预应力混凝土空心板桥应用与施工相关问题

陈 忠

摘要:由于板式桥梁具有构造简单、受力明确的特点,可以工厂化预制,便于质量控制和降低成本;可以根据需求,采用钢筋混凝土或预应力混凝土结构,做成实心或空心断面,并可就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥,因此,在一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中广泛采用。文章依据混凝土空心板桥的特点分析目前应用情况,并阐述了施工要注意的相关问题。

关键词:混凝土;空心板桥;预应力;开裂

中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0109-02

一、混凝土空心板桥的应用现状

(一)从结构形式上

目前,国内公路及城市道路,尤其是平原,桥梁净空和桥台填土高度受限制的地区,PC简支空心板桥应用很广,其常用跨径为20～30m,并多采用桥面连续;连续板桥由于多用于净空受限的跨线桥及立交桥匝道桥,多数属于弯、坡、斜桥,为降低梁高,常采用普通钢筋混凝土现浇实心板结构,其跨径一般不超过30m,如进来在城市立交中采用的无梁板桥,就属于这一类型。

(二)从施工工艺角度

由于先张法CP梁、板桥具有施工周期短,工序简洁、节省材料、耐久性好、维修养护量少等特点,在国内外均得到了广泛应用。但是,由于在我国多采用直线布筋,常用跨径一般限于20～35米,其中空心板板桥一般不超过25m,远远落后于国外广泛采用的折线配筋方式,如前苏联设计的先张梁跨度达到了69.2m,而向美、日等发达国家也多使用折线配筋的先张梁。

二、预应力混凝土空心板的特点

(一)预应力混凝土空心板的主要结构形式

立面布置上,有简支板和连续板两种结构。简支板结构简单,缺点是在梁衔接处的挠曲线会发生不利于行车的折点,行车颠簸,需要设置伸缩缝或桥面连续,难以保障行车舒顺,而桥面连续也容易破坏。连续板结构无断点,行车舒适,且由于支点负弯矩的存在,使跨中正弯矩值明显减少,从而减少材料用量及结构自重;主要缺点是结构较复杂,当跨径较大时,长而重的构件不利于预制安装施工,往往要在工费昂贵的支架上现浇,工期较长。

此外,作为折中方案的“先简支后连续”,即发挥了两者的优点,又克服了它们各自的缺点,可以先按简支梁规模化施工,后用湿接缝把相临跨的梁块连接成连续梁从而得到连续梁优越的使用效果。

空心板在横断面挖空部分可以采用圆形、端部圆形、矩形、侧面和底面呈直线而顶部呈拱形等(如图1,图2)。空心板梁截面抗弯效率指标值随挖空率而变化,一般为0.4～0.55,在综合考虑结构受力和简化施工的前提下,常采用抗弯效率指标值较大的截面。成孔方式多采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如高强复合薄壁管(GBF)等材料。

(二)预应力混凝土空心板的优点

总结起来,预应力混凝土空心板具有以下优点:(1)构造简单,工艺成熟,多数施工单位都可操作;(2)可以工厂化预制,现场装配,施工简便迅速,便于质量控制和降低成本;(3)体积小、重量轻、便于吊装;(4)建筑高度小,不受填土高度限制;(5)对地基条件要求不高;(6)遭受破坏后易于修复。

三、预应力混凝土空心板施工问题

(一)减小温度收缩应力的办法

转换梁的约束过大,限制了混凝土早期成形时的收缩,加之水化热的降温收缩,很容易引起混凝土的开裂。为了减小温度收缩应力,应尽可能地减少转换梁的约束。例如在本工程中,不宜用摩擦系数较大的混凝土垫层充当转换梁的底模,建议施工时在转换梁下设置光滑平整的木质模板,在模板上均匀涂刷脱模剂,模板内侧铺设防水塑料布,这样防水塑料布既能起到防止水分过分流失的目的,使混凝土得到较好的养护,又能使混凝土和底模的摩擦系数减小,给混凝土充分的空间收缩。另外,钢骨柱和转换梁的整浇是结构上的要求,是不可更改的,但设计中是按铰结点计算的,所以完全可以采用二次浇筑的办法,将转换梁和钢骨柱分开浇筑。转换梁的宽度比钢骨柱的柱宽大,所以可以在钢骨柱中的钢骨处设置封闭的铁皮内模并可以用波纹管与外界相连。铁皮内模可将钢骨与转换梁第一次浇筑的混凝土分离出来,待第一次浇筑的混凝土收缩变形稳定后,再用给预应力筋孔道灌浆的办法,将细石混凝土填满铁皮内腔。另外,由于和转换梁相连的普通混凝土小梁比转换梁的收缩小,那么小梁会对转换梁收缩起到限制作用,也成为一种隐形的约束,为了消除这种隐形的约束,可以在小梁的跨度1/3处留设施工缝,在第二次浇筑钢骨柱内模混凝土时浇筑剩下的小梁混凝土,这样可以使转换梁得到充分的收缩空间。综合采取这些施工措施能使混凝土得到充分的收缩空间,释放了大量的收缩应力,使混凝土的温度收缩裂缝出现的机会大大减小。同时很好的养护也是必不可少的重要措施,例如,转换梁上覆盖草垫洒水养护,并用塑料薄膜包裹混凝土以减少水分蒸发等。从另一方面看,减小转换梁梁底和梁端的约束,可以使预应力建立的效果更加明显,这也是防止早期混凝土收缩开裂的方法之一。

(二)高层建筑转换梁混凝土开裂的防治措施

无论业主还是施工单位,都希望缩短施工工期,加快施工进度。这就不可避免的要在混凝土浇好后,施工规范验收规范允许的条件下,尽早拆模,尤其是楼板的模板;而且楼板在浇筑后两天(楼板混凝土强度达到1.2N/mm2),上面就可以搭设上一层的钢管脚手架了。当楼板的底模拆除后,楼板上的荷载传向转换梁,使还没有达到设计强度的转换梁过早的承担了荷载,加上自身的重量和大体积混凝土的温度收缩,很容易使混凝土开裂,并且在支座处易形成八字形裂缝。采用有限元软件进行模拟分析,得到的结果是在靠近梁两端1/3梁跨间,剪应力相对最大。也就是说此间极易出现八字形剪切斜裂缝,故当混凝土的龄期较短,未达到规定强度就拆模时,由于自重产生的剪应力或自重剪应力与温度、收缩应力之和大于该状态下混凝土的抗拉强度时,就会出现上述典型的八字形斜裂缝。

防止拆模过早引起裂缝的措施,最简单易行的是等转换梁所在层混凝土达到28天强度,张拉完转换梁的预应力筋后拆模,但为了加快模板的周转,节约成本,可以利用不利荷载隔跨布置的原理,采取将转换梁的隔跨板底模先拆除,而所有梁不拆底模的办法。若想拆除所有板底模,也可以采取加固转换梁梁底脚手架的办法。总之,不能在无任何加固措施的情况下将没有达到强度的转换梁底模板过早拆除。

四、结语

由于板式桥梁具有构造简单、受力明确的特点,而预应力混凝土空心板建筑高度相对最低,对土源缺乏、软基较多的平原地区有显著的经济性,因而特别受到欢迎。可以经过优化后编制适当的通用图集,大量推广,从而简化设计、施工过程,促进施工技术、工艺的标准化,提高预制板质量,并进一步降低生产成本,获得更好的经济效益和社会效益。所以,做好预应力混凝土空心板桥的优化设计工作意义重大。

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