曲線連續剛構橋典型病害及處理對策

黃俊權，周尚實

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

伴隨著經濟的發展和社會的進步，橋梁的種類趨于多樣化，連續剛構橋逐漸成為施工設計橋型的主要選擇之一。國內的連續剛構橋從20世紀90年代開始得到逐步應用，到現今的發展歷史并不算長，但也在施工上及成橋運營過程中出現了不少問題，曲線連續剛構橋的問題尤為明顯。本文主要對曲線連續剛構橋的一些病害問題進行探討。

1 曲線連續剛構橋的特點

曲線連續剛構橋受到自身曲率的影響，在自重狀態或有外部豎向均布荷載的狀況下，本身自帶偏心作用，使得主梁發生扭轉及彎曲，形成彎扭耦合作用。其結構受力具有以下特點：

(1)自重狀態下，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、自重更大，彎矩作用也相對更明顯。

(2)主梁自帶偏心作用產生扭矩。

(3)主梁在彎曲和扭轉的同時作用下，產生撓曲變形。

(4)墩梁固結。中墩和主梁墩梁固結，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，適應由于施工預應力、溫度應力、混凝土徐變等作用引起的縱向變形或位移。

2 曲線連續剛構橋的典型病害

根據曲線連續剛構橋在結構受力上的特點，歸納以往同類型橋梁出現過的病害，曲線連續剛構橋的典型病害可分為以下幾種：(1)主梁開裂；(2)跨中下撓；(3)下部構造破壞；(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 設計問題分析

(1)設計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力，當配筋不足時，混凝土因抗拉性能較差導致受拉開裂。

(2)預應力設計不合理。過大的縱向預應力導致主梁預拱過大，底板產生橫向裂縫；偏小的縱向預應力使主梁預應力無法抵消來自上部結構的荷載，隨著時間的推移，橋梁跨中產生下撓形成裂縫；橫向預應力設計不合理，翼板處預應力和外部荷載未能有效抵消，導致頂板產生縱向裂縫；豎向預應力設計不合理，腹板剛度不足產生斜裂縫。

(3)不合理的箱梁截面尺寸。過大的箱梁截面會增加主梁自重，增加主梁的彎矩、扭矩效應；偏小的箱梁截面尺寸，易導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，主梁不能很好適應外部荷載、溫度應力、混凝土收縮徐變等帶來的變形，進而導致裂縫的產生。

(5)對鋼筋和預應力鋼束之間、鋼筋和鋼筋之間、預應力鋼束和預應力鋼束之間的沖突考慮不足，導致設計和實際施工不符，主梁的受力狀態在實際施工和理論計算上不一致。

(6)曲線橋的預應力鋼束按直線橋的預應力鋼束進行設計計算。

3.1.2 施工問題分析

(1)預應力施加不規范。張拉過程中若出現漏油、油泵和千斤頂不對應、波紋管位置不正確、張拉過程穩壓時間不足、千斤頂未及時標定等，都容易使施加的預應力不符合要求[1]。橫向預應力不足時，翼板受到過大的彎拉應力形成縱向裂縫；豎向預應力不足時，腹板剛度欠缺，易產生腹板斜裂縫，而目前豎向預應力采用“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預應力錨固系統(見下頁圖1)”來取代“精軋螺紋鋼豎向預應力錨固系統”，大幅提高了豎向預應力的可靠性，然而在實際張拉過程中，“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預應力錨固系統”的二次張拉受到豎向預應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”的施工質量等方面因素的影響，也容易損失豎向預應力，導致豎向預應力不足；同時，施工過程中若預應力筋保護不到位導致銹蝕、壓漿質量差、單端張拉的擠壓錨施工不規范等問題，都是影響預應力穩定的不良因素。

圖1 二次張拉低回縮鋼絞線豎向預應力錨固系統結構圖

(2)箍筋、鉤筋布置不正確或數量不足。由于頂板、腹板和底板大多數被設計為變截面，箍筋、鉤筋加工的長度也需要長短不一。當施工人員對鉤筋的安裝不夠重視時，如果將長度不一的鉤筋安裝在錯誤的位置，會使鉤筋無法有效鉤住上下層鋼筋，導致梁體的整體性變差，在張拉過程中，會使混凝土抗拉性能不足，梁體的內外側、上下層之間會產生縱向分層裂縫。

(3)鋼筋安裝不規范。鋼筋綁扎、焊接質量差，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，梁體受力后內部產生其他應力或保護層不滿足要求，梁體開裂風險增大。

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

(5)混凝土澆筑不規范。模板漏漿、過振或漏振形成的混凝土蜂窩、麻面、漏筋等，導致成品質量降低；梁頂面未及時進行二次收面也易產生裂紋。

(6)養護不到位。混凝土保濕養生不全面，養護時間不足，混凝土產生干縮開裂。

3.1.3 材料問題分析

(1)骨料級配不理想，混凝土孔隙率變大，強度降低。

(2)水灰比大，水泥顆粒相對較少，水化反應后水分蒸發多，顆粒間距偏大，孔隙率大，混凝土強度降低[2]。

(3)原材料溫度高，混凝土水化熱大，形成較高的溫度應力導致混凝土裂縫。

3.2 跨中下撓原因分析

(1)預拱度設置偏差。懸臂現澆所使用的掛籃未進行預壓或預壓不規范，對掛籃的沉降、回彈等參數認識不足，且預應力拱起時間長度、拱起高度難以估計，這一系列因素都會影響懸臂梁預拱標高的準確性。

