先張法預應力鋼絞線混凝土空心板梁的運用及問題建議

李 莉，周 軍

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司,上海市 200292；2.上海綠地景匯置業有限公司，上海市 201400）

0 引言

先張法預應力鋼絞線混凝土空心板梁以其造價低、施工方便、可以工廠化生產等優點得到廣泛應用。在上海地區的內環高架、地面橋梁及跨線橋都有大量的運用。

1 空心板梁在工程中的運用

2008年設計施工的烏魯木齊市外環路東北段高架工程全長約5 km，上部主要為預應力空心板結構，下部均采用擴大基礎。荷載等級：公路-Ⅰ級；設計基準期：100 a；安全等級：橋梁設計安全等級為一級。高架主線標準橋寬13 m、18 m、25.5 m；匝道標準橋寬8 m?；静捎每鐝?6～21 m的簡支空心板梁，梁高0.9 m。標準板寬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，空心板梁有其獨特的優勢。

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、準噶爾盆地南緣，海拔680～920 m。冬季為當年11月中旬開始到來年的3月底，大約有4個半月時間。烏魯木齊一年內可施工時間較短，由于海拔較高，施工難度也較大。因此上部結構需要考慮選用施工方便，且可縮短施工周期的結構形式。

其次，從結構自身的特點來講，它材料指標低，自重輕，工程總造價也低。

以下對預制先張法預應力空心板梁、預制后張法“T”形梁、預制后張法小箱梁和預應力混凝土連續大箱梁進行各方面特性比較。

（1）預制先張法預應力空心板梁結構

空心板結構高度低，工廠化程度高，運輸、吊裝方便，對地面交通影響較小，工程造價低，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，可采用這種結構形式。

（2）預制后張法“T”形梁

預應力混凝土T型梁在我國已有幾十年的使用歷史，是較為常用的結構形式，其跨越能力較大，最大跨徑達50 m左右。其缺點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）預制后張法小箱梁

小箱梁結構也是較為常用的結構形式，其設計和施工經驗成熟，跨徑靈活，最大跨徑達40 m左右，主梁為預制構件，可在工廠和施工現場預制，待主梁安裝完畢后，澆筑現澆段把橋面連成整體。小箱梁的優點是整體性好，耐久性佳，造價低，施工方便，對施工設備沒有特殊要求。近年來在設計等級較高的城市橋梁中運用較為廣泛。

（4）預應力混凝土連續大箱梁

預應力混凝土連續箱梁整體性能好，抗扭剛度大，能適應各種平面線型和橋寬的變化，跨越能力也較大，在25～50 m左右。箱梁結構簡潔、輕盈，線條流暢，橋下視覺較通透開闊，行車平穩，總體上較為美觀舒適，結構耐久性好。預應力混凝土連續箱梁施工工藝成熟。

下面就這幾種結構形式進行材料指標比選（見表 1）。

表1 幾種結構形式材料指標比選表

從以上的各種結構形式的性能來講，預應力混凝土連續大箱梁的各種性能較好，材料指標最高；空心板梁的各種性能一般，材料指標最低。所以空心板梁最為經濟。

最后，空心板梁的結構形式也要和當地的施工水平相吻合。通過對以往工程的調查，空心板結構形式在當地運用普遍。對預制結構加工廠進行了解，當地的空心板預制技術成熟，對預置T梁和小箱梁沒有豐富經驗。

因此，空心板梁作為上部最優方案進行推薦。

2 空心板梁的病害——“單板受力”

先張法預應力鋼絞線混凝土空心板梁有很多的優點和結構的適用性，在工程中運用較為廣泛，但是它也存在一些問題，特別是“單板受力”現象?！皢伟迨芰Α爆F象產生和發展對橋梁結構、道路行車安全產生了不利影響。

“單板受力”現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。

2.1 一般病害特征

（1）“單板受力”多發生于重車方向的行車道范圍內的板梁結構上，其他結構形式(如T型梁橋、箱型梁橋)及預應力結構橋梁相對病害較輕。

（2）“單板受力”病害的主要特征表現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為沿鉸縫方向產生不規則的縱向裂縫，嚴重時形成一條網裂破碎帶。

