基于橋梁營運期病害分析對短線法施工質量控制要點的探討

■楊志軍

（福建省高速公路集團有限公司泉州管理分公司，泉州 362000）

1 短線法施工工藝概述

短線法最早起源于法國，在改革開放之后，我國國民經濟和交通事業的迅速發展，工業化進程加快，國外新技術的引進為國內預制節段橋梁的發展提供了堅實基礎。隨著近幾年對施工制約條件多、施工進度要求高，結構及構件質量要求嚴格，短線法得到了更多工程的應用和推廣。

短線法又叫預制短節段拼裝法，是將橋梁結構劃分為若干節段，在工廠或者工地預制成型后在現場橋位進行拼裝，然后施加預應力使之成為橋梁整體結構的施工方法。短線法分為橫向和縱向兩個方向，其中預制T梁、小箱梁、空心板梁等預制梁橋，均采用橫向短線法施工；縱向短線法因施工較為復雜，主要適用于長跨徑混凝土連續箱梁、大跨度懸索橋、斜拉橋、下承式拱橋等橋梁的施工[1]。

短線法施工，相對于現場整體施工，具有：①可實現工廠化平行流水作業施工，容易控制施工質量；②施工現場受環境干擾較少；③采用工廠化生產，機械化程度高，機械設備的使用率高；④節約施工材料、降低工程造價、減少用工、縮短工期等優點。

2 項目概況

泉州灣大橋路線主線全長26.67km。項目主體工程泉州灣跨海大橋，橋長12.45km，分南岸陸地區引橋、南岸淺水區引橋（六車道）、蚶江互通主線橋、南岸淺水區引橋（八車道）、南岸深水區引橋、通航主橋（70＋130＋400＋130＋70 m）雙塔分幅組合梁斜拉橋、北岸深水區引橋、北岸淺水區引橋、秀涂互通主線橋九個區段。接線路基長14.22km。全線按高速公路標準設計，設計荷載為公路—Ⅰ級。大橋于2012年1月10日開工建設，2015年5月12日完成交工驗收，正式通車運營。大橋照片見圖1。

圖1 泉州灣跨海大橋照片

全線橋梁涉及到的主要結構形式包括：預制拼裝小箱梁、預應力混凝土連續箱梁橋、雙塔分幅干拼組合梁斜拉橋等。其中采用短線法現場施工工藝的主要橋跨為：南岸深水區引橋、北岸深水區引橋。

上部結構箱梁采用單箱單室斜腹板箱梁型式。梁高3.0m，箱梁頂板寬16.3m，底板寬7.4m，翼緣懸臂長3.53m，跨中截面頂板厚0.28m。跨中截面布置型式如圖2所示。

該段橋梁預制拼裝箱梁均采用C55海工耐久混凝土。體內有粘結預應力鋼絞線采用按美國ASTM A416-2006標準生產的低松弛高強度270級鋼絞線，公稱直徑為15.24mm，標準強度為1860MPa。體外預應力鋼絞線采用無粘結低松弛環氧涂層鋼絞線，涂層厚度大于0.4mm。

圖2 懸拼段跨中截面布置型式

箱梁節段拼裝接縫環氧樹脂適宜施工溫度范圍為+5℃～+40℃，符合FIP標準和美國AASHTO標準。主要技術指標滿足：①觸變性，厚度最薄為3mm時無流掛；②抗壓強度，12h≥40MPa，24h≥70MPa，168h≥80MPa；③抗剪強度≥15MPa；④拉伸強度≥12MPa；⑤壓縮彈性模量≥8000MPa。

南、北岸深水區引橋采用節段預制對稱懸臂拼裝施工工法，快件預制采用連續澆注，即依次澆注相鄰快件，已澆好的快件為相鄰澆注快件的端模，養護時間不小于15d，存梁期應為3個月以上。箱梁采用架橋機懸拼施工，預制標準節段長度3.4m，最大節段重量137.7t[2]。現場施工見圖 3、圖4。

圖3 預制節段現場澆筑圖

圖4 短線法現場拼裝施工圖

3 營運期間橋梁病害檢查結果及成因分析

2016～2017 年，養護部門對泉州灣跨海大橋開展了交工后的定期檢查。其中對采用短線法施工的南、北岸深水區引橋的箱梁內外均進行了詳細的外觀檢查。本文僅列舉具有代表性的北岸深水區引橋右幅[3×(5×70)m]定期檢查情況，并對其進行成因分析。

3.1 橋梁病害檢查結果

（1）箱梁內部主要存在的病害情況見表1。典型病害照片如圖5～圖8所示。

表1 箱梁內部主要病害情況匯總表

相對于交工驗收檢查以及2016年檢查結果，箱內病害發展情況主要有：箱梁內頂板，縱向裂縫新增數量較少，存在多處為修補后開裂延伸；橫隔板橫、豎、斜、縱向裂縫新增的裂縫數量較多，其中多處為修補后開裂延伸；人孔縱、豎、斜、橫向裂縫，其中多處為修補后開裂延伸；箱內滲水修補后大部分未見明顯水漬，部分表現為泛堿，極少數仍有滲水。

