先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土空心板梁的運(yùn)用及問題建議

李 莉，周 軍

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200292；2.上海綠地景匯置業(yè)有限公司，上海市 201400）

0 引言

先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土空心板梁以其造價(jià)低、施工方便、可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。在上海地區(qū)的內(nèi)環(huán)高架、地面橋梁及跨線橋都有大量的運(yùn)用。

1 空心板梁在工程中的運(yùn)用

2008年設(shè)計(jì)施工的烏魯木齊市外環(huán)路東北段高架工程全長約5 km，上部主要為預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)，下部均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。荷載等級：公路-Ⅰ級；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a；安全等級：橋梁設(shè)計(jì)安全等級為一級。高架主線標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?3 m、18 m、25.5 m；匝道標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)? m。基本采用跨徑16～21 m的簡支空心板梁，梁高0.9 m。標(biāo)準(zhǔn)板寬1.0 m、1.1 m。另外高架變寬處采用異形空心板，板寬1～1.2 m。

在這個工程中，空心板梁有其獨(dú)特的優(yōu)勢。

首先，從地理位置來講，烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地，地處北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，海拔680～920 m。冬季為當(dāng)年11月中旬開始到來年的3月底，大約有4個半月時(shí)間。烏魯木齊一年內(nèi)可施工時(shí)間較短，由于海拔較高，施工難度也較大。因此上部結(jié)構(gòu)需要考慮選用施工方便，且可縮短施工周期的結(jié)構(gòu)形式。

其次，從結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)來講，它材料指標(biāo)低，自重輕，工程總造價(jià)也低。

以下對預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁、預(yù)制后張法“T”形梁、預(yù)制后張法小箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)大箱梁進(jìn)行各方面特性比較。

（1）預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)

空心板結(jié)構(gòu)高度低，工廠化程度高，運(yùn)輸、吊裝方便，對地面交通影響較小，工程造價(jià)低，施工便利靈活，工期短；在施工工期較短的要求下，在景觀要求不高，高架平面線形較為簡單的地區(qū)，可采用這種結(jié)構(gòu)形式。

（2）預(yù)制后張法“T”形梁

預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁在我國已有幾十年的使用歷史，是較為常用的結(jié)構(gòu)形式，其跨越能力較大，最大跨徑達(dá)50 m左右。其缺點(diǎn)是橋梁建筑高度較高，從橋下仰視梁底，縱、橫梁密布，比較凌亂，景觀稍差。

（3）預(yù)制后張法小箱梁

小箱梁結(jié)構(gòu)也是較為常用的結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)成熟，跨徑靈活，最大跨徑達(dá)40 m左右，主梁為預(yù)制構(gòu)件，可在工廠和施工現(xiàn)場預(yù)制，待主梁安裝完畢后，澆筑現(xiàn)澆段把橋面連成整體。小箱梁的優(yōu)點(diǎn)是整體性好，耐久性佳，造價(jià)低，施工方便，對施工設(shè)備沒有特殊要求。近年來在設(shè)計(jì)等級較高的城市橋梁中運(yùn)用較為廣泛。

（4）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)大箱梁

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁整體性能好，抗扭剛度大，能適應(yīng)各種平面線型和橋?qū)挼淖兓缭侥芰σ草^大，在25～50 m左右。箱梁結(jié)構(gòu)簡潔、輕盈，線條流暢，橋下視覺較通透開闊，行車平穩(wěn)，總體上較為美觀舒適，結(jié)構(gòu)耐久性好。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工工藝成熟。

下面就這幾種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行材料指標(biāo)比選（見表 1）。

表1 幾種結(jié)構(gòu)形式材料指標(biāo)比選表

從以上的各種結(jié)構(gòu)形式的性能來講，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)大箱梁的各種性能較好，材料指標(biāo)最高；空心板梁的各種性能一般，材料指標(biāo)最低。所以空心板梁最為經(jīng)濟(jì)。

最后，空心板梁的結(jié)構(gòu)形式也要和當(dāng)?shù)氐氖┕に较辔呛稀Ｍㄟ^對以往工程的調(diào)查，空心板結(jié)構(gòu)形式在當(dāng)?shù)剡\(yùn)用普遍。對預(yù)制結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行了解，當(dāng)?shù)氐目招陌孱A(yù)制技術(shù)成熟，對預(yù)置T梁和小箱梁沒有豐富經(jīng)驗(yàn)。