（3）“單板受力”發展初期，當重型車輛通過“單板受力”的空心板時產生明顯彈性下撓，使其與兩側的空心板上下錯動后，形成臺階。待重車過后，這種錯動消除，又恢復原狀。

（4）如果長期經受超過設計標準的重型車輛作用，使“單板受力”現象逐漸加重，進入這種病害“后期”階段，則彈性下撓逐漸變成塑性變形，“單板受力”的空心板與兩側的空心板之間形成永久性臺階或造成兩端伸縮縫開裂，更為嚴重的造成板底開裂。

2.2 “單板受力”現象的成因

“單板受力”產生的受內外多種因素影響，這種病害的一般成因有以下幾點：

（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，直接導致橋面橫向作用降低。

（2）橋梁結構自身特點決定橫向整體作用薄弱?？招陌辶河捎谑芙Y構高度的限制，它在強度與剛度方面，與箱型梁、T型梁等梁式結構比較，相對偏小。用鉸縫來保證整個上部構造的整體作用也比較薄弱。特別是受到超過設計標準的重型車輛作用，易造成“單板受力”現象的產生。

（3）橋梁長期經常性受到超過設計標準的重型車輛作用。

（4）施工質量的影響?？招陌辶航Y構橋梁施工工藝簡單，橋梁跨徑小。一般對其投入的施工隊伍的技術力量比較薄弱，施工機械比較簡陋，操作要求不夠嚴格，這些因素都造成橋梁的工程質量與大型橋梁相比存在一定差距。在同一路線、同一種結構形式的橋梁，有的發生單板受力，有的卻沒有發生，這說明預制板的“單板受力”與施工質量有密切的關系，施工方面因素主要有：

a.預制板時為保證質量，側模板通常使用鋼模，預留的楔狀鉸縫比較光滑，對鉸縫混凝土的聯系起到不利的作用。根據有關文獻介紹，新老混凝土結合面之間的抗拉強度大約為混凝土抗拉強度的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節。橋梁施工質量較差，在出現單板受力的橋梁中，都存在著施工質量問題。如鉸縫水泥混凝土振搗不密實；鋪裝水泥混凝土達不到設計厚度,鋪裝層水泥混凝土內的鋼筋網片綁扎不規范，間距過大，個別部位形成素混凝土。

b.橋梁下部和預制板梁等各部位標高控制不準，安裝后導致梁頂標高偏高。利用橋面鋪裝層厚度來進行調整標高施工誤差，從而造成鋪裝厚度小于設計值，導致增加了鉸縫破壞的機率。

c.每塊預制板通常都設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”現象的防治

對于先張法預應力鋼絞線混凝土空心板梁存在的病害，在烏魯木齊市外環路東北段高架工程中進行了相應的預防和控制，使“單板受力”現象盡可能得以避免。

（1）在進行橋梁設計計算時，全方面考慮到各種不利的情況，使橋梁設計與計算始終處于安全狀態。

（2）鉸縫內混凝土充分振搗，鉸縫內混凝土標號必須達到設計要求，而且鉸縫混凝土須達到設計強度時方能通車使用。

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

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

（5）預制板側面需認真鑿毛，并仔細清除由于鑿毛而產生的松動的混凝土塊，以增強新舊混凝土之間的粘結和抗剪能力。鉸縫混凝土澆筑前，應對梁體側面進行灑水濕潤,以保證新舊混凝土之間的良好結合。

（6）增強鉸縫鋼筋，鋼筋由Φ8全部改為Φ12，彌補過去鉸縫設計的抗剪切能力的不足。

（7）梁底支座范圍內進行找平，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）加強施工前的技術交底，督促項目部對施工操作人員和試驗人員進行崗前培訓，提高施工技術和施工質量。

4 結語

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

（1）超過幾何尺寸限制的超限車輛和超過設計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“單板受力”的原因分析，我們需要在設計階段捉出有針對性的加強措施，將此種病害消滅于萌芽狀態，以確保完工后的橋梁正常使用。

（3）根據ANSYS分析結果，底板加固更能增強結構剛度，有利于防止出現“單板受力”，因為底板在荷載作用下一般處于受拉狀態，使結構內部連接松弛，容易產生微裂縫，就會降低結構剛度，因此從底板增加鋼板連接的效果比在頂板增加聯系的效果好。

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