钢混组合桥梁病害及维修加固

钢-混组合梁桥施工质量及施工工艺的研究

一．立项背景和依据

1、研究背景

钢-混凝土组合箱梁桥是目前城市桥梁中的一种新型桥梁，该结构形式最早出现于19世纪末20世纪初,经过几代工程师们近百年深人、细致、全面地研究和应用,自20世纪70年代开始快速发展。这类桥梁充分发挥了钢材与混凝土的材料性能，在我国运用越来越多，具有广阔的应用前景。

与此同时，这类桥梁由于本身特点，在施工过程中往往会出现一些质量问题。严重影响结构的耐久性和运营安全。

本文以以广吉高速宁都北互通宁都北跨线桥钢混叠合梁为依托，以可能出现的施工质量问题为研究对象。研究钢-混组合梁施工工艺等关键技术问题。

2、研究目的与意义

随着经济的发展，江西省高速公路网的不断建设，必将带动本省经济的发展，同时还可通过公路建设造就出一条条沿线经济增长带，拉动区域经济发展，以达到整个本省经济全面发展的目的。

高速公路建设过程中必将遇到众多桥梁。将混凝土桥面板与钢箱梁组合成整体共同受力的结构形式，充分发挥了钢材抗拉、混凝土抗压的材料优点。它具有受力性能好，抗震性能优良，自重轻，施工快速方便、省脚手架和模板，保护环境，不影响下部交通等优点，同时，相比以单一材料的混凝土结构和纯钢结构，组合结构可以在结构的力学性能与经济性之间寻求一个更好的平衡点。

这类桥梁结构轻巧、跨越能力大、施工速度快且不影响交通为主要特点的钢混组合连续梁能最大程度满足建设要求。比如，在城市立交桥建设中，钢-混组合梁也以其跨越能力大，建筑高度小，抗震性能好以及施工速度快等优点得到了广泛的应用，取得了较好的技术经济效益。

但是由于钢材与混凝土本身的材料特点及组合桥梁的结构特征，在施工过程中会出现一些质量问题。桥面板的后浇剪力槽孔、纵横向板缝、钢梁焊缝、剪力连接件等部位都易出现问题。鉴于上述原因导致组合梁桥的质量和安全得不到保证，而且影响交通及行人的身体安全。严重影响了桥梁的工作性能和使用寿命。

因此，为保证该类桥梁的安全运营，延长其使用寿命。很有必要对现有该类型桥梁进行施工质量监测，改善施工工艺。使其更好的为国家与社会服务。

桥梁施工控制是桥梁建设质量和安全的保证，在施工中的每一阶段，结构的内力和变形是可以预计的，同时通过监测手段可以得到各施工阶段结构的实际内力和变形，从而可以跟踪掌握施工进程和发展情况，及时发现存在的问题，并加以调整，避免成桥后调整困难。

应该指出的是，国内外既有钢混组合梁桥目前的运营状况较好，出现的施工质量问题也不算严重，但是未雨绸缪，随着国内高速公路的进一步建设，该类型结构形式桥梁也会得到进一步推广使用，以及由于经济快速发展带来的对桥梁功能要求的提高，对其进行施工质量的分析及改善施工工艺的研究也是必要的。尽早的发现并且研究这些施工质量问题并提出相应的改善施工工艺的措施，也能减少相应的损失，让这类结构的桥梁更好的运用于建设中！

3、国内外研究现状与评价

3.1 组合梁桥的发展现状

通常认为，组合结构最早产生于20世纪初期。当时出于抗火的需求，在钢梁外侧包裹混凝土而形成了钢骨混凝土梁（也称为型钢混凝土、劲性混凝土）。由于施工困难，因此随着防火涂料的普及，这种出于抗火目的而外包混凝土的结构形式，已逐渐失去吸引力。由于刚混凝土组合结构具有很多优点，各国对其开展了大量研究。此后开始到现今的100年时间里，工程师和学者对组合结构展开了全方位的研究，取得了丰硕成果。

随着组合梁的应用和发展，组合梁桥也出现多种形式。常用形式主要包括：组合板梁桥、组合箱梁桥、组合绗梁桥、组合刚构桥、组合斜拉桥、组合结构悬吊桥面系、波形钢腹板组合梁桥、预应力组合梁桥等。组合结构桥自20世纪50年代之后得到了迅速的发展，从20—25m跨径的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合梁的应用！上世纪80年代至今这一阶段，组合梁形式开始多样化，相继出现了预应力钢混凝土组合梁、预制装配式钢混凝土组合梁、钢板夹心组合梁、叠合板组合梁等多种新的结构形式。同时，对组合梁在使用中所产生的问题以及新材料、新工艺的应用开展了更加细致的研究，并由线弹性向非线性，由平面结构向空间结构的方向进行了发展。

