摘 要：预应力混凝土连续梁式桥在市政工程中重要的一种形式。本文就预应力混凝土连续梁式桥结构存在的问题进行了归纳并进行了分析，最后从设计、施工技术等方面提出了解决措施，具有较强的意义和价值，供参考。
关键词：预应力混凝土；连续箱梁；裂缝；设计；施工技术
1引言
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、抗震能力强等优点在目前市政桥梁、公路桥梁等建设中得到广泛应用。预应力混凝土连续箱梁(等截面)一般跨径大于20m，小于60m，采用整体现浇、分段预制拼装或整体预制安装，主要用于长大桥引桥、分离式或城市立交。大跨径预应力混凝土连续箱梁(刚构)一般主跨跨径大于60m，连续梁桥主跨多小于200m，连续刚构小于300m，施工主要采用悬臂拼装(浇筑)。
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混凝土连续箱型梁桥，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病害，引起了桥梁养护管理部门和设计施工部门的广泛关注。
预应力混凝土连续箱型梁桥病害概括起来有两大类，即跨中下挠和梁体开裂。据统计，跨径80~100m以下的梁桥，病害较少；跨径100~160m的梁桥，病害较多；跨径160m以上的梁桥，病害就更多。
已直接威胁到桥梁结构使用和行车安全。
在调查中发现，在预应力混凝土箱梁桥出现的裂缝类型，主要有以下7类17种裂缝。
(1)腹板斜向、竖向与水平裂缝；
(2)顶板斜向与横向裂缝；
(3)底板纵向、斜向与横向裂缝；
(4)横隔板竖向、横向、斜向和过人孔周围辐射状裂缝；
(5)锚下劈裂裂缝；
(6)沿纵向预应力束孔道的裂缝及层间裂缝；
(7)齿板局部区域裂缝。
在开裂的位置中，腹板斜裂缝与底板纵向裂缝是最主要和普遍的，而腹板斜裂缝对结构的安全性影响最大，特别是当斜裂缝向上延伸到箱梁顶板时，此时最危险。
预应力混凝土箱梁开裂成因机理复杂。多种裂缝并存，相互影响，调查中极少出现单一裂缝存在的情况。还有通过调查发现，预应力的大小、布置方式对于控制预应力混凝土箱梁的裂缝有较大影响。
3预应力混凝土连续梁式桥病害原因简要分析
大跨径预应力混凝土连续箱梁桥裂缝的产生不仅有设计方面的，还有施工方面的原因，也有设计和施工两方面共同造成的，或者是运营养护方面的原因。
3. 1 设计方面
(1)设计经验不足，对结构的分析不够细致全面，导致设计上的不足或错误。
(2)总体跨径布置不合理，导致结构总体受力的不合理。
(3)结构断面尺寸不足、不合理，导致结构抗剪承载能力不足。
(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限制值较大等均导致原有设计的安全度偏小等。
(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对策
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 ~500mm，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，限制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。
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，避免出现纵向裂缝，减少反拱度，改善结构使用性能。同时，在箱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。
(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
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差；加强混凝土的养生。做到这些、虽然不可能完全避免裂缝，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。
按照设计文件或施工规范的要求安排合理的施工顺序。应重视钢束的定位精度，防止钢束成折线形，确保预应力钢束的保护层厚度达到设计的要求。
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间。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。新老混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。
结束语
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。
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