预应力混凝土梁桥常见病害原因分析及防治对策.pdf

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科学之友FriendofScienceAmateurs2010年07月预应力混凝土梁桥常见病害原因分析及防治对策周晓明(江西省高等级公路管理局，江西南昌330013)摘要：文章结合现有大跨径预应力混凝土连续梁及连续刚构桥，在成桥运营中出现的跨中长期下挠及梁体裂缝等病害，从结构设计和施工两方面分析了其成因，并提出了相应的防治措施，为大跨径预应力混凝土梁桥的设计和施工提出一些新的思路。关键词：预应力混凝土；长期下挠；梁体裂缝；防治对策中图分类号：U448．35文献标识码：A文章编号：1000—8136(2010)20—0043-03现代交通的发展，对桥梁的营运质量和寿命提出了更高的1．3设计上缺乏认识要求，预应力新材料、新技术应用于桥梁设计与施工中，在提高预应力混凝土结构设计理念认为：施加预应力是使混凝土不桥梁结构工程的整体水平的同时，在桥梁的施工和运营过程中出现拉应力，或者预应力抵消大部分恒载弯矩，但在施工和运营也出现了包括跨中下挠过大、箱梁梁体产生裂缝等问题，分析这过程中徐变次内力及预应力损失难以估计，变形不可避免，而且些病害的成因并针对其进行防治，在桥梁工程中有着重要的意大变形可能引起开裂等桥梁病害。对于小跨度简支梁，由于活载义。占比例大，约为30％，只有恒载时，预应力弯矩大于恒载弯矩，反目前国内大跨径预应力混凝土梁桥存在的主要病害是主跨拱成问题；对于大跨度连续梁或者连续刚构，由于恒载占比例大，100跨中下挠过大、箱梁梁体产生裂缝等。引起这些病害的原因包括m跨度以上时，活载只占10％左右，预应力弯矩小于恒载弯矩，跨混凝土收缩和徐变的影响、设计理念上缺乏认识、构造设计错中长期下挠成为问题。如果在预应力结构设计中，采用预应力完误：如普通钢筋配筋问题、施工质量及措施控制不到位，如预应全抵消外荷载弯矩的设计理念，这样可使梁处于轴心受压状态，力施加质量、模板刚度、预应力灌浆质量、分层分段问题，以及汽只有纵向变形，但浪费材料，在小跨径结构设计中可以做到，事实车超重等多方面因素。上引起反拱过大，而对于大跨径，截面面积往往不够，无法布置很多预应力。1跨中长期下挠1．4片面追求缩短施工周期跨中长期下挠是一个较普遍的现象。尤其是一些大跨径梁施工单位往往希望缩短施工周期，再加上过去一些设计图纸式桥，跨中下挠与梁体跨中段垂直裂缝或大量斜裂缝伴随出现，上往往仅标明混凝土强度达到设计要求强度的百分比，即可张拉预应力，而没有对混凝土的加载龄期提出要求。早期混凝土弹性其下挠可达到相当大的数值。目前，中国大跨径预应力混凝土梁桥跨中下挠过大是一个比较复杂的问题，是由于混凝土收缩和模量的增长滞后于强度的增长，混凝土虽达到规定强度要求，但徐变、预应力损失、设计理念认识不足等多方面的因素引起的。混凝土弹性模量往往仅达到设计值的70％甚至还小些，一般加1．1混凝土收缩和徐变载龄期越早，混凝土徐变越大。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝混凝土徐变是梁桥下挠的重要原因之一。大跨径梁桥的恒土桥涵设计规范》中的混凝土徐变系数终极值可见，3d加载与7d加载比较，徐变系数终极值增加15％，甚至20％，过早加载不仅载内力，占总内力的80％，甚至90％以上。由徐变理论可知，徐变会使预应力的徐变损失加大，而且使徐变挠度增大。变形是与恒载的瞬时弹性变形成比例的。多座桥梁跨中下挠过大，说明对混凝土收缩、徐变的影响程度及长期性存在估计不1．5施工质量控制不到位足。由于施工质量水平不高，管理不完善，施工过程中由于纵向1．2预应力损失难以估计曲线不平顺，或者横坡严重不准，造成大面积凹坑，成桥运营后为采用悬臂浇注法施工的预应力混凝土梁桥，预应力管道跨使线形平顺，在整平表面凹坑或者调整线形平顺时，往往造成自重集度增大、导致预应力不足。由于纵向预应力管道不平顺，或者越几个节段，预应力与管道的实际摩擦系数以及管道偏差系管道远远偏离设计位置等可能增大摩阻损失，导致预应力不足，数k通常比规范规定的要大。混凝土收缩、徐变引起的损失和预主梁下挠。另外，预应力局部附加径向力，会增加沿管道混凝土开应力钢筋松弛损失，随着时间的增加而逐渐增大，并且两者相互影响。