圖5 箱梁內部頂板交接縫未填實

圖6 箱梁內部腹板縱向裂縫

圖7 箱梁內部頂板混凝土泛堿

圖8 箱梁內部橫隔板橫向裂縫

（2）箱梁外表面主要存在的病害情況見表2。典型病害照片如圖9～圖10所示。

表2 箱梁外表面主要病害情況匯總表

相對于交工驗收檢查以及2016年檢查結果，箱內病害增長情況主要有：箱外底板縱、斜向裂縫，腹板斜、縱向裂縫新增數量較少，其中多處為修補后開裂延伸。

圖9 箱梁外表面底板縱向裂縫

圖10 箱梁外表面底板斜向裂縫

3.2 病害成因分析

（1）各類裂縫

①齒塊及橫隔板錨固區的裂縫

主要是由于錨固區存在的橫向和豎向拉應力較大，應力集中，箱梁構造鋼筋不足因而產生裂縫。產生形式如圖11所示。

圖11 錨固區裂縫開展形式

②底板縱向裂縫

縱向預應力引起的底板縱向開裂。底板混凝土在縱向預應力作用下由于泊松比效應橫向會產生膨脹，即產生橫向拉應變，當此橫向拉應變過大就會產生縱向裂縫。

③頂板縱向裂縫

a.由于頂板橫向彎矩主要受活載影響，在橋梁營運期間，超載很容易導致頂板沿縱向開裂；

b.頂板縱向預應力過大，造成橫向拉應力超過混凝土抗拉強度，引起頂板沿縱向開裂；

c.合攏段頂、底板縱向裂縫一般沿合攏段頂、底板薄弱部位通長分布，主要是由于溫度及收縮作用或新舊混凝土齡期差引起。

箱梁頂板混凝土縱向裂縫，確為箱梁橫向受力產生的裂縫，則對箱梁的結構使用有較大影響；若縱向裂縫貫穿頂板厚度 （可由縱向裂縫處是否有滲水痕跡判斷），則對混凝土箱梁耐久性有影響。

④腹板斜向裂縫

斜裂縫是受力裂縫，是由主拉應力較大，超過混凝土抗拉強度引起；可能是由于箍筋間距布置不均勻，或波紋管定位鋼筋不牢固導致預應力孔道變形引起的。

（2）混凝土梁體滲水

節段預制拼裝梁可能由于吊裝孔及交接縫未封閉導致雨水從鋪裝層滲入吊裝孔及交接縫；或者節段澆筑施工時模板拆除后沒有對孔洞進行封堵，由于橋面鋪裝混凝土開裂及防水措施不當，導致雨水從鋪裝層滲入孔洞。進而流淌到混凝土懸臂翼緣及腹板表面，污染混凝土表面。

（3）混凝土破損，剝落掉角，蜂窩麻面，空洞孔洞、露筋等病害

跟施工期間混凝土澆筑質量存在很大關系。如：混凝土未分層下料，振搗不實，或漏振，或振搗時間不夠；木模板在澆注砼前未濕潤或濕潤不夠；模板縫隙過大；混凝土振搗不密實等。

（4）混凝土梁體泛堿

混凝土結構內的堿性物質以氫氧化鈣最容易被水溶解，在混凝土表面與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣結晶體，即產生泛堿現象。

4 病害對設計、施工關鍵技術的啟示

根據泉州灣跨海大橋北岸深水區引橋近年來的檢查結果以及病害成因分析，在施工過程中對關鍵技術進行控制可以避免后期營運期間病害的產生，提高結構的耐久性。

（1）錨固區，由于施工期間預應力張拉力較大，需要設置合理的結構、配置適量的構造鋼筋來控制錨固區附近的混凝土開裂，以保證錨固結構的安全性。

（2）短線法現場施工，做好線形控制的關鍵是模板精度的控制、匹配梁段定位控制、節段預制誤差控制以及預拱度的控制。影響安裝引起誤差的因素有箱梁節段的齡期、預應力控制、環氧膠厚度、橋面施工荷載等[3]。

（3）在箱型梁段拼裝過程中，現場測量人員應及時采集橋面控制測量控制點的幾何數據，并與目標幾何數據進行比照，監控拼裝后的橋面線型，及時對偏位情況進行調整。

（4）短線法節段拼裝橋梁須重視預應力筋的防腐，保證接縫處密封良好以及體內預應力管道灌漿密實。體外預應力筋優先環氧鋼絞線，其減震裝置和防腐措施必須安全有效。

（5）注重養護。混凝土澆筑后初凝后應及時養護。一般氣溫下采用灑水車保濕養護。冬期采用保溫棚的自然養護方案，應使保溫棚內溫度、濕度等滿足自然養護條件。同時為了控制混凝土預制梁段在拼裝過程中出現預應力引起的變形，梁段預制完成后需要在堆場存放一個月才能出運安裝。堆存時要嚴格按照堆存規則進行，避免梁段因受力過大而變形。

（6）由于橫隔板裂縫的產生，短線法施工后的橋梁在運營期間要注意對體外預應力的有效預應力情況進行檢測。

5 結語

(1)短線法因其工廠化程度高、施工周期短、質量易控制等諸多優點，應該得到更為廣泛的推廣與運用；

(2)提高現場節段預制工廠化施工要求以及質量檢查標準，提高預制節段的施工質量是提升成橋后橋梁營運安全性的關鍵；

(3)加強短線法工藝橋梁段后期養護過程中養護資料的收集、整理和對比，為今后類似橋梁的設計、施工提供重要的參考依據；

(4)建議開展短線法施工工藝橋梁營運階段的應力監控；

(5)對體外預應力后期加強維護，體外預應力防腐性能研究，對全體外預應力結構節段橋梁耐久性十分重要，必須高度重視；

(6)加強設計時高鹽、高濕等強腐蝕環境對混凝土耐久性影響的考慮。