第４期 北 方 交 通 ・８５・ 预应力混凝土连续粱式桥 设计及施工技术要点浅析 于晓飞 （辽宁省交通科学研究院，沈阳１１００１５） 摘要：大量的预应力混凝土连续梁桥在施工或后期运营中出现各种不同性质的裂缝和跨中下挠。对该类桥 梁的病害从设计、施工和养护管理等层面对其成因进行探讨，最后就预应力混凝土连续梁式桥从设计和施工两方 面的技术要点进行初步探讨。 关键词：预应力混凝土；连续箱梁；裂缝；下挠 中图分类号：ｕ ８．２１ ５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）０４－００８５—０４ １ 前言 ～型 量 … 裂缝形态 …～一堂墨簋璧…… 预应力混凝土连续梁式桥以其结构刚度大、变 形小、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护容易、抗震能力 … …一腹板 强等优点在目前公路桥梁建设中得到广泛应用。７Ｏ 年代，我国公路上开始修建连续箱梁桥，到目前为止 顶 向裂缝 已建成了多座预应力混凝土连续箱梁桥，如一联长 霎霎萝桥墩部位顶微 度１３４０ｍ的钱塘江第二大桥和跨越高集海峡全长 中 裂 …… ２０７０ｍ的厦门大桥等。目前，我国预应力混凝土连 续梁最大跨径为１６５ｍ（南京二桥北汉主桥）。我国 与底板横向裂 剪跨区内的ｆ蘸板及腹 １９９７年建成的虎门大桥辅航道上的连续刚构桥，主 缝贯通的腹板 裂缝 板 孔跨度达２７０ｍ，曾是世界最大跨径的预应力混凝土 连续刚构桥；２００６年建成的重庆市石板坡长江复线 底板层问横向 配有底板正弯束的跨 裂缝 中底板 桥以主跨３３０ｍ成为当今世界第一跨径梁桥。目前 国内主跨２００ｍ以上的连续刚构桥约５５座，２５０ｍ 以上的约１２座。 预应力混凝土连续箱梁（等截面）一般跨径大 裂缝 状 ：＝＝～爹一— 一 Ｌ／４ ３Ｌ／４，区域的底 板及腹板 于２０ｍ，小于６０ｍ，采用整体现浇、分段预制拼装或 …向 整体预制安装，主要用于长大桥引桥、分离式或城市 爹 跨中附近厚度较薄底 板、全桥顶板、板中 部、折角附近 、 立交。大跨径预应力混凝土连续箱梁（刚构）一般 、 齿板局部区域 齿板与顶、底、腹板交 主跨跨径大于６０ｍ，连续梁桥主跨多小于２００ｍ，连 裂缝 界处，齿板侧面及前端 纵向裂缝 续刚构小于３００ｍ。施工主要采用悬臂拼装（浇 锚下发散裂缝《 ｋ重＝蓁＝二重萝一一一一 钢束锚同处（梁端及 筑），主要用于跨越江河航道、深谷或道路等。 齿板） ２ 预应力混凝土连续梁式桥结构存在的问题 目前，国内外修建的大量预应力｝昆凝土连续箱 力雠 爹 任何预应力管道 型梁桥，随着运营期的增长和交通量的增长，尤其是 重载交通的影响，导致部分箱梁出现了程度不同的 横隔板裂缝 垃 圳 ］ｆ｝ｌｆ盎 ’ ： ｉ了１ｒＩ｛ ｉ一一横隔板过人孔周边、黼周 病害，引起了桥梁养护管理部门和设计施工部门的 图１ 连续箱梁裂缝主要形态及分布 ・８６・ 北 方 交 通 ２０１０ 广泛关注。 （２）顶板、斜向现横向裂缝； 预应力混凝土连续箱型梁桥病害概括起来有两 （３）底板纵向、斜向与横向裂缝； 大类，即跨中下挠和梁体开裂。据统计，跨径８０一 （４）横隔板竖向、横向、斜向和过人孔周围辐射 ｌＯＯｍ以下的梁桥，病害较少；跨径１００—１６０ｍ的梁 状裂缝； 桥，病害较多；跨径１６０ｍ以上的梁桥，病害就更多。 （５）锚下劈裂裂缝； 已直接威胁到桥梁结构使用和行车安全。 （６）沿纵向预应力束孔道的裂缝及层间裂缝； 在调查中发现，在预应力混凝土箱梁桥出现的 （７）齿板局部区域裂缝。 裂缝类型，主要有以下７类ｌ７种裂缝，如图１所示。 现将国内部分预应力混凝土连续箱梁病害调查 （１）腹板斜向、竖向与水平裂缝； 情况统计见表１。 表１ 国内部分预应力混凝土连续箱梁病害调查统计表 在开裂的位置中，腹板斜裂缝与底板纵向裂缝 仅有设计方面的，还有施工方面的原因，也有设计和 是最主要和普遍的，而腹板斜裂缝对结构的安全性 施工两方面共同造成的，或者是运营养护方面的原 影响最大，特别是当斜裂缝向上延伸到箱梁顶板时， 因。 此时最危险。 ３．１设计方面 预应力混凝土箱梁开裂成因机理复杂。多种裂 （１）设计经验不足，对结构的分析不够细致全 缝并存，相互影响，调查中极少出现单一裂缝存在的 面，导致设计上的不足或错误。 情况。还有通过调查发现，预应力的大小、布置方式 （２）总体跨径布置不合理，导致结构总体受力 对于控制预应力混凝土箱梁的裂缝有较大影响。 的不合理。 ３ 预应力混凝土连续梁式桥病害原因简要分析 （３）结构断面尺寸不足、不合理，导致结构抗剪 大跨径预应力混凝土连续箱梁桥裂缝的产生不 承载能力不足。 第４期 于晓飞：预应力混凝土连续梁式桥设计及施工技术要点浅析 ・８７・ （４）纵向预应力束布置不合理，多未下弯，过分 关注竖向预应力筋作用，导致主拉应力过大，腹板开 裂。 （５）因原有规范不完善，如活载横向分配系数 的确定偏小，竖向预应力的作用考虑过于充分，混凝 土结构的收缩徐变考虑时间过短，温度梯度的影响 考虑过小，预应力的损失考虑不足以及混凝土的主 拉应力值较大等均导致原有设计的安全度偏小 在连续梁桥设计中，一般可以通过调整各跨的 刚度，即合理取用相邻跨长的不同比值来调整各截 面的内力，以满足设计的要求。 对中小跨径的连续梁桥而言，边跨与主跨比一 般取用０．６—０．８，对采用满堂支架施工的连续梁 桥，边跨取中跨长度的０．７～０．８是经济合理的。但 对采用挂篮悬臂浇筑法施工的大跨径预应力混凝土 连续桥而言，设计时边跨长度一般选用中跨长度的 等。 （６）原有设计手段过于落后，多采用平面杆系 分析和横向分析结合，少空间分析，无法正确揭示结 构的实际受力情况，实际受力多远远大于设计储备， 导致结构病害出现。 ３．２施工方面 （１）混凝土集料选配不合格、合理，搅拌、振捣 等不到位 造成混凝土质量差，强度达不到设计要 求。 （２）混凝土养护不到位，造成混凝土收缩开裂。 （３）支架下沉、模板变形，造成结构变形，混凝 土超方，造成结构自重增加。 （４）纵向、竖向预应力钢束、钢筋张拉不到位， 永存应力达不到设计要求。 （５）预应力管道注浆质量不高，压浆不密实，造 成钢束锈蚀，截面有效面积减少。 （６）构造钢筋布置不到位，保护层过薄，造成钢 筋锈蚀混凝土开裂；预应力钢束定位不准，定位钢筋 设置过少，造成沿纵向预应力束的裂缝。 （７）施工周期短，对混凝土进行过早加载，会引 起预应力的损失加大，同时增加桥梁跨中挠度。 ３．３ 管理养护方面 （１）运营养护期间活载超限是公路交通中普遍 存在的问题。超限、超载车辆的大量出现，造成桥梁 结构活载内力急剧增加，导致结构开裂、破损。 （２）养护过程中盲目增加桥面铺装厚度，造成 结构恒载增加。 （３）桥面与伸缩缝不平整。养护单位不及时维 修，导致结构所承受的活载冲击效应显著增大。增 加结构的活载效应，导致桥梁结构出现裂缝。 ４ 预应力混凝土连续梁式桥设计与施工技术要点 预应力混凝土连续梁桥的裂缝和跨中下挠等问 题涉及到设计、施工、监理等各方面，本文仅从设计 和施工方面作对策探讨。 ４．１ 设计方面技术要点 （１）桥梁桥跨总体布置 ６５％左右为宜。结合国内外部分大跨径连续梁桥的 工程实践，建议边跨与中跨的长度比一般控制在 ０．５５—０．６５。 （２）箱梁断面尺寸拟定 合理的建筑高度可有效提高结构的刚度和抗剪 承载能力，对于采用等截面的中小跨径预应力混凝 土连续梁，梁高一般取主跨的１／１５—１／２０，对于采 用变截面的大跨预应力混凝土连续梁式桥，其支点 梁高一般取最大跨径的１／１５—１／２０，跨中梁高一般 取最大跨径的１／３０～１／５０，建议取值偏向大值一 侧，以提高主梁的刚度和抗剪承载能力。 腹板厚度要求。增加腹板厚度，虽增加了恒载， 但对结构是有利的，一是提高了结构本身的抗剪能 力，二是方便了腹板中钢筋的布置以及混凝土的振 捣，尤其是预应力束的锚固。根据国内外调查的结 果，建议跨中区域腹板的厚度不宜小于４５０— ５００ｒａｍ，支点附近截面处的腹板根据受力要求设置， 其抗剪尺寸要求必须满足。 顶底板厚度。顶底板除需按需满足横向受力以 及构造要求外，还需满足桥梁纵向上总弯矩的要求。 以箱宽６ｍ为限，当不设预应力筋时底板厚度不宜 小于２００ｍｍ，当设置预应力筋时，以不小于２２０ｍｍ 为宜。顶板厚度对不设预应力筋时以２００～２２０ｍｍ 为宜，设置预应力筋时，以不小于２２０ｍｍ为宜。 横隔梁的设置。从受力上讲，为减小箱梁的扭 转效应，畸变应力需多设置横隔梁，建议跨中设 置横隔梁，其过人孔的倒角的设置建议成圆形或椭 圆形，同时加强其配筋设计，以防止横隔梁开裂。对 于在曲线内的箱梁，应适当增加横隔梁的数量。 （３）纵向、竖向预应力束设计 纵向预应力筋布置方式和竖向预应力大小对腹 板斜裂缝的产生影响较大。为防治腹板斜裂缝，建 议按照结构的弯矩包络图进行设计，预应力束方面 采用弯起束、连续束，同时注意构造防裂方面的设 计，如适当的布置防裂钢筋（箍筋、水平筋与斜筋 等），箱梁桥的裂缝是可以防治的。 ・８８・ 北 方 交 通 ２０１Ｏ 从理论上讲，张拉竖向预应力能显著地减小主 拉应力，但竖向预应力较短，及施工方面等因素，所 以实际效果不理想。建议设计时尽量少计入竖向预 应力对结构主拉应力的影响，并采取低回缩的锚具， 竖向预应力筋可设置成环向筋或与桥面横向预应力 避免裂缝，但是至少可以减少裂缝或减小裂缝宽度。 地基处理不到位是腹板产生裂缝的主要原因， 因此对于采用支架法现浇连续梁施工地基处理是重 中之重。施工前必须及早对地基进行处理，可采用 必要措施使地基固结，减少后期下沉量；支架安装后 必须对支架和基础进行预压，消除支架非弹性变形。 浇注混凝土时必须遵循现浇注地基薄弱处和正弯矩 最大处，使地基变形和支架变形在混凝土浇注初始 即发生的原则。 筋相结合错开锚固在腹板的底面等措施来确保其有 效性。 （４）其它构造设计要点 为提高腹板斜截面抗裂性，除预应力配束合理 按照设计文件或施工规范的要求安排合理的施 外，还要配置一定数量的箍筋与弯起钢筋，如双肢 箍筋可以降低箱梁的纵向预压应力，避免出现纵向 工顺序。应重视钢束的定位精度，防止钢束成折线 确保预应力钢束的保护层厚度达到设计的要求。 裂缝，减少反拱度，改善结构使用性能。同时，在箱 形，梁的顶底板和腹板内外侧为避免混凝土收缩开裂， 还要设置一定数量的分布钢筋，这对局部应力、温度 及收缩裂缝能起到约束作用。 当腹板与底板的厚度差异较大时，其相交处的 腹板截面形式需要进行优化。