普通混凝土空心預(yù)制橋板裂縫成因與防治研究

□張國(guó)勝 □陳國(guó)祥（商丘市水利科技推廣中心）

普通混凝土空心預(yù)制橋板裂縫成因與防治研究

□張國(guó)勝 □陳國(guó)祥（商丘市水利科技推廣中心）

裝配式鋼筋混凝土空心板橋是我國(guó)目前建造在干、支溝、渠上的主要農(nóng)用橋梁結(jié)構(gòu)形式之一。文章從提高工程內(nèi)在質(zhì)量，改善施工方法入手，對(duì)空心橋板裂縫的形成原因進(jìn)行了詳細(xì)地分析和計(jì)算，對(duì)已產(chǎn)生的裂縫和防止裂縫的產(chǎn)生提出了切實(shí)可行的防治措施。

農(nóng)用；空心板；裂縫；防治；措施

1 混凝土空心板裂縫概況

20世紀(jì)80年代以來(lái)，豫東地區(qū)在干、支溝渠上建造農(nóng)用橋梁多以鋼筋混凝土空心板橋?yàn)橹?。該橋型下部采用雙柱式鋼筋混凝土灌注樁排架，上部為鋼筋混凝土空心板裝配式結(jié)構(gòu),使用情況良好，形成了定形設(shè)計(jì)。但它標(biāo)準(zhǔn)低，跨度小，孔數(shù)多，對(duì)河道行洪不利。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和防洪的需要，目前橋梁?jiǎn)慰卓缍纫延稍瓉?lái)的5.0m提高到10.0m，橋上的載荷也從幾噸提高到幾十噸。但從總體使用情況看，少量橋梁在板底部出現(xiàn)不同程度的橫向裂縫。2011年春夏，在某河道治理工程中，技術(shù)人員通過(guò)努力，從提高工程內(nèi)在質(zhì)量，改善施工方法入手，認(rèn)真研究，仔細(xì)分析，較好地解決了這一難題。

某河段治理工程農(nóng)用橋梁，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路二級(jí)（折減），板寬1.0m，板高0.5m，路面凈寬7.0m，其橫斷面見(jiàn)圖1。其中首先施工的一座橋橋板出現(xiàn)裂縫。裂縫集中出現(xiàn)在空心板的底面跨中附近2.0～4.0m范圍內(nèi)。數(shù)量一般為10～20條不等，縫的長(zhǎng)度多占板寬的1/3～1/2,個(gè)別形成錯(cuò)位或間斷式裂縫貫穿全板寬。經(jīng)用裂縫刻度儀量測(cè)，裂縫寬度多在0.1～0.2mm,最大不超過(guò)0.3mm，見(jiàn)圖3；深度在10～20mm,間距在140～200mm，平均間距180mm。特征：①不是所有橋板都發(fā)現(xiàn)裂縫,在該橋共4孔28塊橋板中,有14塊發(fā)現(xiàn)裂縫,占50%；②橋板安裝前未發(fā)現(xiàn)裂縫,而是在安裝時(shí)或安裝后至路面混凝土鋪裝層澆筑前這段時(shí)間內(nèi)先后發(fā)現(xiàn)的；③雖然裂縫,但對(duì)混凝土通過(guò)試塊試壓、回彈儀及超聲波檢測(cè)儀檢測(cè),其強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；④縫寬都在規(guī)定的范圍內(nèi)（SL-T191-2008）規(guī)定二類(lèi)環(huán)境時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土縫寬限值為0.3mm；⑤結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土保護(hù)層厚度>50mm時(shí)可增大0.1mm。

圖1 橋孔橫斷面圖（單位：mm）

顯然,這種裂縫不影響橋的使用,但會(huì)使人們產(chǎn)生不安全感,且一旦加深加寬,伴隨著混凝土的碳化，容易銹蝕鋼筋，減少橋梁工程使用壽命。

一般講，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)范允許的范圍內(nèi)帶縫工作是正常的，經(jīng)濟(jì)的、也是安全的。但如果設(shè)計(jì)上要求抗裂，工程結(jié)構(gòu)上再出現(xiàn)裂縫，而且超出適當(dāng)范圍的話(huà)，就應(yīng)另當(dāng)別論。因此,針對(duì)上述情況,從板的設(shè)計(jì)、預(yù)制、運(yùn)輸、安裝等方面查找原因，采取有效措施,盡量避免裂縫發(fā)生。