在欧美和日本等国，为降低施工费用，在城市道路和高速公路中大量采用钢-混组合梁桥，并根据经济性不断的改进！法国于1990年建成的Hopital桥，将钢主梁间距加大，数量减为2根。20世纪50年代，瑞典建造了跨径182m的Stromsund组合梁斜拉桥，德国建造了跨径58.8m的Buchnauer组合梁斜拉桥。日本采用了德国著名桥梁专家Leonhardt的组合斜拉桥设计方案，采用工字型截面组合梁建设了腾濑大桥（128m）、英国采用同样的设计方法建设了跨径为152m 的新港桥！2004年，韩国首尔建造1560m引桥时，采用钢-全髙预制混凝土桥面板组合结构桥梁。板梁组合构造采用簇钉群剪力连接件，栓钉直径25mm，并采巧抗压强度50MPa的无收缩水泥砂浆填充剪力槽孔。

我国桥梁过去多采用钢筋混凝土和预应力混凝土以及圬工拱桥等结构形式。但是早在20世纪五六十年代，我国建设的武汉长江大桥、衡阳湘江大桥、川黔线乌江桥、东兰红水河桥的桥面结构已开始采用组合结构的构造方式。但当时在设计中并未充分考虑组合作用，而仅仅将其作为强度储备。近20年来，钢混组合结构桥梁在我国得到迅速发展。1991年，上海市建成了我国第一座钢-混凝土组合斜拉桥。1993建成的上海杨浦大桥(跨径为602m)，2001建成的福建青州闽江大桥(跨径605m)，其加劲梁均采用了钢混组合结构，在同类型桥梁中位居世界前列。北京市在1993年在国贸桥首次采用钢-混凝土叠合板组合梁，大大加快了施工速度。2000年，深圳建成的北站大桥是我国首座采用组合梁悬吊桥面系的钢管混凝土拱桥。同年，我国在芜湖成功建设一座主跨为312m的芜湖长江大桥，采用了钢桁混凝土组合结构，这也是我国首座公铁两用斜拉桥。2004年，云南省采用纵横组合桥面系结构的加劲梁建成的祥临沧澜江大桥是我国首座钢-混凝土组合梁悬索桥（主跨380m）。2005年开工建设中的河南甄城黄河大桥是目前世界上最长的波形钢腹板PC组合箱梁桥(跨径58×50m)。同年，河南省建成了我国首座波形钢腹板PC组合箱梁公路桥---泼河大桥建成通车(跨径4×30m)，采用先简支后连续体外预应力波形钢腹板组合箱梁结构。2006年建成通车的常州新运河平陵大桥为国内首例大跨度(主跨110m)钢混凝土组合连续梁桥。2009年开始建设的港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用85m连续组合钢箱梁，是一座全预制钢混组合结构梁桥，组合梁下部是开口的槽型箱梁，上部是全高预制的混凝土桥面板！除此之外，近些年来，我国大量科研及施工人员，对钢管混凝土拱桥

进行了丰富的研究并取得了多项突破。

3.2施工质量问题及施工工艺的研究现状

2008年，姚瑶、陈民生结合南京长江第二桥项目中八卦洲跃进河特大桥工程的实例, 就预应力空心板组合箱梁预制过程中容易出现的质量问题的原因和解决问题的方法作简要的介绍。并提出了施工要点和有关这些问题的质量控制方法。

2009年，王略、周庆文针对先简支后连续的组合箱梁设计、施工中经常出现的质量通病，提出了防治措施及建议。同时发表了《后张法预应力砼组合箱梁在施工中常见质量问题及防治措施》

2010年，崔海军对钢桥疲劳验算采用的荷载及加载方式和疲劳分析方法作了一些探讨。从材料本身的缺陷、施工技术、施工方法、施工质量问题等方面进行了研究。

2013年，苏雪梅结合工程实际，从箱梁预制施工的准备工作、钢筋绑扎、管道布置、混凝土浇筑、预应力张拉、孔道压浆等方面的质量控制进行了论述和总结，并提出了相应的质量控制措施，保证了箱梁预制的施工质量。