因此，空心板梁作為上部最優(yōu)方案進(jìn)行推薦。

2 空心板梁的病害——“單板受力”

先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土空心板梁有很多的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的適用性，在工程中運(yùn)用較為廣泛，但是它也存在一些問題，特別是“單板受力”現(xiàn)象。“單板受力”現(xiàn)象產(chǎn)生和發(fā)展對橋梁結(jié)構(gòu)、道路行車安全產(chǎn)生了不利影響。

“單板受力”現(xiàn)象是一種綜合性病害，是由諸多病害累積而形成的。通過對以往工程的觀察與檢測，對“單板受力”的一般病害特征作以下歸納總結(jié)。

2.1 一般病害特征

（1）“單板受力”多發(fā)生于重車方向的行車道范圍內(nèi)的板梁結(jié)構(gòu)上，其他結(jié)構(gòu)形式(如T型梁橋、箱型梁橋)及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)橋梁相對病害較輕。

（2）“單板受力”病害的主要特征表現(xiàn)為其鉸縫混凝土被剪切破壞，損壞后混凝土逐步松散而脫落。雨雪水常通過破碎后的鉸縫滲入板底，留下明顯的滲水、滲漿痕跡。在橋面鋪裝層上部表現(xiàn)為沿鉸縫方向產(chǎn)生不規(guī)則的縱向裂縫，嚴(yán)重時(shí)形成一條網(wǎng)裂破碎帶。

（3）“單板受力”發(fā)展初期，當(dāng)重型車輛通過“單板受力”的空心板時(shí)產(chǎn)生明顯彈性下?lián)希蛊渑c兩側(cè)的空心板上下錯動后，形成臺階。待重車過后，這種錯動消除，又恢復(fù)原狀。

（4）如果長期經(jīng)受超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重型車輛作用，使“單板受力”現(xiàn)象逐漸加重，進(jìn)入這種病害“后期”階段，則彈性下?lián)现饾u變成塑性變形，“單板受力”的空心板與兩側(cè)的空心板之間形成永久性臺階或造成兩端伸縮縫開裂，更為嚴(yán)重的造成板底開裂。

2.2 “單板受力”現(xiàn)象的成因

“單板受力”產(chǎn)生的受內(nèi)外多種因素影響，這種病害的一般成因有以下幾點(diǎn)：

（1）橋面瀝青混凝土面層的水破壞。由于瀝青面層與防水混凝土鋪裝層在材料特性上存在較大差異，往往存在“兩張皮”現(xiàn)象。加之瀝青混凝土不可避免的滲透性，使水封閉于夾層間，首先造成瀝青面層破壞，久而久之，造成防水混凝土薄弱地帶(如局部凸起或局部低洼、微小麻面蜂窩、鉸縫處等)的唧漿、破損，直接導(dǎo)致橋面橫向作用降低。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)決定橫向整體作用薄弱。空心板梁由于受結(jié)構(gòu)高度的限制，它在強(qiáng)度與剛度方面，與箱型梁、T型梁等梁式結(jié)構(gòu)比較，相對偏小。用鉸縫來保證整個上部構(gòu)造的整體作用也比較薄弱。特別是受到超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重型車輛作用，易造成“單板受力”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（3）橋梁長期經(jīng)常性受到超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重型車輛作用。

（4）施工質(zhì)量的影響。空心板梁結(jié)構(gòu)橋梁施工工藝簡單，橋梁跨徑小。一般對其投入的施工隊(duì)伍的技術(shù)力量比較薄弱，施工機(jī)械比較簡陋，操作要求不夠嚴(yán)格，這些因素都造成橋梁的工程質(zhì)量與大型橋梁相比存在一定差距。在同一路線、同一種結(jié)構(gòu)形式的橋梁，有的發(fā)生單板受力，有的卻沒有發(fā)生，這說明預(yù)制板的“單板受力”與施工質(zhì)量有密切的關(guān)系，施工方面因素主要有：