所有这些都影响了预应力损失的计算精度，使得预应力损裂的风险。立模标高的计算错误，线形大范围出现波浪、不能平顺失的实际值与理论计算值有较大差别。、合拢，挂篮变形无规律，节段之间高低不平，内模刚度不足等引起目前，国内预应力混凝土梁桥纵向预应力一般采用高强度的横坡误差大会造成大范围超重，达到恒载4％～5％，能抵消1MPa一低松弛钢绞线，预应力的张拉控制应力一般取0．75Ryb。由于平2MPa的预应力，用于设计荷载的预应力不足。进行预应力损失试验重视不够，试验表明：预应力钢筋实际弯、竖弯的管道摩阻、夹片松弛以及混凝土轴向压缩等使有效预应力降至0．55Ryb一0．60Ryb。合扰后进入运营状态若干年后，由应力与设计采用值相差很大。导致有效预应力不足，下挠增大。预于混凝土的长期收缩徐变影响，使预应力筋进一步松弛，有效预应力管道的压浆漏浆或者压浆不饱满，或者浆体离析的现象往往应力降低可达0．45Ryb一0．50Ryb。使预应力束易于锈蚀，减小有效面积，导致有效预应力不足。——43—— 周晓明：预应力混凝土梁桥常见病害原因分析及防治对策预应力徐变损失大，沿管道预应力损失偏大，底板预应力筋因管2梁体开裂道压浆不饱满和浆体离析而锈蚀；对剪力滞影响考虑不够；梁体在已建成的连续梁桥中，很多桥梁上部结构出现了部分裂下挠过大以及斜裂缝过宽过多的影响，促使垂直裂缝出现。缝，主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝、箱梁腹板的斜向裂缝，2．5底板纵向混凝土劈裂特别是靠近边跨现浇箱梁端部范围的两侧腹板，易出现近45。的曲线底板没有设竖向拉筋或者拉筋设置错误，可能造成底板斜裂缝。混凝土桥梁的裂缝大部为受力裂缝，且宽度较大。为保沿预应力管道纵向裂缝。规范中在这方面的规定不明确，严重时证桥梁的安全性和耐久性，对裂缝的成因进行分析，并根据裂缝可能造成底板劈裂；预应力管道在顶、底板上的布置时，向腹板附成因采取相应的防治措施是十分必要的。近集中的程度不明确，规范中管道间距的规定太笼统，与管道直箱梁梁体裂缝包括施工过程中和成桥后产生的裂缝，其中径没有关系，布置不当可能造成不能有效抵恒活载消剪力滞效施工过程中不同龄期混凝土收缩裂缝，表面龟裂，包括墩身与承应，或者在底板上过分集中导致底板混凝土崩裂。另外，在齿板部台交界处的竖向裂缝，1号块与0号块之间接缝附近的纵桥向裂位的配筋也应引起注意，齿板钢筋锚固长度不够，或者钢筋有内折角，折角处没有拉进，都可能造成齿板崩裂。缝，主要在顶底板，腹板分层浇筑接合面处竖向接缝等，预应力布置不合理或者施工偏差造成的裂缝，包括顶板横向裂缝，预应3防治对策力锚头附近的裂缝，曲线底板的分层劈裂等。成桥后产生的裂缝包括：垂直裂缝、顶板纵向裂缝、腹板斜向裂缝、底板横向裂缝、为了控制大跨径预应力混凝土梁桥跨中下挠过大和箱梁梁底板纵向裂缝及横隔板裂缝等。体裂缝，可以从以下几方而进行控制：2．1表面龟裂(1)配置适当的构造钢筋，尽可能降低水灰比，在混凝土浇筑表面龟裂一般是由于连续梁或连续刚构在施工过程中养护后及时覆盖浇水养护，在干燥环境下更应注意加强养生。对于因不及时或温度变化较大时产生的。由于这类桥在国内大部分是温度变化过大可能造成裂缝，应选择低水化热的水泥，合理配置采用悬臂灌注或支架法施工的，高空养护条件比地面更差，极易构造钢筋；对采用蒸汽养生的梁，应严格控制开始的升温和结束因养护浇水不及时而造成混凝土表面干缩快、内部干缩慢，使外时的降温时间，按规定使梁体混凝土缓缓升、降温；在寒冷地区浇部混凝土受拉强度超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。筑梁体混凝土时，要采用切实可行的保温、隔热措施等。此外，由于新浇筑的混凝土暴露在高空大气中，周围环境温(2)合理配筋，防止由于预应力引起的混凝土裂缝、崩裂，预度的过快变化，如施工过程中的保温措施不力、水泥结硬过程产应力钢筋的布置有条件时进行空间分析，避免过分集中和不能抵生水化热时发生骤然降温等，均有可能产生表面龟裂。消拉应力两种情况，底板配筋保证预应力管道弧线内侧的保护层2-2腹板斜裂缝厚度，设置一定数量的拉筋，尽量增大预应力管道之间的横向间腹板斜裂缝是出现最多的梁体裂缝，往往首先发生在剪应距，齿板配筋应保证锚固长度。