大跨径连续刚构桥梁常见问题与对策的研究

胡 未 谢伟伟

（赣州博达公路有限公司，江西 赣州341000）

1 常见病害

经过对国内已建成的大跨径连续刚构桥梁的来看，通过调查，我国已成的大跨径连续刚构桥梁中，出现的病害主要有以下几种情况：跨中挠度过大；箱梁腹板、底板产生裂缝；墩顶0#梁段开裂；桥墩墩身裂缝。

2 裂缝形成的原因

目前，我国大跨径预应力混凝土连续梁桥裂缝形成的原因，主要有以下几方面：在主桥总体设计中，跨径比例、箱梁截面尺寸的拟定不合理；结构设计抗弯剪能力不足；对有预应力钢束引起的附加力估计不足；对温度应力的重视不够；施工质量不好，其中包括：混凝土浇筑与养生不好、预应力钢束的保护层厚度达不到设计要求、支架与模板变形过大、预应力张拉力不足、灌浆不及时或其它质量问题等。

2.1 腹板斜裂缝原因分析

腹板偏薄；取消了竖弯束；竖向预应力筋作用不如初期设计期待的好；施工粗糙，未达设计要求。

2.2 跨中底板纵向裂缝原因分析

底板厚度偏薄；横向普通钢筋配设不强；张拉锚固未分批次张拉和未及时进行孔道灌浆。

2.3 顶板纵向裂缝原因分析

主梁截面箱宽与翼板宽不当，横向预应力钢束设置不合理；横向预应力钢束张拉时间不当，造成横向预应力分布不均匀；箱梁温度应力计算与实际清况不符。

3 后期主梁下挠过大的原因分析

后期主梁下挠过大的原因主要有以下几个方面：当前大型预应力混凝土连续刚构桥梁一般采用泵送混凝土浇筑，混凝土强度高、水灰比较大，各种添加剂(减水剂、早强剂、缓凝剂)多，对混凝土的收缩徐变特性有较大的影响，尤其是对混凝土后期徐变的影响。加载龄期对混凝土的徐变有较大影响。预应力度的大小对混凝土的徐变有影响。混凝土徐变变形加大，预应力束的预应力损失也相应加大，进一步减小了预应力度，从而导致主梁下挠变形值加大。

4 设计与施工对策

从对连续刚构桥出现问题的原因进行分析的结果来看，其实这些问题在早期并不影响结构的整体安全，但随着时间的推移，会逐渐降低结构的耐久性。针对大跨径连续刚构桥问题出现的特点，在设计与施工中可以采取相应的有效措施，来克服和尽量减少问题的产生。

4.1 箱梁裂缝的预防

根据现有桥梁问题的产生，箱梁的裂缝主要出现在腹板、底板和顶板，腹板裂缝多出现在L/4～L/8之间，底板裂缝多出现在跨中部位及边跨现浇段。分析原因，主要是腹板内的剪应力、主拉应力和局部拉应力场作用的结果。针对这些情况，在设计与施工中可以采取以下措施：

选择合适的箱梁下缘曲线。大跨径连续刚构桥多采用变截面箱粱，底板下缘曲线常采用半立方抛物线和二次抛物线。采用二次抛物线可以使箱梁L/4～L/8段的梁高减小，减小了结构自重，但对克服该区段的主拉应力不利。

设计合适可靠的竖向预应力。箱梁施加竖向预应力的主要目的是克服主拉应力，竖向预应力的有效性，对箱梁腹板的受力影响很大。竖向预应力常采用精轧螺纹粗钢筋或钢绞线。

增加纵向预应力下弯束。由于竖向预应力的施工质量很难完全达到设计要求，适当增设腹板下弯束，对克服腹板内的主拉应力和剪应力有利，同时下弯束应弯至截面高度的2/3以下。在中跨跨中及悬臂中部设置横隔板，提高箱梁畸变刚度，从而提高箱梁受力的整体性。

适当增加边跨现浇段的底板和腹板厚度，并设置足够的防崩钢筋。由于受力和锚固的需要，边跨底板预应力束在边跨现浇段向顶板方向弯曲，且该处钢束竖弯曲线半径较小。钢束弯曲产生的附加径向力使预应力管道下缘混凝土承受径向荷载的作用，底板因受过大的径向力而容易产生崩裂。