2014年，李玉英等以更好的保证高速公路桥梁施工的质量，进行必要的质量管理为目的，对施工中应用的技术措施进行研究和分析，研究了高速公路桥梁施工中的技术质量问题，并给出了相应的解决措施，更好的保证了高速公路桥梁施工的使用效果。

2014年，李筠、邬晓光等从焊缝质量检验、焊缝缺陷检测进行了深入研究，分析了焊缝中常见的缺陷及其影响焊接质量的主要成因。对危害性裂缝进行了有效地识别，分析总结了焊接缺陷对结构强度和承载力的影响。

2015年，刘宏刚、张洪玉、彭月燊对多座大型铁路钢桥高强度螺栓施工情况调研的基础上，结合现代钢桥建设的发展，对现行铁路行业标准的条文进行梳理，其中对铁路钢桥中高强度螺栓的制造工艺、延迟断裂、质量检查、配套标准、栓焊混用连接、施拧方法及工具设备等问题予以探讨，对拟修订的相关内容进行了解析，加深了对标准的理解和正确使用。

2015年，叶黎迪、胡科军从材料的控制、施工人员的素质、桥梁裂缝、机械问题和环境问题等方面对工程建设施工质量问题进行了深入研究。分析了当今

道路桥梁施工中出现的一些问题，并就如何预防质量问题提出了相应的措施。

2015年，高金德从现阶段高速公路桥梁施工还存在着三大技术性的难题：施工易产生裂缝、桥面易漏水和钢筋易锈蚀出发，做了细致的研究和科学的论证，并提出了一系列的预防和处理措施，并从桥梁施工的技术问题出发，进一步分析阐释了这些措施。

2016年，方文波等从实际施工中存在的质量问题出发，对相关质量问题进行了分析，并提出采取有效的控制策略去避免这些质量问题，从而保证道路桥梁施工质量，适应现代社会的发展，促进建筑行业的可持续发展。同时还发表了《道路桥梁施工中的常见质量问题及其控制探析》

4、参考文献

[1] 聂建国,余志斌.钢-混凝土组合梁在我国的研究和应用.土木工程学报

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[2] 聂建国,孙国良.钢-混凝土组合梁槽钢剪力连接件的试验研究.郑州工学院

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[4] 聂建国钢-混凝土组合结构试验、理论与应用[M].科学出版社,2005

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[9] 郭磊，孙东超.钢-混凝土连续组合梁桥裂缝问题的研究综述.上海市政工程

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[11]李伟，吴鉴非.混凝土桥面铺装病害与设计和施工的关系研究.北京中交通

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大学桥梁与隧道工程研究所,哈尔滨工业大学桥梁工程研究所,苏州天狮建设监理有限公司,全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议，2008

[13]姚瑶,陈民生.预应力空心板组合箱梁施工中有关质量问题的控制.许昌市

公路管理局第一工程处,2008.

[14]刘宏刚，张洪玉，彭月燊.铁路钢桥高强度螺栓连接施工若干问题探讨.中

铁大桥局集团有限公司,中铁大桥局集团桥梁科学研究院,2015.

[15]王略,周庆文.后张法预应力砼组合箱梁在施工中常见质量问题及防治措施.

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[16]李筠,邬晓光.公路钢桥焊缝探伤技术应用研究.长安大学,2014.

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[20]叶黎迪,胡科军.道路桥梁施工质量问题分析与预防.2105

[21]黄英军.钢-混凝土组合梁桥维修加固质量检验评定方法研究.广东中天市

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[22]李玉英.浅谈高速公路桥梁施工中的技术质量问题.赣州高速公路有限责

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[23]石雄伟.钢板-混凝土组合加固方法试验研究及实桥应用.长安大学，2012

[24]何超超.预应力钢-混组合梁桥的长期行为分析及修复加固研究.浙江大学，

2016

[25]方文波.道路桥梁施工中的常见质量问题及其控制探析.四川省核工业地

质局二八一大队.2016

二．研究方案

1、研究内容

结合江西省实际情况，根据已有文献资料的研究报道以及本工程现场调研，确定组合梁桥容易出现的质量问题。本课题围绕施工质量问题、施工监测和标准化施工指南三个方面开展研究：系统的研究组合梁桥出现的各种质量问题；提出相应的监测方法以及标准化施工指南。通过三个内容成果的有机集成，形成组合梁桥施工质量问题、施工监测及施工指南的研究，具体研究内容如下：

