凌云大桥桥面系伸缩病害分析和防治措施

齐伟 任鹏飞

1.当涂县市政管理所 安徽 马鞍山 243100 2.东南大学 江苏 南京 211189

桥梁是公路的重要组成部分，是确保公路畅通的咽喉。桥梁发生病害后如果不及时处理整治，轻则损害桥梁结构影响公路畅通，重者导致桥梁垮塌，给国家和人民财产造成重大损失，带来恶劣的社会影响，因此，我们需要重视桥梁的病害防止[1]。

钢管混凝土拱桥因其自重小、承载力高、造型优美等优点，作为桥梁的基本桥型之一，在工程中被广泛应用[2]。随着桥梁服役时间地增长，各种原因导致的各种病害也会随之出现。在凌云大桥这种钢管混凝土系杆拱桥中，桥梁构件繁多，桥面系的伸缩病害更是时有发生。例如，在温度、收缩和徐变等作用下，纵梁会伸长或者收缩变形[3]，当纵梁活动端预留缝隙不足时，纵梁的纵向变形会受到约束，导致纵梁活动端部挤压；吊杆的下部吊点会随着纵梁的伸长和收缩而移动，导致吊杆发生倾斜，吊杆与桥面封板相交处发生挤压，桥面封板混凝土破碎。桥面系的伸缩病害会直接影响桥梁上部结构的正常伸缩，影响上部结构内力分布。为防止这些桥面系伸缩病害的进一步发展，有必要对这些病害进行及时地研究和处理。

1 工程概况

某地区凌云大桥为5跨自锚式钢管混凝土系杆拱桥，跨径组合为29.4+80.5+93+80.5+29.4m，桥梁总长312.8m，桥宽30m，桥面分幅为15.9m（车行道）+22.1m（分隔带）+24.95m（人行道），如图1所示。结构构造由主拱肋、吊杆、横梁、纵梁、桥面板、系杆等上部结构和桥台、桥墩、群桩基础等下部结构构成，主拱肋拱脚水平推力通过系杆来进行平衡。

图1 凌云大桥立面示意图

吊杆上端锚固在主拱肋上，然后穿过桥面封板，下端锚固在吊杆横梁上，钢横梁位于拱和梁相交处，和主拱肋焊接连接。纵梁为横梁之间的联系，不直接支撑桥面板，纵梁采用部分预制，然后通过现浇湿接缝和横梁形成整体，以增加横梁的整体稳定性。

该跨共设有5道中纵梁和2道边纵梁，其中3道中纵梁位于两个主拱肋之间（从东向西分别为3#、4#和5#），2道中纵梁分别位于2个主拱肋正下方（东侧主拱肋下方为2#中纵梁，西侧主拱肋下方为6#中纵梁），2道边纵梁位于横梁的两端（东侧为1#纵梁，西侧为7#纵梁），纵梁和横梁布置如图2所示。

图2 第2跨纵梁和横梁平面示意图

该桥主跨横截面如图3所示。

图3 第2跨2#中纵梁活动端

图3 凌云大桥主跨横截面示意图

2 桥面系伸缩病害情况

在该桥主跨（第2跨、第3跨、第4跨）的纵梁中（见图1和图2），其中一端为固定端（即中纵梁与钢横梁采用现浇钢筋混凝土固结），另外一端为活动端（即中纵梁与钢横梁之间有预留6 cm缝隙），在每跨的纵梁活动端上方桥面上各设有一条伸缩缝，以适应桥面温度变化、收缩和徐变等因素导致的桥面系伸长或收缩。其中第2跨在南侧为固定端，在北侧为活动端，其中第4跨在南侧为活动端，在北侧为固定端。

图4 第2跨2#中纵梁活动端开裂和挤压

2021年9月份在进行桥梁常规检测时，发现桥面系中第2跨两侧主拱肋下的2#中纵梁和6#中纵梁活动端预留伸缩缝隙消失，端部出现了严重挤压，在2#中纵梁活动端端部产生了较大的倾斜裂缝，裂缝长度约1m，6#中纵梁活动端混凝土破损严重，如图3 ～ 5所示。第2跨其余的中纵梁活动端预留缝隙正常，同时在该桥第4跨（对称跨）中纵梁活动端预留缝隙同样无异常。

在第4跨东侧和西侧的主拱肋下，靠近活动端的吊杆（最短吊杆）与桥面封板相交处的周围混凝土发生挤压情况，混凝土开裂破损严重，如图6所示。靠近固定端的其他吊杆无类似病害。

图6 第4跨吊杆封板处混凝土破损

3 桥面系伸缩病害原因分析

为了更好的针对该病害进行维修和处理，有必要对该病害的原因进行细致的分析，从而可以对病害进行精准的进行预防和处理，以防止或减少类似病害的再次发生。

3.1 中纵梁活动端挤压病害原因分析

对于一般的钢管混凝土拱桥，纵梁活动端出现挤压病害情况较少，通常情况下为施工不当所致，该钢管混凝土拱桥的中纵梁活动端挤压情况，可能的原因为施工时活动端伸缩预留缝隙不足。

根据该桥设计施工图，2#中纵梁的活动端伸缩预留量为6cm，以满足上部结构的正常伸缩要求。如果施工时缝隙处没有按照设计要求进行预留或者缝隙的预留量不足时，则会导致2#中纵梁在温度等作用下伸长变形，顶住钢横梁，不能正常伸缩变形，进而受到挤压，产生上述病害。如果施工时缝隙预留太大，桥面系的伸缩变形会导致对吊杆产生不利影响。