2 裂縫成因分析

2.1 運(yùn)行期強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算

空心橋板的設(shè)計(jì)尺寸和配筋見(jiàn)圖2。

和其它裝配式橋板一樣,為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),屬受彎構(gòu)件?；炷帘Ｗo(hù)層厚度也符合要求，考慮C40混凝土路面鋪裝層與空心板的共同作用而計(jì)入板的計(jì)算厚度，實(shí)際配筋率為1.3%（規(guī)范規(guī)定不得小于0.2%），橋板之間有橫向連接結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），據(jù)此驗(yàn)算其強(qiáng)度和抗裂度均滿(mǎn)足要求，因而空心橋板結(jié)構(gòu)在使用時(shí)不存在產(chǎn)生裂縫的必然性。

圖2 空心橋板設(shè)計(jì)尺寸和配筋圖

圖3 橋板橫向連接(板間連接結(jié)構(gòu)和板間鉸縫連接結(jié)構(gòu))圖

2.2 靜載荷試驗(yàn)

為安全起見(jiàn)，商丘市水利建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站對(duì)該橋在設(shè)計(jì)荷載（未計(jì)入沖擊系數(shù)）作用下橋板跨中底面混凝土應(yīng)力、撓度和裂縫開(kāi)展寬度等方面進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明橋板結(jié)構(gòu)跨中底面混凝土處于受壓狀態(tài)，因而在兩裂縫之間不可能再出現(xiàn)新的裂縫；跨中撓度實(shí)測(cè)值與理論值基本相符，卸載后恢復(fù)原狀態(tài)；板底最大裂縫開(kāi)展寬度由加荷前的0.2mm增加到0.3mm,卸載后恢復(fù)原狀態(tài)。結(jié)論是在設(shè)計(jì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

2.3 施工期強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算

橋板在未澆筑路面混凝土鋪裝層,形成整體結(jié)構(gòu)前，長(zhǎng)度和重量相對(duì)較大，而剛度相對(duì)較小，因此驗(yàn)算分4種情況:第一種是起重機(jī)按設(shè)計(jì)吊點(diǎn)吊起橋板在空中運(yùn)動(dòng)，橋板除受自身重力外，還受動(dòng)荷載影響。第二種是橋板安裝就位后只受自身重力影響，但其支承點(diǎn)距離和吊點(diǎn)相比增大。第三種是平板汽車(chē)將橋板從預(yù)制場(chǎng)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，除第一孔外，輪胎式起重機(jī)就必須通過(guò)已安裝就位的橋板才能進(jìn)入下一孔工作位置。安裝好的橋板到路面混凝土鋪筑前尚未形成整體,吊車(chē)的兩側(cè)車(chē)輪分別行駛在已安裝好的兩塊橋板上（吊車(chē)的自重視其起重力的大小，一般為單塊板重的3～4倍）。第四種是吊車(chē)到達(dá)工作位置后，4個(gè)支腿中兩個(gè)支腿支撐在排架梁上，另2個(gè)支腿則支撐在4塊橋板上（每個(gè)支腿下方橫向墊有2m長(zhǎng)方木）。經(jīng)計(jì)算，第一、二種情況強(qiáng)度和抗裂度滿(mǎn)足要求，第三、四種最不利情況當(dāng)屬前者，最不利位置是吊車(chē)重軸行駛在橋板跨中，重軸重量分別由兩塊橋板承擔(dān)。此時(shí)每塊橋板除承受自身重量外，還需承擔(dān)吊車(chē)重軸重量的一半（偶然荷載集中力），計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。計(jì)算得跨中偶然荷載組合最大彎矩Mk=4.1×10N·mm。驗(yàn)算得強(qiáng)度安全系數(shù)為1.7，強(qiáng)度安全系數(shù)>規(guī)定值1.0，可見(jiàn)強(qiáng)度足以滿(mǎn)足要求。取混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.4N/mm2,截面抵抗矩塑性系數(shù)γm=1.5，混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)αct=0.9，按材料力學(xué)公式計(jì)算得換算截面受拉邊緣彈性抵抗矩W0=3×107mm3。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，水工鋼筋混凝土受彎構(gòu)件抗裂按Mk≤γmαctftkW0驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果得抗裂安全系數(shù)為k=0.2