1.1施工质量问题的发现及归类

针对现有的国内外组合梁桥已经出现的各种施工质量问题，对本桥可能出现的质量问题进行系统的分类，主要包括：

（1）桥梁裂缝。导致桥梁裂缝的原因主要有：第一，混凝土振捣不密实；第二，施工过程有效预应力难以达到；第三，桥面防水层失效。

（2）钢梁锈蚀。油漆涂装不规范，桥面板防水失效时。钢梁会长期暴露在空气、水汽、工业烟尘以及其他化学和污染物的环境当中，容易发生化学反应或者是电化学反应。

（3）钢筋锈蚀。施工原因主要与水灰比控制、水泥用量控制、外加剂选择和使用量以及混凝土质量等施工要素有关。

（4）铺装层松落。主要原因有：第一，施工员没有按照施工工序进行作业；第二，忽视桥梁铺装层的施工质量；第三，对桥梁外观质量过于关注。

（5）桥面不平整。发生此问题的原因主要包括以下两个方面：第一，配置材料比例失调。在对桥梁进行施工时，需要对沥青等材料进行合理配置，施工材料一旦发生比例不调的情况，或者会造成壅包和泛油现象出现，或者会造成路边松散的情况；第二，选用材料不合格。对桥梁进行施工，需要可靠材料做保证，材料出现质量不合格的情况，就容易造成桥面不平整，比如石料的抗压能力较差，集料压碎值较差，那么将其用于道路桥梁施工建设，其质量自然无法达到要求。

（6）桥面反拱度过大。在桥面系施工中，经常发现反拱度偏大，特别是组合箱梁边梁有时反拱度甚至达到4~5cm，导致桥面系施工困难。这主要是因为：第一，边梁与中梁相比，预应力筋较多，而且边梁不存在负弯矩张拉；第二，组合箱梁正弯矩张拉时，由于龄期等原因，弹性模量未达到设计强度的85％以上，引起张拉后跨中反拱过大；第三，储梁期过长，从正弯矩张拉结束到负弯矩张拉时间间隔太长，甚至超过60天。常常引起桥面铺装层开裂，此后带来桥面水毁等质量问题。

（7）少筋、漏筋、错筋：主要原因是在箱梁桥面板、张拉孔这些部位未严格按施工图纸及规范要求预埋环形钢筋、纵向受力钢筋。

（8）支座不均匀受力。主要原因有：第一，临时支座设计时未考虑临时荷载作用；第二，施工过程中对支座顶面高程没有进行严格控制。

（9）施加预应力张拉时应力大小控制不准。其主要原因：第一，油表读数

不够精确。目前，一般油表读数至多精确至1Mpa，1Mpa 以下读数均只能估读，而且持荷时油表指针往往来回摆动；第二，千斤顶校验方法有缺陷。千斤顶校验时无论采用主动加压，还是被动加压，往往都是采用主动加压整数时对应的千斤顶读数绘出千斤顶校验曲线，施工中将张拉力对应的油表读数在曲线上找点或内插，这样得到的油表读数与千斤顶实际拉力存在着系统误差。另外，还可能由于千斤顶油路故障导致油表读数与千斤顶实际张拉力不对应。

（10）孔道压浆不及时、压浆不饱满。施工单位由于施工安排不当，工序衔接不好，数月甚至更长时间才压浆（规范规定预应力张拉锚固到压浆这段时间最多不超过14天）。由于张拉后预应力筋毛孔已张拉，比原始钢材碳素晶体间歇加大，水分子及不良气体极易浸入，锈蚀明显加快，引起预应力损失加大。

（11）负弯矩钢束压浆不密实。从施工角度看可能是由于压浆时压力不够或操作不当，漏掺膨胀剂或水泥浆流动度过大，向低处流淌，导致孔道压浆不饱满，降低了预应力筋与混凝土间的握裹力。

（12）伸缩缝的质量问题。快节奏的桥梁整体施工减少了设备安装和混凝土浇筑的时间，而且一部分的浇筑时间是有施工人员通过经验把握的，没有严格遵守施工规范要求，因此会与设备的安装在时间上产生差异，最终导致伸缩装置在安装后期的间隙比之前要小。

（13）桥面漏水问题。施工时桥面防水层的建设未按照标准规范，桥面防水层材料的选择和筛选不合格，导致桥面板和桥面钢筋遭到破坏和锈蚀，进而产生漏水现象。