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摘要：就目前大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋存在的裂縫、下?lián)蠁?wèn)題進(jìn)行歸納和總結(jié)，并從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等方面綜合分析和研究，提出整治措施，為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)、控制等提供參考。...

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫和下?lián)蠁?wèn)題探討

陳顏輝，李風(fēng)兵

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

    隨著高速公路和市政設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋以其結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順性好、外形簡(jiǎn)潔大方、伸縮縫少和養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，倍受業(yè)主、設(shè)計(jì)單位和施工單位的歡迎，在眾多的橋型中占據(jù)了一席之地。

    在我國(guó)，自1988年第一座連續(xù)剛構(gòu)橋(主跨l88m)的洛溪大橋，到2006年(主跨為330m)的石板坡長(zhǎng)江大橋建成通車，以及目前在建的世界最高墩連續(xù)剛構(gòu)(墩高178m)龍?zhí)逗犹卮髽颍�預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到了快速的發(fā)展。但是大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的大量修建，也暴露出一些的問(wèn)題，其中混凝土開(kāi)裂和跨中下?lián)系葐?wèn)題尤為突出，引起工程界的懷疑并導(dǎo)致對(duì)預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)用的不放心，進(jìn)而影響其在公路工程建設(shè)中的進(jìn)一步推廣。本文將就目前大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋存在的開(kāi)裂和下?lián)蠁?wèn)題進(jìn)行討論，為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)、控制等提供參考。

1.裂縫病害

    文獻(xiàn)[1]列舉了1995年5月，山東省公路橋梁檢測(cè)中心對(duì)20世紀(jì)90年代初投人運(yùn)營(yíng)的東明黃河公路大橋(主橋75 m+7 x120 m+75 m連續(xù)剛構(gòu))和臺(tái)兒莊大橋(主橋46 m+80 m+46 m剛構(gòu))2座預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁主橋的檢測(cè)結(jié)果，其主橋箱梁腹板均顯現(xiàn)有不同程度的斜向裂縫。

    文獻(xiàn)[2]就某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋(50.m+100 m+100.m+50.m)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的箱梁頂板縱向裂縫、腹板裂縫和橫隔板豎向裂縫進(jìn)行了普查，其中寬度大于0.1 mm、長(zhǎng)度超過(guò)0.5 m的裂縫共有336條(上游幅箱梁內(nèi)l56條，下游幅箱梁內(nèi)l60條)。從裂縫位置和走向來(lái)看，箱梁頂板順橋走向(縱向)的裂縫有270條，占80.4％；橫隔墻門(mén)洞頂部向上豎向裂縫有45條，占13.4％；箱梁腹板斜裂縫l5條，占4.5％。文獻(xiàn)指出這些裂縫主要是由行車荷載、溫度作用及橋墩沉降多種原因所致。

    歸結(jié)起來(lái)，近年來(lái)在一些大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題主要表現(xiàn)為以下幾種形式。

    (1)主梁箱腹板出現(xiàn)斜裂縫，主要是邊孔近現(xiàn)澆段和中孔(L／4～3L／8)段出現(xiàn)較多；

    (2)主梁箱底板跨中部分張拉錨固后出現(xiàn)縱向裂縫

    (3)箱梁具有較長(zhǎng)懸臂翼緣板在頂板懸臂根部出現(xiàn)縱向裂縫，寬箱梁在頂板跨中出現(xiàn)縱向裂縫；

    (4)箱梁橋橫隔板孔洞周圍放射狀裂縫和孔洞之間的豎向裂縫。

    1.1裂縫成因

    預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫生成的原因，涉及設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝、養(yǎng)護(hù)管理、后期使用、材料質(zhì)量、氣候環(huán)境等各個(gè)方面。因此要細(xì)致分析每一因素對(duì)箱梁橋結(jié)構(gòu)裂縫的影響程度是很困難的，多數(shù)情況下也是沒(méi)有必要的。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫形式和狀態(tài)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)[11]，目前預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生位置有一定的規(guī)律性，可以推斷，導(dǎo)致這類結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響因素也具有一定的固定性，因此通過(guò)結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的不同位置對(duì)其成因進(jìn)行分析是比較有效的分析方法。