合拢段的混凝土标号提高半级或一级。由于连续刚构桥往往具有跨度大，施工过程存在结构体系转换的特点。合拢段不但是结构最薄弱的部分，而且该部分为后浇混凝土。箱梁合拢段混凝土的浇注，使得结构由原来的静定结构转换成了超静定结构，同时由于合拢温度的影响，使得该部分的应力状况相对较为复杂，提高混凝土的等级，可以提高结构的抗裂效应。

合理确定箱宽与悬臂翼缘宽的比例，合理设置横向预应力钢束，使顶板在各种工况情况下不出现引起开裂的拉应力。适当加强桥面铺装钢筋，如混凝土桥面，则应注意设置混凝士桥面变形纵向缝的位置。根据计算分析，合理设置箱梁桥面板横向预应力钢束张拉锚固程序，分批张拉横向预应力钢束，使横向预应力分布趋于均匀。

4.2 墩顶0#梁段裂缝预防

通过分析，这些裂缝的产生主要是由于温度内力、主梁预加应力及混凝土收缩引起的。为了防止裂缝的产生，设计与施工中可以采取以下措施：

箱梁0#梁段的横隔板的厚度不宜太厚，应尽可能与顶板、腹板的刚度匹配，以改善箱梁0#梁段的受力状况。

由于主墩墩顶弯矩较大，而墩、梁交接处为2次施工的分界点，使得该处受力不利。因此箱梁0#梁段的竖向预应力可延伸至墩顶以下5～10m，以改善墩、梁交接处的受力。

设置足够的底板钢筋，必要时设置临时预应力。在箱梁0#梁段的内、外主筋的表面设置防裂钢筋网片，同时箱梁0#梁段的混凝土中可加入抗混凝土开裂的杜拉纤维或钢纤维，以提高结构的抗裂性能。

4.3 桥墩墩身裂缝预防

根据大跨径连续刚构桥的受力特点，其墩身大多为柔性墩，常见的有双肢薄壁墩和空心薄壁墩。双肢薄壁墩常用于墩身不高的情况，墩身较高常采用空心薄壁墩。分析大跨径连续刚构桥墩身开裂的原因，均是由于混凝土的收缩、日照温差、内外温差的影响，而造成表面开裂。为了减小混凝土的收缩，增强混凝土的抗裂性，设计与施工中除了配置足够的受力钢筋外，尚应在主筋的外表面设置防裂钢筋网片，同时在混凝土中加入一定的抗裂防水膨胀剂。

4.4 跨中挠度过大预防

很多大跨径连续刚构桥梁虽然在主梁的设计中设有足够的预拱度，但在建成通车一段时间后，箱梁跨中均出现不同程度的下挠，这不但给行车带来麻烦，而且会使结构开裂、破坏，给结构带来安全隐患。因此，在设计与施工中可以采取以下措施：

适当增加梁高，提高结构的承载能力。高、跨比是影响主梁受力的主要参数，适当增加梁高，可以提高结构的承载能力。

梁高，可增加主梁的刚度，改善主梁应力状况。根据设计经验，国内早期连续刚构箱梁根部梁高一般为中跨长度的1/16～1/18，近期设计的连续刚构桥，箱梁根部梁高一般为中跨长度的1/16～1/17。

设置足够的施工预拱度。混凝土的收缩徐变对挠度的影响较大，而根据目前的理论，较难准确计算，因此适当加大跨中预拱度，以抵消箱梁的后期下挠。

增加底板预应力束，并采用分批张拉，部分底板预应力束可滞后1年左右的时间，待混凝土完成一定的收缩、徐变后再张拉。

在中跨底板适当设置体外备用钢束，待需要时进行张拉。

延长混凝土的加载龄期，减少徐变对结构的影响，如工期容许，要求纵向预应力的张拉龄期不少于7d。

在施工中要控制混凝土的坍落度最好在18厘米以下，并且尽可能的延长混凝土的加载龄期，并加强施工控制，保证主梁设计线形。

5 结束语

虽然连续刚构桥不论在设计方面还是在施工方面，都有较为成熟的经验，而且在国内建成较多，但由于目前对连续刚构桥梁认识的局限性，很多大跨径连续刚构桥均出现了不同程度的病害。如何克服和尽量减少病害的产生，是目前在设计与施工过程中急需解决的问题。

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