高等級公路多跨預制梁板橋面連續結構破損探討

吳 俊

(山西省交通建設工程監理總公司)

對于基本跨徑組合是 13m、16m、20m的多跨預制空心板橋,不論是普通鋼筋混凝土還是預應力混凝土,傳統的設計方法是上部結構直接套用現成的簡支梁板標準設計圖,近年來隨著國家對基礎設施投資的逐年加大,使得高等級公路正得到迅猛發展,對橋面的平整度、行車舒適性等的要求也越來越高。多跨預制空心板橋采用簡支梁橋面連續結構,設計簡便快捷、施工工藝簡單、養護方便、節約資金等特點,用在高速公路上極大地提高了運營能力和服務水平,因此,目前大多數高速公路中小橋在設計上均采用橋面連續結構。

1 橋面連續結構破損分析

連續梁橋與簡支梁橋最大的區別在于連續梁橋上部結構不僅承擔豎向荷載,而且支座處還承受彎矩和水平力,采用橋面連續結構取消了橋面伸縮縫,通過橋面鋪裝和橋面磨耗層使行車表面連成整體,實際受力時通過橋面連續處傳遞水平荷載,對上部結構—梁板而言,橋面連續后上部結構受力體系沒有發生改變。但對于下部結構,情況就發生了改變,由于橋面連續,使上部對下部作用的水平荷載的傳遞完全發生了改變,橋面上任何跨或位置內的水平作用力,可以直接通過墩頂支座傳遞給下部結構,其內力分配方式也與簡支體系完全不同,而與連續體系相似。因此,評價下部結構的受力,應把橋面連續后的上部結構視為連續梁來處理。

近年來,隨著交通量的迅速增長,對橋梁結構使用性能提出了更高的要求。與此同時,預制空心板簡支梁橋面連續結構也不可避免地暴露出一些缺陷,集中體現在板端橋面連續附近的橋面鋪裝破損較為嚴重。通過一系列的檢測研究表明,破損原因主要有以下幾個方面。

(1)橋面連續在順橋向位于墩頂負彎矩區,在荷載作用下必然產生較大的拉力,由于預制板為簡支狀態,受力主要由橋面連續混凝土及鋼筋承擔,而傳統的橋面連續內設置的鋼筋極少(一般按 20cm間距布設),從而導致橋面開裂。

(2)車輛荷載經過預制梁板跨中時板端會向上翹,使空心梁板與橋面連續之間產生微小的錯動,在車輛荷載的頻繁作用下使得橋面連續部分發生開裂。

(3)橋面連續結構所用的混凝土為普通混凝土,在受力較大且在車輛產生的豎向震動和預制梁板變形產生的錯動的頻繁作用下,當材料的抗疲勞性能達到極限時就會導致橋面破損。

(4)混凝土橋面連續的基礎是簡支體系,在設計中簡支體系的結構受力模式很容易被缺乏分析地沿用到橋面連續簡支體系中去,甚至忽略橋面連續的作用,認為其結構就等于單跨簡支結構的組合,使設計墩頂受力與實際受力有出入,造成部分墩產生位移,直接影響橋面連續部分受力,導致其破損。

(5)空心梁板在行車過程中會產生較大的震動,特別是由于施工原因,在支座安裝不平整的情況下震動會進一步加劇,從而引起橋面連續的破壞。

(6)施工中沒有嚴格按照設計要求進行施工質量控制,導致連續端本身存在某種缺陷,如混凝土振搗不密實、橋面連續處混凝土配比不符合設計要求、預應力筋張拉不到位、連續斷鋼筋焊接不牢固、管道壓漿不飽滿、現澆鋪裝層厚度不足、瀝青混凝土面層剝落等。另外,由于對橋面連續結構存在認識不足,對涉及橋面連續施工的相關措施沒有認真對待,伸縮縫設置和安裝不當、支座設置不當、個別支座脫空、支座破壞、梁板預制和安裝時控制不嚴格使梁與梁或梁與臺背間隙過小,導致應滑動的部位不能正?；瑒?該伸縮的又不能伸縮,人為改變了橋面連續的受力特性。

2 橋面連續結構的改進措施

通常采用以下以下幾種措施來進行調整改進。

(1)合理選用和安裝支座。

與一般連續梁不同的是,橋面連續體系墩頂具有雙排支座,需簡化成單排后,再按一般的連續梁體系分析計算墩頂與橋面連續的合成剛度。橋面連續后無論制動力或溫度應力的傳遞都與支座及墩臺的合成剛度有關,合成剛度越大,該墩頂分配到的水平力也就越大,作為剛性支座的固定支座,因其剛度較大而不利于橋面連續的下部結構,這在先簡支后連續體系中,改變簡支體系中支座一固一活的觀念和作法是很重要的。而柔性支座(橡膠支座)對水平力的傳遞具有很好的消滯作用,因此在橋面連續中普遍采用。

