高等級公路多跨預(yù)制梁板橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)破損探討

吳 俊

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司)

對于基本跨徑組合是 13m、16m、20m的多跨預(yù)制空心板橋,不論是普通鋼筋混凝土還是預(yù)應(yīng)力混凝土,傳統(tǒng)的設(shè)計方法是上部結(jié)構(gòu)直接套用現(xiàn)成的簡支梁板標準設(shè)計圖,近年來隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施投資的逐年加大,使得高等級公路正得到迅猛發(fā)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(yù)制空心板橋采用簡支梁橋面連續(xù)結(jié)構(gòu),設(shè)計簡便快捷、施工工藝簡單、養(yǎng)護方便、節(jié)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(wù)水平,因此,目前大多數(shù)高速公路中小橋在設(shè)計上均采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

1 橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)破損分析

連續(xù)梁橋與簡支梁橋最大的區(qū)別在于連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)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(xù)結(jié)構(gòu)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(xù)處傳遞水平荷載,對上部結(jié)構(gòu)—梁板而言,橋面連續(xù)后上部結(jié)構(gòu)受力體系沒有發(fā)生改變。但對于下部結(jié)構(gòu),情況就發(fā)生了改變,由于橋面連續(xù),使上部對下部作用的水平荷載的傳遞完全發(fā)生了改變,橋面上任何跨或位置內(nèi)的水平作用力,可以直接通過墩頂支座傳遞給下部結(jié)構(gòu),其內(nèi)力分配方式也與簡支體系完全不同,而與連續(xù)體系相似。因此,評價下部結(jié)構(gòu)的受力,應(yīng)把橋面連續(xù)后的上部結(jié)構(gòu)視為連續(xù)梁來處理。

近年來,隨著交通量的迅速增長,對橋梁結(jié)構(gòu)使用性能提出了更高的要求。與此同時,預(yù)制空心板簡支梁橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)也不可避免地暴露出一些缺陷,集中體現(xiàn)在板端橋面連續(xù)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(xù)在順橋向位于墩頂負彎矩區(qū),在荷載作用下必然產(chǎn)生較大的拉力,由于預(yù)制板為簡支狀態(tài),受力主要由橋面連續(xù)混凝土及鋼筋承擔,而傳統(tǒng)的橋面連續(xù)內(nèi)設(shè)置的鋼筋極少(一般按 20cm間距布設(shè)),從而導(dǎo)致橋面開裂。

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

(3)橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)所用的混凝土為普通混凝土,在受力較大且在車輛產(chǎn)生的豎向震動和預(yù)制梁板變形產(chǎn)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(dǎo)致橋面破損。

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

(5)空心梁板在行車過程中會產(chǎn)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(xù)的破壞。

(6)施工中沒有嚴格按照設(shè)計要求進行施工質(zhì)量控制,導(dǎo)致連續(xù)端本身存在某種缺陷,如混凝土振搗不密實、橋面連續(xù)處混凝土配比不符合設(shè)計要求、預(yù)應(yīng)力筋張拉不到位、連續(xù)斷鋼筋焊接不牢固、管道壓漿不飽滿、現(xiàn)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(xù)結(jié)構(gòu)存在認識不足,對涉及橋面連續(xù)施工的相關(guān)措施沒有認真對待,伸縮縫設(shè)置和安裝不當、支座設(shè)置不當、個別支座脫空、支座破壞、梁板預(yù)制和安裝時控制不嚴格使梁與梁或梁與臺背間隙過小,導(dǎo)致應(yīng)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(xù)的受力特性。

2 橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)的改進措施

通常采用以下以下幾種措施來進行調(diào)整改進。

(1)合理選用和安裝支座。

與一般連續(xù)梁不同的是,橋面連續(xù)體系墩頂具有雙排支座,需簡化成單排后,再按一般的連續(xù)梁體系分析計算墩頂與橋面連續(xù)的合成剛度。橋面連續(xù)后無論制動力或溫度應(yīng)力的傳遞都與支座及墩臺的合成剛度有關(guān),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(xù)的下部結(jié)構(gòu),這在先簡支后連續(xù)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(xù)中普遍采用。

由于橋面連續(xù)后上部結(jié)構(gòu)可視為連續(xù)梁,其溫度變形較單跨溫度變形大,連續(xù)的跨數(shù)越多其差值就越大,但連續(xù)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(xù)橋跨兩端支座,所以在全橋統(tǒng)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(jié)構(gòu)形式在不同地區(qū)的溫度變化是不同的,應(yīng)酌情采用不同性能的支座。合理設(shè)置和使用橋梁支座,不僅能使橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)性能得到進一步改善,而且對節(jié)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(huán)節(jié)非常重要,安裝前應(yīng)檢查產(chǎn)品合格證書中有關(guān)技術(shù)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(shè)計要求時不得使用;否則以后再更換支座將很麻煩,應(yīng)仔細校核水平面,支座不得發(fā)生偏歪,不得脫空,安裝位置應(yīng)準確,例外,預(yù)制梁板在安裝過程中要特別注意對支座結(jié)構(gòu)的保護,以防損壞影響日后正常使用。

(2)調(diào)整橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋和混凝土。

據(jù)橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)的特性,在簡支梁跨與跨之間增加跨兩端的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),即增加一定寬度的現(xiàn)澆混凝土濕接頭(中橫梁)。對于 13m、16m跨徑預(yù)應(yīng)力空心梁板,墩頂連續(xù)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(yù)應(yīng)力空心梁板,可在墩頂連續(xù)設(shè)預(yù)應(yīng)力負彎矩連續(xù)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(yù)制梁、絞縫及墩頂整體化,全橋成一體共同受力,與連續(xù)結(jié)構(gòu)基本一致。

同時將原橋面連續(xù)中順橋向布設(shè)鋼筋直徑適當調(diào)大、同時鋼筋間距減小(如 20cm可變?yōu)?15cm),以增強橋面連續(xù)抵抗負彎矩的能力。在橋面連續(xù)范圍內(nèi),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(xù)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(xù)結(jié)構(gòu)施工樁基礎(chǔ)的橋梁,為有效減小車輛荷載產(chǎn)生的震動對橋面連續(xù)的影響,將相鄰兩跨板的板端共 30m范圍內(nèi),在預(yù)制板頂、橋面連續(xù)底設(shè)置 3mm厚橡膠墊層,替代原兩邊瀝青并設(shè)置一層塑料薄膜墊層,同時將原兩跨板端間填充的輕質(zhì)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(dǎo)致的破損。

(4)控制好伸縮縫施工。

采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)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(tǒng)一設(shè)在中小橋橋臺處,或聯(lián)與聯(lián)橋墩處。根據(jù)橋長或聯(lián)長,考慮橋梁所受制動力,溫度應(yīng)力、混凝土收縮或徐變、伸縮縫設(shè)置位置等,計算出伸縮處位移量,再確定一定規(guī)格的伸縮縫裝置。

3 結(jié) 語

從理論上講,伸縮縫為橋面連續(xù)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(dǎo)致臺背被混凝土擠碎,也有伸縮縫預(yù)留槽口太小,預(yù)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(xù)正常使用功能。所以在伸縮縫施工安裝過程中,除按設(shè)計要求選擇合格產(chǎn)品外,伸縮縫處梁端(臺背)槽口、預(yù)留筋位置要準確,梁端預(yù)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(shè)斷縫,安裝時還應(yīng)考慮梁板最高氣溫和安裝時的溫度。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程(土木工程專業(yè)用).人民交通出版社,2001.

[2]《公路工程質(zhì)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(shè)工程監(jiān)理總公司 .北京交通管理學院.