(2)混凝土徐變?；炷羶炔款w粒之間始終存在裂隙，在荷載作用下顆粒之間進行相對滑動，導致混凝土不斷變形。

(3)張拉預應力損失。結構施加預應力時，混凝土養護時間不足，混凝土的彈性模量偏低，沿預應力方向的混凝土就會變形增大，導致預應力損失增加；預應力管道隨懸臂節段不斷增長的同時，預應力束和波紋管之間的摩阻系數不斷增大，鋼束的實際張拉力和理論計算的張拉力就會產生偏差。

(4)張拉預應力松弛或失效。壓漿質量差、鋼絞線銹蝕等情況導致鋼絞線強度逐漸下降直至鋼絞線繃斷，預應力無法抵消上部構造傳來的荷載。

(5)裂縫的發展對跨中下撓產生不利影響，兩者之間相互關聯并惡性循環發展。

(6)車輛超載。

3.3 下部構造破壞原因分析

(1)設計對曲線大跨徑橋梁的墩身抗彎扭能力考慮不足。墩身在設計時一般會考慮其抗壓性能、縱向抗彎、抗推性能等，對于曲線橋梁來說，墩柱還會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。當橋梁同時存在縱向位移時，墩柱被帶動受到縱向彎拉，和偏心荷載發生耦合作用形成彎扭。當墩柱抗彎扭性能不足時則發生破壞。

(2)套筒連接不牢靠。墩柱鋼筋在連接時一般采用套筒連接，其連接性能受到鋼筋螺紋絲頭加工質量、套筒質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螺紋絲頭長度不一、粗細不同、鋼筋貼合面不平整、絲頭生銹或附著雜物等情況，嚴重影響套筒連接的質量，進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、模板接縫對拉封堵不牢靠導致漏漿甚至露筋等情況發生，影響墩柱的成品質量。

(5)振搗不到位，出現蜂窩麻面等情況，混凝土質量不滿足設計要求。

(6)養護不到位。由于養護過程繁瑣、部分施工工期緊張等原因，在養護時間沒達到要求的情況下就進行了下一工序的施工，導致混凝土的開裂等。

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

3.4 成橋線形差原因分析

(1)模板和上一節混凝土之間搭接不良，存在空隙形成錯臺。

(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，測量放樣過程中，曲線點和點之間的間距過大。

(4)施工過程不平衡澆筑導致翹曲。

(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高沉降。

(6)跨中下撓，橋面標高起伏不一。

4 病害防治措施

為減少曲線連續剛構橋病害的發生，根據病害產生的原因，對相關病害分別采取相應的預防及處理措施。

4.1 主梁開裂

4.1.1 設計方面

(1)箱梁下緣設計選擇合適的曲線。在合龍段盡量增大箱梁下緣的曲線半徑，減少預應力鋼束的徑向作用力；同時也要考慮，過大的箱梁截面會導致梁體自重過大，過小的箱梁截面會導致梁體抵抗變形能力不足。

(2)合理設計預應力大小及預應力鋼束位置，避免預應力過大過集中拉崩混凝土，或預應力偏小導致主梁抵抗變形能力不足。

(3)墩柱設置合理的柔度。墩柱通過設計合理的截面尺寸、配筋率以及保護層，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由外部荷載、溫度應力等因素引起的位移。

(4)底板、頂板布置足夠的箍筋及鉤筋，使預應力鋼束在張拉過程中對混凝土產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原材料溫度、混凝土入模溫度進行控制，明確澆筑過程中混凝土的溫度控制措施(如增加冷卻管等)及監控措施，避免產生溫度應力對混凝土產生不良影響。

(2)選擇水化熱小的水泥、級配良好的骨料等，通過摻入適當的外加劑種類及劑量，降低水泥用量，達到既降低混凝土的水化熱又保證混凝土強度的效果。

(3)對原材料、半成品等做好防雨防潮防銹措施，避免材料質量偏離設計要求。

4.2 跨中撓度過大

(1)設計合理截面尺寸，提高結構的承載能力。

(2)設置足夠的預拱度。預拱度的設置應充分考慮懸臂施工期間的混凝土自重、張拉預應力、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堆載對懸臂梁豎向位移的影響；同時要考慮成橋運營期間的車輛荷載、混凝土長期徐變對下撓的影響。

(3)合龍段增加勁性骨架、合龍前對上一節段混凝土分別施加水平對頂力，有利于減小混凝土之間的空隙，減小跨中的下撓。

(4)盡可能減小混凝土徐變。通過控制混凝土的水灰比、選擇級配良好的骨料、澆筑混凝土時充分振搗等措施，減少徐變對結構的影響。

4.3 下部結構破壞

(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)用通止規對鋼筋螺紋絲頭、套筒進行出廠檢查，鋼筋安裝過程嚴格進行質量驗收，對模板安裝的牢靠性進行驗算、檢查，澆筑過程控制好振搗棒插入深度、振搗距離、振搗時間，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?；炷恋目沽逊栏δ?。

4.4 橋梁線形差

(1)墩梁固結，支座處設置臨時固結或臨時墩，并在合龍施工完成前對支座進行限位，確保施工過程中主梁的標高及平面位置不產生過大的偏移。

(2)掛籃施工澆筑前檢查鋼吊帶順直度、松弛度，并復核標高及平面位置。

(3)對掛籃后錨、模板后錨的精軋螺紋鋼施加一定的預應力。

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

5 結語

曲線連續剛構橋梁的設計及施工均已較為成熟，但其大量的鋼筋、多向的預應力以及多次的受力體系轉換，使連續剛構橋在施工過程中出現了較多的沖突，對設計及施工展現了較高的要求。設計時為確保實際施工質量以及工程安全，應考慮理論設計轉換到實際施工的有效性，適當提高設計安全系數。連續剛構橋實際施工應與時俱進，和現代科技進行有效結合，為施工創造更為良好的條件。