李贲
广州市第一市政工程有限公司 广东 广州 510060
海琴桥为珠海十字门中央商务区横琴片区五座造型别致充满寓意的大桥之一，是五座桥中跨度最长、地理位置最显著的一座，位于金融岛人工河的入口处， 桥梁跨径布置为（37.5+3×40+37.5）m，全长195m的5跨全预应力混凝土连续箱梁桥。主梁标准宽43.0m，主梁为等高度预应力混凝土连续箱梁，中心梁高2.4m。
拱肋采用主副拱箱形钢构件，拱肋通过吊索与主梁连接，基础采用钻孔灌注桩。
箱梁采用左右幅对称布置，全桥桥面总宽度43.0m，单幅桥面宽度21.5m，箱梁底板宽15.48m，主梁采用单箱四室直腹板箱形截面布置。
箱梁顶板厚0.28m，底板厚0.25m，腹板厚0.4～0.6m，外侧翼缘板悬臂长3.0m，悬臂端部0.2m，根部厚0.55m，内侧翼缘板悬臂长 3.02m，悬臂端部0.2m，根部厚0.55m。端、中横隔墙厚度分别为1.5m和2m。主梁采用纵向预应力体系，纵向预应力束有腹板束、顶板通长束、顶板 支点短束、底板通长束、底板跨中短束，采用15-Φs 15.2、12-Φs 15.2、9-Φs15.2三种类型钢绞线。纵向预应力钢绞线标准强度为1860MPa，采用高密度聚乙烯塑料波纹管作为预应力束管，群锚锚固，锚固张拉控制应力为σcon=1395MPa。横隔墙采用横向预应力体系，采用19-Φs 15.2、15-Φs 15.2两种类型钢绞线[1]。
图1 箱梁标准断面图（单位：m)
2.1 桥梁外观检查
本次检查共计发现箱梁室外顶板存在37条裂缝，裂缝走向主要沿桥梁宽度方向分布，裂缝长度在2.1m～21.5m之间，裂缝宽度在0.08mm～0.30mm之间；
发现箱梁室内顶板存在139条裂缝，裂缝走向主要沿桥梁宽度方向分布，其中有6条裂缝走向沿桥梁长度方向分布，裂缝长度在0.6m～3.4m之间，裂缝宽度在0.04mm～0.20mm之间；
发现室外底板存在3条裂缝，裂缝走向沿桥梁宽度方向分布，裂缝长度在0.9m～1.2m之间，裂缝宽度在0.10mm～0.14mm之间；
发现箱梁室外腹板存在1处网状裂缝，裂缝宽度在0.06～1.00mm5之间；
发现箱梁翼板底面存在32条裂缝，裂缝走向主要沿桥梁宽度方向分布，裂缝长度在0.8m～3.5m之间，裂缝宽度在0.06mm～0.18mm之间[2]。
2.2 裂缝深度
所抽检的1 5条裂缝中，裂缝深度平均值介于34.5mm～165.2mm之间，最大裂缝深度代表值为169.4mm，最小裂缝深度代表值为36.0mm。
2.3 裂缝监测
所抽检的20条裂缝中，裂缝长度变化范围为0～60mm，裂缝宽度变化范围为0.00～0.04mm。由监测结果可知，裂缝变化较小，整体发展趋于稳定。
本桥裂缝均在混凝土养护期产生，属于非受力裂缝，非受力裂缝主要有：
3.1 温度变化引起的裂缝
引起温度变化的主要因素有：日照温差、骤夜降温、突降大雨、冷空气侵袭；
水化热和养护措施不当使混凝土内外温差太大，致使表面出现裂缝。
3.2 混凝土收缩引起的裂缝
混凝土收缩引起的裂缝主要因素有：塑性收缩，发生在混凝土施工过程中，混凝土浇筑后4～5h内，缩水收缩（干缩），因混凝土表层水分损失比内部损失快，因此产生表面收缩和内部收缩不一致的不均匀收缩，表面混凝土收缩变形受到内部混凝土收缩慢的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过本身抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
结合本项目情况及裂缝检测结果，本桥顶板产生较多裂缝的主要原因为顶板浇筑后养护期产生混凝土塑性收缩和缩水收缩。混凝土浇筑后4～5h内，此时水泥水化反应最激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土胶凝材料失水收缩，同时骨料因自重下沉，在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。同时，若养护措施未及时保水，混凝土表面与周边空气温度差超过20°，未及时进行薄膜覆盖保温，表面收缩变形受到内部混凝土收缩慢的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。此时形成的裂缝与混凝土塑性收缩作用叠加导致裂缝深度和宽度不断加大，最终形成现状裂缝[3]。
受力验算采用某桥梁有限元分析软件进行分析，按空间杆系有限元法模拟施工阶段及运营阶段工况，计算各截面的内力、应力、变形等。