由于橋面連續后上部結構可視為連續梁,其溫度變形較單跨溫度變形大,連續的跨數越多其差值就越大,但連續橋跨中支座吸收梁身變形的作用是很小的,主要是依靠連續橋跨兩端支座,所以在全橋統一的支座不能滿足上述變形時,就必須采用活動支座或提高橡膠支座的高度(為減小剛度)。此外同一結構形式在不同地區的溫度變化是不同的,應酌情采用不同性能的支座。合理設置和使用橋梁支座,不僅能使橋面連續結構性能得到進一步改善,而且對節約資金及今后的橋梁加固和維修都具有十分重要的意義。

如橡膠支座的安裝環節非常重要,安裝前應檢查產品合格證書中有關技術性能指標,包括支座幾何尺寸、容許荷載、容許最大溫差及外觀檢查等,當不符合設計要求時不得使用;否則以后再更換支座將很麻煩,應仔細校核水平面,支座不得發生偏歪,不得脫空,安裝位置應準確,例外,預制梁板在安裝過程中要特別注意對支座結構的保護,以防損壞影響日后正常使用。

(2)調整橋面連續結構內的鋼筋和混凝土。

據橋面連續結構的特性,在簡支梁跨與跨之間增加跨兩端的鋼筋混凝土結構,即增加一定寬度的現澆混凝土濕接頭(中橫梁)。對于 13m、16m跨徑預應力空心梁板,墩頂連續采用普通鋼筋混凝土,混凝土采用微膨脹水泥、石子粒徑不大于 2cm,同時摻加高效減水劑、振搗密實,然后進行橋面橫向連接,澆筑橋面混凝土;對于跨徑 20m的預應力空心梁板,可在墩頂連續設預應力負彎矩連續束,采用高強度混凝土澆筑,墩頂負彎矩束張拉壓漿后進行橋面橫向連接。通過橫向、縱向連接后,預制梁、絞縫及墩頂整體化,全橋成一體共同受力,與連續結構基本一致。

同時將原橋面連續中順橋向布設鋼筋直徑適當調大、同時鋼筋間距減小(如 20cm可變為 15cm),以增強橋面連續抵抗負彎矩的能力。在橋面連續范圍內,采用鋼纖維混凝土來增強混凝土的彈性和抗疲勞性能,使橋面整體性能得到極大加強,可大大推遲橋面連續破損的時間,減小破損程度。

(3)改善梁端墊層。

對已按原橋面連續結構施工樁基礎的橋梁,為有效減小車輛荷載產生的震動對橋面連續的影響,將相鄰兩跨板的板端共 30m范圍內,在預制板頂、橋面連續底設置 3mm厚橡膠墊層,替代原兩邊瀝青并設置一層塑料薄膜墊層,同時將原兩跨板端間填充的輕質包裝板改為橡膠緩沖塊,以便更好的隔離震動,吸收能量,并允許梁端有微小的錯動,減小由于豎向震動而導致的破損。

(4)控制好伸縮縫施工。

采用橋面連續結構形式,最直觀的就是減少了梁與梁之間的伸縮縫,將伸縮縫統一設在中小橋橋臺處,或聯與聯橋墩處。根據橋長或聯長,考慮橋梁所受制動力,溫度應力、混凝土收縮或徐變、伸縮縫設置位置等,計算出伸縮處位移量,再確定一定規格的伸縮縫裝置。

3 結 語

從理論上講,伸縮縫為橋面連續正常使用提供了安全儲備,但實際施工中,對伸縮縫處的處理過程隨意性極大,有的甚至失去了伸縮縫的作用;有的橋梁梁端與臺背被大量的混凝土和石子堵塞,或是梁端與臺背之間幾乎沒有間隙而導致臺背被混凝土擠碎,也有伸縮縫預留槽口太小,預埋筋不準確,安裝后的伸縮縫裝置變形嚴重等問題,這些都直接影響了橋面的連續正常使用功能。所以在伸縮縫施工安裝過程中,除按設計要求選擇合格產品外,伸縮縫處梁端(臺背)槽口、預留筋位置要準確,梁端預留縫隙及梁底要處理干凈,不得殘留雜物,伸縮縫處護欄要設斷縫,安裝時還應考慮梁板最高氣溫和安裝時的溫度。

[1]范立礎.橋梁工程(土木工程專業用).人民交通出版社,2001.

[2]《公路工程質量檢驗評定標準》GTGF80/1-2004ISBN7-114-05327-4.人民交通出版社,2004.

[3]吳俊 .山西省交通建設工程監理總公司 .北京交通管理學院.