    1.1.1腹板裂縫

    預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁產(chǎn)生的腹板裂縫主要分為以下幾個(gè)方面[10]：(1)主拉應(yīng)力產(chǎn)生的腹板斜裂縫。主要是分布于邊孔近現(xiàn)澆段和中孔L／4—3L／8段的腹板上，約呈450分布。分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種裂縫主要是由于箱梁橋支座附近剪應(yīng)力過(guò)大，腹板抗剪能力不足，以及主拉應(yīng)力方向抗裂安全儲(chǔ)備考慮不充分等因素所導(dǎo)致的。(2)錨后拉應(yīng)力產(chǎn)生的腹板斜裂縫。采用懸臂澆筑法施工的全預(yù)應(yīng)力或部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁，在懸臂分段澆筑中，錨頭往往布置在接縫面。由于接縫面與新澆的混凝土之間的抗拉強(qiáng)度降低了很多，因此在錨下施加預(yù)應(yīng)力將在錨固區(qū)引起局部高壓應(yīng)力而導(dǎo)致蠕變。如果錨后受拉鋼筋配筋不足，則在錨固區(qū)的接縫面就很容易發(fā)生裂縫。文獻(xiàn)[3]的作者也指出，精軋螺紋鋼筋作為豎向預(yù)應(yīng)力短束，其錨頭損失太大，是引起腹板開(kāi)裂的兩個(gè)主要因素之一，并指出無(wú)粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力技術(shù)將會(huì)作為一種替代目前釆用精軋螺紋鋼筋提供豎向預(yù)應(yīng)力的發(fā)展方向。(3)連續(xù)剛構(gòu)邊跨端部腹板斜裂縫。(4)豎向正應(yīng)力產(chǎn)生的腹板水平裂縫。(5)豎向正應(yīng)力和主拉應(yīng)力作用下的腹板水平斜向組合裂縫。

    1.1.2頂板、底板裂縫

    預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁箱底板跨中區(qū)張拉錨固后出現(xiàn)的縱向裂縫，以及在箱梁具有較長(zhǎng)懸臂翼緣板時(shí)，在頂板懸臂根部或?qū)捪淞涸陧敯蹇缰谐霈F(xiàn)的縱向裂縫，同樣廣泛受到關(guān)注。

    文獻(xiàn)[12]對(duì)某大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行檢測(cè)分析，得出導(dǎo)致大橋兩次邊跨和中跨跨中及兩邊跨均出現(xiàn)貫通底板全寬的橫向裂縫可能的原因是：縱向預(yù)應(yīng)力有效性降低、荷載增加、混凝土強(qiáng)度不足等。

    文獻(xiàn)[13]對(duì)一座三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙箱雙室變截面 V墩剛構(gòu)橋底板產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了空間分析，得出箱梁復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)及底板橫橋向拉應(yīng)力過(guò)大是引起底板縱向裂縫的主要原因。同時(shí)底板預(yù)應(yīng)力管道周圍混凝土相對(duì)收縮快，截面相對(duì)較弱也是一個(gè)不可忽視的因素。

    普遍認(rèn)為箱梁頂板、底板裂縫是由于箱梁橋畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的，并且溫度或收縮引起的局部應(yīng)力，頂?shù)装妪X板受力，曲線配索的橫向受力，預(yù)應(yīng)力筋錨頭局部受力。以及截面分層處和施工接縫處的局部應(yīng)力都有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的局部應(yīng)力，使頂?shù)装彘_(kāi)裂。

    1.1.3橫隔板裂縫

    預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋橫隔板裂縫主要為箱梁橋橫隔板孔洞周圍放射狀裂縫和孔洞之間的豎向裂縫。

    箱梁橫隔板孔洞的放射狀裂縫主要是因孔洞周圍應(yīng)力集中產(chǎn)生的。通過(guò)對(duì)主拉應(yīng)力進(jìn)行局部的塊體有限元分析，并采用適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，可以避免這類裂縫的產(chǎn)生。箱梁孔洞之間的豎向裂縫是軸向的劈裂裂縫。為了避免這類裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)首先進(jìn)行局部的有限元分析，對(duì)于可能發(fā)生豎向裂縫的部位增加防裂構(gòu)造鋼筋。

    1.2控制裂縫的措施

    縱觀預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫產(chǎn)生的原因，大致可歸結(jié)為設(shè)計(jì)、施工和后期使用等方面。主要為：連續(xù)剛構(gòu)橋其結(jié)構(gòu)的上下部連成整體，墩柱約束過(guò)大；結(jié)構(gòu)的不均勻沉降產(chǎn)生的附加應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力布置得不當(dāng)；施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換時(shí)的一些不可控制因素，以及后期運(yùn)營(yíng)中的超載使用。影響成橋最后狀態(tài)的變量很多，就溫度、收縮、局部應(yīng)力等因素造成的裂縫，目前現(xiàn)行規(guī)范和有關(guān)理論還沒(méi)有好的解決方法。因此，解決該問(wèn)題最為有效的辦法還是恰當(dāng)布置非預(yù)應(yīng)力鋼筋，即使很難抗裂，也可以限制裂縫的寬度，保證結(jié)構(gòu)能正常使用。對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫以及一些不可避免產(chǎn)生的裂縫，則有針對(duì)性地采取措施，如封閉維修，加固(采取腹板內(nèi)側(cè)粘貼鋼板來(lái)加強(qiáng)對(duì)混凝土的約束，增強(qiáng)腹板抗剪承載力和剛度，灌注環(huán)氧漿液等)或更換使用等。

2.長(zhǎng)期下?lián)隙炔『?/strong>

    通過(guò)大量的觀測(cè)和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁后期(運(yùn)營(yíng)期)變形的向下?lián)隙绕毡楸仍O(shè)計(jì)值大，橋面的縱坡與設(shè)計(jì)值相差大，行車舒適性差，引起使用安全的危機(jī)感。