圖4 簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.4 裂縫成因分析

2.4.1 混凝土內(nèi)在質(zhì)量方面

第一，振搗方式不當(dāng)。不正確的振搗方式如欠振或過(guò)振，會(huì)造成混凝土內(nèi)部不密實(shí)或混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土不均勻沉降收縮而影響內(nèi)在質(zhì)量。第二，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不好?？招陌鍧矒v后未能用草袋等物及時(shí)覆蓋和保濕養(yǎng)護(hù)，其后灑水養(yǎng)護(hù)又不及時(shí)，可能影響橋板強(qiáng)度。第三，某些施工單位或橋板專(zhuān)業(yè)制作單位為了縮短橋板制作時(shí)間，過(guò)早拆模移位。

2.4.2 施工方法方面

吊裝時(shí)未考慮到空心板的承載能力和施工荷載的大小，吊裝機(jī)械直接上橋作業(yè)。在放置空心橋板至過(guò)梁時(shí)用力不當(dāng)。這兩個(gè)原因是導(dǎo)致空心板開(kāi)裂的外在誘因。

3 處理措施

3.1 提高混凝土內(nèi)在質(zhì)量方面

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)混凝土配合比施工。在混凝土的選料、配料、拌和、澆搗等方面，切實(shí)按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求進(jìn)行。加強(qiáng)混凝土空心板的養(yǎng)護(hù)?；炷脸跄笏儆貌荽采w，并經(jīng)常灑水養(yǎng)護(hù)；同時(shí)向板孔心內(nèi)充水，使空心板內(nèi)外各個(gè)部位在規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)都能經(jīng)常保持濕潤(rùn)。

3.2 施工方法方面

嚴(yán)格控制橋板移動(dòng)時(shí)間。橋板制作完成后，一定要到養(yǎng)護(hù)齡期才能移動(dòng)。嚴(yán)格控制橋板的安裝時(shí)間，不足28d齡期不得吊裝。運(yùn)輸時(shí)應(yīng)緩慢行駛，避免強(qiáng)烈震動(dòng)；橋板吊裝時(shí)，要保證輕起穩(wěn)放；禁止野蠻施工。對(duì)發(fā)現(xiàn)的裂縫逐一鑿開(kāi)，用纖維混凝土按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修補(bǔ)。起重機(jī)械應(yīng)利用施工圍堰或臨時(shí)便橋作為工作平臺(tái)吊裝作業(yè)，施工期間橋上嚴(yán)禁通車(chē)行人，以保證安全；起重機(jī)械必須上橋作業(yè)的，應(yīng)至少在每一塊需要承受活荷載的橋板下牢固地設(shè)立3個(gè)支撐，每個(gè)支撐均應(yīng)具有獨(dú)立承擔(dān)板上最大活荷載的能力，以使橋板成為臨時(shí)多跨連續(xù)梁；當(dāng)?shù)踯?chē)支腿無(wú)法支在多跨連續(xù)梁上時(shí)，應(yīng)在支腿所在板下設(shè)立支撐。板下支撐不得撤銷(xiāo)，直到橋面混凝土鋪裝層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

某河治理工程在施工期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，并及時(shí)采取措施予以補(bǔ)救后，問(wèn)題得到有效解決，后建橋梁空心板未再發(fā)現(xiàn)裂縫。當(dāng)橋板長(zhǎng)度>10.0m（包括10.0m）時(shí)，由于跨度加大，橋板的自重、動(dòng)荷載加大，加上隨著鋼筋長(zhǎng)度的增加，絕對(duì)伸長(zhǎng)度就加大，增加了橋板裂縫的可能，因此，建議對(duì)于跨度10.0m（包括10.0m）以上的橋板，采用預(yù)應(yīng)力橋板，這樣可以有效地防止出現(xiàn)裂縫。

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1673-8853(2014)02-0051-02

2013-11-25

李 迪）