并布置适量的构造钢 筋，避免温度、收缩和徐变的影响引起的裂缝。应 施工时对纵向、横向和竖向预应力束要求进行 多次（至少二次）张拉，压浆一定要饱满，建议采用 真空注浆工艺。灌浆的时间越早越好，以免高应力 下的钢丝锈蚀。封锚也应及早进行，至少要先用环 氧砂浆等涂抹锚头，以防生锈和积水。 在挂篮悬臂施工工法中，挂篮布置位置的确定 重视宽翼缘箱梁剪力滞效应引起的翼板纵向应力的 明显增大，应配置足够的受力钢筋，避免裂缝的出 现。预应力锚下局部应力的有效作用范围外，有一 区域是不存在预压应力，相反会产生局部预拉应力， 对该区域需要配置足够构造钢筋。 需作局部验算。箱梁后锚点宜上通至箱梁顶板上， 避免上支点和后锚点布置在预应力锚固端附近，缓 解腹板的局部应力，降低该区域的拉应力。 应高度重视混凝土浇注顺序与混凝土的养生工 作，灌注闭合箱梁的次序和时问。首先现浇底板、横 隔板、腹板及两侧部分顶板，然后现浇剩余顶板及翼 缘板。新老 昆凝土浇注的时间差控制在３—６ｄ内完 成，可以防止混凝土间的相互约束效应。 ５ 结束语 （５）计算分析要点 结构分析计算应充分考虑结构空间效应影响， 采用平面杆系程序分析时也应与空间有限元分析相 结合，合理确定活载沿桥纵向的横向分配系数。温 度梯度选取最好通过实桥观测和温度场的有限元分 析，找出适合我国国情的箱梁温度梯度模式。具体 设计中，结构使用阶段混凝土主拉应力和压应力容 许值应尽可能保守，确保安全储备。应充分考虑活 载冲击及制动力的效应，应根据结构的自振频率按 新规范计算求得 合理确定结构的预应力度，控制其预应力度不 预应力混凝土连续箱梁桥的病害控制，除了严 格按有关桥梁规范进行结构设计以外，一方面在设 计方面应考虑有效的抗裂措施，另一方面应完善施 工工艺，包括合理的混凝土配合比、可靠的模板支架 体系、正确的混凝土浇注工艺、科学的混凝土养护方 法等，那么大多数裂缝都是可以预防的。 参考文献 ［１］朱汉华，陈孟冲，袁迎捷．预应力混凝土连续箱粱桥裂缝分析与 防治［Ｍ］．北京：人民交通出版杜，２００６． 宜小于０．７，否则会引起构件变形产生裂缝，这是箱 梁产生裂缝的最关键的因素。 ４．２ 施工方面技术要点 ［２］楼庄鸿．超大跨径桥梁的建设与发展［Ｊ］．北京：桥梁，２００９， （１）． 应采用优质的低水化热的混凝土配合比；采用 标准化、系列化、通用化的箱梁模板支架体系，保证 浇注混凝土后不发生超过允许的沉降量，必要时进 行预压，然后进行下一工序；应进一步优化混凝土浇 注工艺，控制混凝土浇注顺序；严格切实地执行科学 的养护方法；施工时尽量缩短两次浇注混凝土的时间 ［３］李军，张振博，刘勇．预应力连续箱梁裂缝成因浅析［ｃ］．北京：中 国公路学会２００６年论文集． ［４］刘山洪，钱永久．大跨Ｐｃ箱梁桥腹板裂缝的控制研究［Ｊ］．重庆 交通学院学报，２００５，（２４）． ［５］顾凯峰，彭卫．预应力混凝土连续箱梁桥腹板斜裂缝研究［Ｊ］． 公路，２００４，（７）． ［６］张树仁，王宗林．桥梁病害诊断与改造加固设计［Ｍ］．北京：人民 交通出版社．２００６． 差；加强混凝土的养生。做到这些、虽然不可能完全 第４期 北 方 交 通 ・８９・ 青藏铁路高原多年冻土区涵洞施工工艺 孔宝贵 （中铁十二局集团第一工程有限公司，太原０３００００） 摘要：阐述了高原多年冻土区各类涵洞施工工艺。 关键词：多年冻土；开挖；拼装 中图分类号：Ｕ４４９．