    文獻(xiàn)[15]對(duì)河南某l05m+4×160m+105m連續(xù)剛構(gòu)橋主跨各跨中區(qū)域普遍出現(xiàn)下?lián)希�最大值達(dá)到l5 cm的現(xiàn)象進(jìn)行病害分析。指出其主要原因是：高強(qiáng)度混凝土的收縮、徐變考慮不足和在施工中預(yù)拱度的設(shè)置存在偏差。并提出跨中區(qū)段下?lián)线^(guò)大，已在我國(guó)的多座大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中出現(xiàn)。但關(guān)于其原因還沒(méi)有一致的結(jié)論。

    文獻(xiàn)[16]對(duì)廣東某三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋自1999年l0月發(fā)現(xiàn)主跨跨中有明顯下?lián)希?/span>2000年底，跨中撓度已達(dá)22cm左右，到2001年主橋的中跨跨中嚴(yán)重下?lián)弦堰_(dá)22.8 em進(jìn)行分析，指出其原因是結(jié)構(gòu)截面尺寸偏小。   

    但就預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋跨中區(qū)段下?lián)戏�度過(guò)大的原因，目前還沒(méi)有一致的結(jié)論[15] 。

    一些學(xué)者認(rèn)為：大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)普遍存在后期撓度過(guò)大的一個(gè)重要原因是主梁節(jié)段間豎向接縫的質(zhì)量。在長(zhǎng)期荷載作用下豎向接縫處混凝士會(huì)發(fā)生剪切徐變，在現(xiàn)有施工條件下由豎向接縫的剪切變形引起主梁撓度的增量是不可忽視的。并提出了改善主梁節(jié)段間接縫質(zhì)量的一些注意事項(xiàng)及構(gòu)造措施[17]。

    另外一些學(xué)者認(rèn)為：橋面鋪裝層破損有些是因?yàn)槭┕べ|(zhì)量差或其他原因?qū)е碌模�但大多�?shù)情況卻是由于在長(zhǎng)期的反復(fù)沖擊動(dòng)荷載作用下，橋面板與鋪裝層結(jié)合部位因疲勞而導(dǎo)致混凝土鋪裝層與梁體剝離破損。

    目前大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在使用過(guò)程中出現(xiàn)的下?lián)蠁?wèn)題，已經(jīng)得到了相關(guān)部門(mén)的重視，采取了一系列的措施。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特性，主梁產(chǎn)生持續(xù)下?lián)峡赡芘c混凝土的收縮徐變、主梁剛度變化、主梁縱向預(yù)應(yīng)力有效性降低及荷載增加等因素有關(guān)。由于體外預(yù)應(yīng)力具有平衡活載，給予主梁卸載的作用，對(duì)于改善舊橋的下?lián)蠣顩r十分有利，且可使裂縫寬度減小或閉合，所以，體外預(yù)應(yīng)力索在橋梁加固中得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[12]針對(duì)某連續(xù)剛構(gòu)承載能力不足的問(wèn)題，采取了體外預(yù)應(yīng)力加固，使主橋豎直下?lián)犀F(xiàn)象得到有效抑制。同時(shí)文獻(xiàn)[14]結(jié)合虎門(mén)大橋輔航道橋?qū)︻A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋撓度長(zhǎng)期觀測(cè)的目的、方法、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、整理、誤差分析以及撓度變化規(guī)律進(jìn)行分析，從中找出病害，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，為以后的橋梁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3.病害原因總結(jié)

    值得指出的是，任何一座橋梁，其各種病害的出現(xiàn)并不是相互獨(dú)立的。參考國(guó)內(nèi)外眾多該類橋型中出現(xiàn)上述病害的工程實(shí)例分析及病害整治，其原因大致可總結(jié)為：

    第一，設(shè)計(jì)者對(duì)該類橋型的受力情況研究不夠、缺乏經(jīng)驗(yàn)，程序計(jì)算模擬不夠準(zhǔn)確；

    第二，施工中各種不確定因素，施工質(zhì)量等問(wèn)題；

    第三，運(yùn)營(yíng)期間的使用情況和養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。

4.結(jié)束語(yǔ)

    對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工及使用過(guò)程中出現(xiàn)的以上問(wèn)題，工程界人士一般比較敏感，甚至對(duì)該類橋型的受力、使用及今后的發(fā)展提出了質(zhì)疑。其實(shí)只要正確地認(rèn)識(shí)問(wèn)題，分析原因，采用合理的構(gòu)造措施及施工工藝，并在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中加以監(jiān)控，這些問(wèn)題在一定程度上是可以克服或者加以控制的。

    隨著高性能混凝土及高強(qiáng)度鋼材的使用，大噸位張拉錨固體系的應(yīng)用與發(fā)展，設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化，施工水平的提高，從技術(shù)上保證了工程的可行性，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)將向著更高墩和更大跨度發(fā)展。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)