力最大的支座附近，与梁轴线呈25。～50。开裂，并随时间的推(3)科学施工、提高施工精度，防止混凝土不同龄期收缩裂移，不断向受压区发展，裂缝数也会增加，裂缝区向跨中方向发缝，防止预应力管道偏离的裂缝，防止大范围超重，减小混凝土徐展；斜裂缝的另一个特征是箱内腹板斜裂缝要比箱外腹板斜裂变，对节段龄期间隔进行限制，在节段交界处适当增加普通钢筋缝严重，这已被一些大跨径梁桥的检查结果所证实。配筋，通过计算分析，提出合理间隔，防止混凝土不同龄期收缩裂从20世纪9O年代开始的一段时期内，在箱梁桥的设计中，缝，对预应力管道设计可靠的定位钢筋，防止预应力管道偏离，顶较普遍地取消弯起束；采用纵向预应力和竖向预应力来克服主板管道上浮，沿管道开裂，同时可以减少底板预应力管道偏离的拉应力的设计方案。这种做法方便施工，可以减薄腹板的厚度，附加曲率，产生摩阻损失、附加径向力。但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保(4)增加模板刚度，保证顶板平整与横坡坡度，增加挂篮刚证。度，加强挂篮扣件管理，避免节段之间的折点，合理计算立模标作为平面问题分析，主拉应力偏小。现在设计中通常仅从纵高，避免大范围波浪，以防止大范嗣超重，合理安排工期保证混凝向和竖向二维来分析主拉应力，没有考虑横向的影响，由于箱形土养生时间控制，减少混凝土徐变，提前考虑合拢步骤，保证立模截面，扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的横向应力和剪应力加大，标高的准确；提高预应力施加的可靠性，保证达到设计成桥状态；从而增大主拉应力。因此，应该按三维结构分析来指导设计。纵向预应力可采用塑料波纹管、真空压浆、预应力张拉时严格进此外，竖向预应力锚具不垂直，锚具与垫板间有杂物会造成行双控，竖向预应力可采用带圆头的锚具，进行二次张拉。锚口损失大，预应力产生的腹板主应力不足，造成斜裂缝；横向(5)提高预应力度、减小徐变次内力，可采用零弯矩配索、减预应力管道上浮会造成顶板横桥向沿预应力管道裂缝。预应力小上下缘压应力差配索，或者增加梁高，计算表明增加梁高带来灌浆质量：灌浆不饱满或者忘记灌浆，管道内存在水分，造成预的恒载集度增加量几乎可以忽略不计。可进行吻合束配索，吻合应力钢筋锈蚀，会造成预应力钢筋与混凝土没有连成整体，预应束对于一次落架连续梁，有徐变，无徐变次内力，但是由于徐变变力损失增大，也成腹板斜裂缝的原因之一。形仍然无法避免，徐变后预应力会变化，就不能保持吻合索，可在2．3纵向裂缝悬臂施丁阶段实现吻合索。施加体外预应力以减小长期下挠，对纵向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝，较多地出现在顶底板，于新桥，可预留体外预应力转向块及张拉位置，方便后期养护和也是出现很多的一种裂缝。除因未设横向预应力而在顶板下缘加固，可减轻桥梁重量，跨中使用轻质材料。对于旧桥，植筋设转出现规范允许宽度的纵向裂缝外，超载、设计结构时施加过大的向块后，增加体外预应力效果不好，植筋可能进一步造成混凝土纵向预应力、温差应力估计过小、收缩引起的裂缝、支座布置的开裂，可改变结构体系，增加拉索体系进行改善。影响等均可能弓f起纵向裂缝。4结论2．4垂直裂缝出现垂直裂缝的原因主要有：有效预应力不足。过早加载，——44—． 科学之友FriendofScienceArnateurs2010年07月浅谈不良和特殊地质地段隧道施工注意事项孙鹰(山西路桥第二工程有限公司三分公司，山西临汾041000)摘要：不良和特殊地质地段的隧道围岩变形大、变化快、变异条件和成因复杂，事故具有突发性的特点，在施工中除了应遵守一般的技术要求外，还应该根据现场围岩的实际情况，在支护、衬砌过程中采取一些针对性强的辅助施工方法，以满足施工安全和．Y-程质量。关键词：不良和特殊地质地段；隧道施工；注意事项中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1000—8136(2010)20—0045—02着手本章所介绍的规定，采取针对性较强的辅助方法施工。在开1不良和特殊地质地段施工一般规定挖、支护衬砌施工中，由于各种因素的影响可能会发生土石坍塌，1．