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）０４—００８９—０５ １ 工程概况 配置的机械及设备有：挖掘机、自卸车、起重机、 青藏铁路高原多年冻土区涵洞施工主要体现在 发电机、振动夯、混凝土振捣棒、电焊机及切割机等。 基础施工难度大，混凝土养护困难，因此，涵洞施工 ２．３ 临时设施布置 的重点均围绕此两项工作进行。基坑开挖是基础施 施工用水：在涵洞位置以外３．０ｍ处设置一个 工的重要一环，主要采取机械开挖表层土、爆破法开 ３ｍ 军用蓄水包，由供水车供水。 挖冻土层。开挖面不宜过大，一般采用半幅开挖的 施工用电：配备１台４５ｋＷ发电机，供电焊机、 施工方法，基础形式主要为现浇及预制两种形式，现 振捣器等小型机具用电。 浇形式在试验段中采用，但由于混凝土养护困难，且 ２．４ 平面布置 产生的水化热对冻土扰动较大，在以后的非试验段 施工平面布置时，要重视多年自然环境和生态 中均采用预制形式。 环境的保护及水土保持，贯彻“预防为主，保护优 涵洞位置地表水主要为各冲沟季节洪水，地下 先”的原则，统筹规划，合理布局，节约用地，尽量减 水主要为暖季分布的冻土层上水，受大气降水及暖 少对冻土环境的扰动。 季冻结层融化水补给，水量一般不大，径流条件差， （１）涵洞施工前，在基础外侧２．０ｍ平行涵洞轴 水质一般对混凝土具有弱侵蚀性。 线填筑施工平台，填高８０ ＣＩＩ１。 ２ 施工总体安排 （２）预制构件在基础施工前运至现场堆放在线 ２．１ 施工准备 路范围内，施工平台一侧。 根据施工的需要，涵洞工程需配备普工、混凝土 （３）施工用车、发电机等小型机具材料安置在 工、钢筋工及模板工，由于高原施工的特殊性，必要 涵洞下游侧。 时应对其培训。 ３ 基础施工 设计图纸是施工的依据，工前应对其审核，以确 ３．１ 桩基础 保图纸的正确性。 ３．１．１ 施工方法 ２．２ 机械设备安排 采用长螺旋钻干钻法成孔，１６ｔ吊车吊装管桩插 Ｋｅｙ Ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｐｒｅ——ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｂｅａｍ Ｂｒｉｄｇｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐｒｅ—・ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｒｉｄｇｅｓ ｍａｙ ａｐｐｅａｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｍｉｄ—ｓｐａｎ ｄｏｗｎｗａｒｐ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｌａｔｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ。Ｃａｕｓｅｓ ｔｏ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｔｃ．Ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｄｅ— ｓｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｒｅ—ｓｒｔｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅ；Ｃｒａｃｋ；Ｄｏｗｎｗａｒｐ