利用Midas有限元分析程序对本桥上部结构建立空间杆系有限元模型，全桥共划分单元277个，节点280个。有限元模型图如图2所示。
图2 空间有限元模型
按照行业规范《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），取171种荷载组合对桥梁进行整体验算。其中短期效应组合与长期效应组合均未考虑冲击系数。
4.1 施工阶段法向压应力验算
施工阶段法向压应力验算按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的7.2.7、7.2.8条规定计算。因施工阶段混凝土龄期较短，所以施工阶段混凝土的抗压强度标准值按f’ck=0.8fck=0.8×32.4=25.92MPa计，抗拉强度标准值按f’tk=0.8ftk=0.8×2.65=2.12MPa计。
裂缝按通透裂缝计算，顶板通透损伤后施工阶段主梁最小应力为-12.27MPa，最大应力为-4.22MPa，未出现拉应力，且小于规范限值-18.144MPa。
4.2 持久状况承载能力极限状态验算
4.2.1 极限承载力正截面抗弯强度验算。结构抗弯承载验算：按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第5.2条规定进行。
按顶板通透损伤验算截面的受力弯矩均小于截面极限承载弯矩。结构受力处于安全状态，满足设计规范要求。
4.2.2 极限承载力斜截面抗剪强度验算。结构抗剪承载验算：按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第5.2条规定进行。
按顶板通透损伤验算验算截面的所受剪力均小于截面极限承载剪力。结构受力处于安全状态，满足设计规范要求。
4.3 持久状况正常使用极限状态验算
4.3.1 使用阶段正截面抗裂验算。使用阶段正截面抗裂验算按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)的6.3.1条规定式6.3.1-2计算，计算式如下：
顶板通透损伤后结构在短期组合包络情况下主梁，未出现拉应力，满足规范要求。
4.3.2 使用阶段斜截面抗裂验算。按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第6.3.1条第2项规定进行。计算式如下：
顶板通透损伤后结构在短期组合包络情况下主梁，最大主拉应力为0.70MPa，小于规范规定的1.06MPa，满足规范要求。
4.4 使用阶段截面压应力验算
4.4.1 正截面压应力验算。正截面压应力验算按照行业规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第7.1.5条规定计算。计算公式如下：
顶板通透损伤后结构在标准组合包络情况下主梁最大压应力为-16.74MPa，超过规范规定的-16.2MPa，因为损伤的4m范围内板厚在计算时并未参与受压计算，而实际结构此处混凝土应参与受压，所以计算的-16.74MPa结果偏大。
4.4.2 斜截面主压应力验算。斜截面主压应力验算按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中第7.1.6条规定计算。计算公式如下：
顶板通透损伤后结构在标准组合包络情况下主梁，最大主压应力为-16.74MPa，小于规范规定的-19.44MPa，满足规范要求。
4.5 整体计算小结
顶板通透损伤后除正常使用状态正截面压应力验算不符合规范要求，其余指标均符合规范要求，在标准组合包络情况下主梁最大压应力为-16.74MPa，超过规范规定的-16.2MPa仅0.54MPa，超出容许值3.3%，此时损伤的4m范围内板厚在计算时并未参与受压计算，而实际结构中此处板厚仍参与结构受压，所以计算的-16.74MPa结果偏大。可认为顶板结构处于安全状态[4]。
通过计算分析，本次产生的裂缝对桥梁的整体受力虽有一定影响，但顶板结构总体仍处于安全状态。
后期应对所有裂缝进行专项修复，对细缝（＜0.15mm）应进行封闭，对宽缝（≥0.15mm）应进行压力注胶，保证桥梁结构的耐久性。
在修补裂缝后，运营期加强桥梁定期检测，重点普查箱梁顶板裂缝情况。选取顶板若干代表性裂缝对其长度，宽度进行定期监测。
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