3.2 中纵梁活动端开裂病害原因分析

梁的混凝土开裂病害比较常见，尤其是斜裂缝[4]。通常情况下如果在主拉应力方向的配筋不足，则会在梁的两端发生与梁轴线成45°方向的倾斜裂缝。该桥2#中纵梁和6#中纵梁活动端的裂缝和配筋示意分别见图7和图8。

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图7 中纵梁活动端裂缝示意图

图8 中纵梁活动端配筋示意图

针对该桥2#中纵梁活动端的开裂病害产生原因，现进行原因分析如下：

（1）相邻吊点下沉

桥面系的自重以及活荷载由横梁和吊杆传递到主拱肋上，中纵梁的活动端通过支座支撑在主拱肋或钢横梁上，中纵梁不支撑桥面板，所以基本不受力，中纵梁主要作用是增加横梁的整体性。中纵梁的截面尺寸和配筋率较小，抗弯和抗剪承载力不高，当临近的吊杆下沉时，则会导致中纵梁的受力，并产生较大的弯矩和剪力，如果中纵梁自由端承载力不足，则会发生混凝土的局部开裂或者破碎。

（2）中纵梁端部抗剪能力不足

根据该桥设计施工图纸，2#中纵梁的活动端钢筋设有纵向主筋和箍筋（见图5），但是纵向主筋在端部没有弯起，也没有设置其他的抗剪钢筋，从而导致2#中纵梁的活动端抗剪承载力不足。如果在2#中纵梁端部出现较大的剪力作用时，则会产生倾斜的裂缝病害。

图5 第2跨6#中纵梁活动端挤压

（3）中纵梁端部偏心挤压

3.3 吊杆与桥面封板混凝土挤压病害原因分析

针对该中承式钢管混凝土拱桥，吊杆在穿过混凝土桥面封板时，吊杆与封板紧密相接，无预留的伸缩缝隙。各个吊杆中靠近拱脚处的吊杆最短，刚度较大。混凝土封板随着桥面系进行反复的伸缩变形时，会导致吊杆的下端随着桥面系产生水平的位移，并且靠近活动端拱脚处的吊杆下端位移量最大，由于吊杆的上端相对来讲变位不大，基本可以认为保持不动，从而导致吊杆产生倾斜（活动端吊杆倾斜最严重），对吊杆周边混凝土进行撬动，产生封板混凝土破坏、破碎等病害。桥面系伸缩变形前后的吊杆变形如图9所示。

图9 吊杆变形前后示意图

其他吊杆的虽然也会有水平位移量，但是吊杆相对较长，可通过吊杆的变形吸收一部分，但是也会对桥面的混凝土封板产生撬动，长期反复的撬动挤压也会对封板混凝土产生破坏。反之，由于封板对反复阻挡吊杆，也不利于吊杆的受力，尤其是刚度较大的短吊杆。

4 桥面系伸缩病害处理和防治建议

4.1 桥面系伸缩病害处理建议

通过对该桥的桥面系伸缩病害原因进行综合的分析，建议及时的采取措施对桥面系伸缩病害进行处理，以减少病害的发展，同时提升桥梁的安全性和服务水平。综合以上原因分析，建议采取以下措施进行处理：

（1）检查2#和6#中纵梁活动端病害处相邻的吊杆以及吊杆锚固情况。查看相邻吊杆的杆体和上下锚固端是否有松动破损，或者拉力不足等问题，复核各个吊点的高程有无变化。如有上述问题，则先对吊杆进行处理或者更换，并重新张拉到设计张拉力以及设计高程，然后再对2#中纵梁活动端病害进行处理。

（2）若2#和6#中纵梁活动端相邻吊杆的杆体和上下锚固端无异常，则对2#中纵梁活动端进行凿除，然后绑扎钢筋，架立模板，重新浇筑2#中纵梁活动端，并按照设计要求预留伸缩缝隙。布置钢筋时，应注意设置弯起钢筋，以提高2#中纵梁活动端的抗剪承载力。

（3）对于活动段最短吊杆周边桥面封板混凝土碎裂病害，建议在桥面封板与吊杆之间预留缝隙，形成长条形开孔，在满足桥面系的正常伸缩要求的同时，又可以防止与吊杆接触产生碰撞。在开孔上方可设置防尘罩或者防水罩，防止排水或者杂物进入。

4.2 桥面系伸缩病害防治建议

针对中纵梁活动端的挤压病害，除了在设计时要预留足够的伸缩缝隙宽度以外，还应注意在施工时要严格按图施工，确保施工质量，防止施工与设计不符情况的发生。

对于中纵梁活动端的裂缝问题，在设计时要对各个构件进行强度、刚度和稳定性等方面的验算，并根据规范要求对各类钢筋进行配置，防止出现配筋不足或者缺失等问题。

在吊杆与混凝土封板相交处，建议在设计时，考虑桥面系正常伸缩所需要的空间，设置防水罩或者防尘罩，避免紧密相接，防止吊杆变形对混凝土封板产生挤压破坏。

5 结语

通过对钢管混凝土拱桥桥面系病害的原因进行细致的理论分析，可以精确的定位病害产生原因，然后有针对性的对病害进行及时处理，减少或避免人行道铺装反复修补问题的出现，节约社会资源，具有重要的经济效益。同时应加强桥梁施工时的质量，减少施工原因导致的病害。