1不良地质地段坑道受压支撑被压坏，衬砌结构断裂和各种特殊施工难题，严重不良地质地段是指滑坡、崩坍、岩堆，偏压地层、岩溶、高应影响施工进度、安全和质量。瓦斯溢出地层，更严重地威胁着隧道力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良施工安全。隧道现场围岩及支护结构变形监控测量，以及反馈于修改设地质环境。计支护参数，指导施工，对于隧道建筑构造物来说，具有重要作用不良地质地段的变异条件是非常复杂的。设计文件提供的地质资料，施工前所制定的施工方法和防范措施及对策，不可能和积极的意义，效果也是十分显著的。不良地质和特殊地段隧道自始至终完全符合实际情况，因此，在施工全过程中，应经常观围岩变形大、变化快、事故具有突发性的特点，因此，积极采取现察地层与地质条件的变化，勤检查支护与衬砌的受力状态，及时场围岩变形量测，及时了解变形量，变形时间及空间规律是非常有益的。这样，施工开挖与支护衬砌就有了较充分的科学依据，可排险，防止突然事故的发生。以减少施工中人为主观因素的影响等。1．2特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀底层，软弱黄土地层，含水未固结围2不良和特殊地质地段隧道工程岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等。特殊地质地段隧道，由于岩层的地质成因复杂，地质条件具2．1编制施工计划注意的事项有着突变性，事故具有突发性，对隧道施工的危害性极大，如果施工前应组织有关人员对隧道工程设计文件、图纸、资料，尤仅靠常规的隧道施工技术和施工方法是很难克服的。因此，在特其应对勘测设计所提供的工程地质资料应进行专门调查研究，特殊地质地段进行隧道施工时，处理应着手一般技术要求外，还应别应查明隧道影响范围内的各种不良地质，特殊地质地段的围岩对于大跨径预应力混凝土梁桥，文章结合在成桥运营中出【2]楼庄鸿．论预应力混凝土梁桥的裂缝U】．公路交通科技，现的长期下挠和梁体各种类型的裂缝，从结构设计和施工两方2000(12)面分析了其成因，并提出了相应的防治措施，为大跨径预应力混[31楼庄鸿．大跨径梁式桥的主要病害卟公路交通科技，2006凝土梁桥的设计和施工提出一些新的思路，为今后类似桥梁建(4)设提供参考。【4】王法武，石雪飞．浅谈东海大桥辅通航孔连续梁桥的施工参考文献：控制卟上海公路，2004(4)：19-22【1~TGD62-2004．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设【5】李准华，刘钊．大跨度预应力混凝土梁桥预应力损失及敏计规范[s]．感性分析Ⅱj．世界桥梁，2009(1)：36-39PrestressedConcreteBeamBridgeCommonPlantDiseaseReasonAnalysisandPreventionCountermeasureZhouXiaomingAbstract：ThisarticleunifiesexistinggreatspanprestressedconcretecontinuouslyLiangandthecontinualrigidframebridgeinbecomesthecrossmediumandlong-termdown-warpingwhichandinthebridgeoperationappearsplantdiseasesandSOonLiangbodycrack，andconstructedtwoaspectsfromthestructuraldesigntoanalyzeitsorigin，andproposedthecorrespondingpreventionmeasure，proposedsomenewmentalitiesforthegreatspanprestressedconcretebeambridge’sdesignandtheconstruction．Keywords：prestressedconcrete；long-termdown—warping；liangbodycrack；preventioncountermeasure一45—