a.預(yù)制板時(shí)為保證質(zhì)量，側(cè)模板通常使用鋼模，預(yù)留的楔狀鉸縫比較光滑，對鉸縫混凝土的聯(lián)系起到不利的作用。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，新老混凝土結(jié)合面之間的抗拉強(qiáng)度大約為混凝土抗拉強(qiáng)度的l／3，所以混凝土空心板與鉸縫之間的連接不可能十分牢靠緊密，本身就是承受荷載的薄弱環(huán)節(jié)。橋梁施工質(zhì)量較差，在出現(xiàn)單板受力的橋梁中，都存在著施工質(zhì)量問題。如鉸縫水泥混凝土振搗不密實(shí)；鋪裝水泥混凝土達(dá)不到設(shè)計(jì)厚度,鋪裝層水泥混凝土內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片綁扎不規(guī)范，間距過大，個別部位形成素混凝土。

b.橋梁下部和預(yù)制板梁等各部位標(biāo)高控制不準(zhǔn)，安裝后導(dǎo)致梁頂標(biāo)高偏高。利用橋面鋪裝層厚度來進(jìn)行調(diào)整標(biāo)高施工誤差，從而造成鋪裝厚度小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致增加了鉸縫破壞的機(jī)率。

c.每塊預(yù)制板通常都設(shè)4個支座，施工中很難保證4個支座受力完全一致。橡膠支座上有一個較大的接觸面，施工時(shí)即使是同一支座，也難以保證接觸面全面與梁板底面緊密接觸，造成受力不均勻,給梁端受剪留下隱患。

3 “單板受力”現(xiàn)象的防治

對于先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土空心板梁存在的病害，在烏魯木齊市外環(huán)路東北段高架工程中進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)防和控制，使“單板受力”現(xiàn)象盡可能得以避免。

（1）在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，全方面考慮到各種不利的情況，使橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算始終處于安全狀態(tài)。

（2）鉸縫內(nèi)混凝土充分振搗，鉸縫內(nèi)混凝土標(biāo)號必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且鉸縫混凝土須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方能通車使用。

（3）采取板頂拉毛，清除板頂泥漿，加強(qiáng)混凝土鋪裝層與行車道板粘結(jié)。使其成為整體共同受力。

（4）梁體頂面預(yù)埋伸出抗剪鋼筋并與鋼筋網(wǎng)綁扎或焊接，以增加鋼筋網(wǎng)的抗拉性能和橋面鋪裝的抗剪能力。

（5）預(yù)制板側(cè)面需認(rèn)真鑿毛，并仔細(xì)清除由于鑿毛而產(chǎn)生的松動的混凝土塊，以增強(qiáng)新舊混凝土之間的粘結(jié)和抗剪能力。鉸縫混凝土澆筑前，應(yīng)對梁體側(cè)面進(jìn)行灑水濕潤,以保證新舊混凝土之間的良好結(jié)合。

（6）增強(qiáng)鉸縫鋼筋，鋼筋由Φ8全部改為Φ12，彌補(bǔ)過去鉸縫設(shè)計(jì)的抗剪切能力的不足。

（7）梁底支座范圍內(nèi)進(jìn)行找平，使梁底和支座水平放置，盡可能保證接觸面全面與梁板底面緊密接觸。

（8）加強(qiáng)施工前的技術(shù)交底，督促項(xiàng)目部對施工操作人員和試驗(yàn)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，提高施工技術(shù)和施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土空心板梁以其自身的優(yōu)勢在小跨徑橋梁工程中運(yùn)用較為廣泛，尤其在受場地和工期限制，且其跨數(shù)較多時(shí)，它的經(jīng)濟(jì)效益更為突出。但在工程使用時(shí)，也要注意它存在的一些隱患和不足，就此提出一些結(jié)論和建議：

（1）超過幾何尺寸限制的超限車輛和超過設(shè)計(jì)荷載的超載車輛的疲勞沖擊作用是造成橋面損壞、鉸縫破損和“單板受力”的根本原因，因此有必要采取措施限制超載、超限。

（2）基于出現(xiàn)“單板受力”的原因分析，我們需要在設(shè)計(jì)階段捉出有針對性的加強(qiáng)措施，將此種病害消滅于萌芽狀態(tài)，以確保完工后的橋梁正常使用。

（3）根據(jù)ANSYS分析結(jié)果，底板加固更能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，有利于防止出現(xiàn)“單板受力”，因?yàn)榈装逶诤奢d作用下一般處于受拉狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部連接松弛，容易產(chǎn)生微裂縫，就會降低結(jié)構(gòu)剛度，因此從底板增加鋼板連接的效果比在頂板增加聯(lián)系的效果好。

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[2]范立礎(chǔ).橋梁工程（上）（土木工程專用）[M].北京：人民交通出版社，2001.

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