力、溫度及收縮裂縫能起到約束作用。
當腹板與底板的厚度差異較大時，其相交處的腹板截面形式需要進行優(yōu)化。并布置適量的構(gòu)造鋼筋，避免溫度、收縮和徐變的影響引起的裂縫。應(yīng)重視寬翼緣箱梁剪力滯效應(yīng)引起的翼板縱向應(yīng)力的明顯增大，應(yīng)配置足夠的受力鋼筋，避免裂縫的出現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力錨下局部應(yīng)力的有效作用范圍外，有一區(qū)域是不存在預(yù)壓應(yīng)力，相反會產(chǎn)生局部預(yù)拉應(yīng)力，對該區(qū)域需要配置足夠構(gòu)造鋼筋。
(5)計算分析要點
結(jié)構(gòu)分析計算應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)影響，采用平面桿系程序分析時也應(yīng)與空間有限元分析相結(jié)合，合理確定活載沿橋縱向的橫向分配系數(shù)。溫度梯度選取最好通過實橋觀測和溫度場的有限元分析，找出適合我國國情的箱梁溫度梯度模式。具體設(shè)計中，結(jié)構(gòu)使用階段混凝土主拉應(yīng)力和壓應(yīng)力容許值應(yīng)盡可能保守，確保安全儲備。應(yīng)充分考慮活載沖擊及制動力的效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的自振頻率按新規(guī)范計算求得合理確定結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力度，控制其預(yù)應(yīng)力度不宜小于0. 7，否則會引起構(gòu)件變形產(chǎn)生裂縫，這是箱梁產(chǎn)生裂縫的最關(guān)鍵的因素。
4. 2施工方面技術(shù)要點
應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的低水化熱的混凝土配合比；采用標準化、系列化、通用化的箱梁模板支架體系，保證澆注混凝土后不發(fā)生超過允許的沉降量，必要時進行預(yù)壓，然后進行下一工序；應(yīng)進一步優(yōu)化混凝土澆注工藝，控制混凝土澆注順序；嚴格切實地執(zhí)行科學(xué)的養(yǎng)護方法；施工時盡量縮短兩次澆注混凝土的時間差；加強混凝土的養(yǎng)生。做到這些、雖然不可能完全避免裂縫，但是至少可以減少裂縫或減小裂縫寬度。
地基處理不到位是腹板產(chǎn)生裂縫的主要原因，因此對于采用支架法現(xiàn)澆連續(xù)梁施工地基處理是重中之重。施工前必須及早對地基進行處理，可采用必要措施使地基固結(jié)，減少后期下沉量；支架安裝后必須對支架和基礎(chǔ)進行預(yù)壓，消除支架非彈性變形。澆注混凝土?xí)r必須遵循現(xiàn)澆注地基薄弱處和正彎矩最大處，使地基變形和支架變形在混凝土澆注初始即發(fā)生的原則。
按照設(shè)計文件或施工規(guī)范的要求安排合理的施工順序。應(yīng)重視鋼束的定位精度，防止鋼束成折線形，確保預(yù)應(yīng)力鋼束的保護層厚度達到設(shè)計的要求。
施工時對縱向、橫向和豎向預(yù)應(yīng)力束要求進行多次(至少二次)張拉，壓漿一定要飽滿，建議采用真空注漿工藝。灌漿的時間越早越好，以免高應(yīng)力下的鋼絲銹蝕。封錨也應(yīng)及早進行，至少要先用環(huán)氧砂漿等涂抹錨頭，以防生銹和積水。
在掛籃懸臂施工工法中，掛籃布置位置的確定需作局部驗算。箱梁后錨點宜上通至箱梁頂板上，避免上支點和后錨點布置在預(yù)應(yīng)力錨固端附近，緩解腹板的局部應(yīng)力，降低該區(qū)域的拉應(yīng)力。
應(yīng)高度重視混凝土澆注順序與混凝土的養(yǎng)生工作，灌注閉合箱梁的次序和時間。首先現(xiàn)澆底板、橫隔板、腹板及兩側(cè)部分頂板，然后現(xiàn)澆剩余頂板及翼緣板。新老混凝土澆注的時間差控制在3~6d內(nèi)完成，可以防止混凝土間的相互約束效應(yīng)。
結(jié)束語
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的病害控制，除了嚴格按有關(guān)橋梁規(guī)范進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以外，一方面在設(shè)計方面應(yīng)考慮有效的抗裂措施，另一方面應(yīng)完善施工工藝，包括合理的混凝土配合比、可靠的模板支架體系、正確的混凝土澆注工藝、科學(xué)的混凝土養(yǎng)護方法等，那么大多數(shù)裂縫都是可以預(yù)防的。
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