大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工裂縫成因分析

楊福遠(yuǎn)

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

0 引 言

貴州甕馬高速公路總承包T4 合同段起訖樁號(hào)為K35 +660～K46 +060，路線全長10.4 km，橋隧比為13.94%，路基寬度24.5 m。經(jīng)老鷹山大橋，中心樁號(hào)K38 +360，上部結(jié)構(gòu)為14 ×40 m 預(yù)制箱梁跨縣道X914;福泉互通一座，含主線橋1 座，匝道橋6 座，主線橋?yàn)樨埰麓髽颍行臉短?hào)左幅K42+232、右幅K42 +225，上部結(jié)構(gòu)為3 ×30 m+3 ×22 m 預(yù)制箱梁;AK0 +026 匝道橋?yàn)? ×20 m 現(xiàn)澆箱梁;左AK0 +499(右AK0 +517)匝道橋?yàn)? ×30 m 預(yù)制箱梁;EK0 +213 匝道橋?yàn)? ×20 m 預(yù)制箱梁;AK1 +190 匝道橋?yàn)?0 ×40 m 預(yù)制箱梁;AK2 +645 匝道橋?yàn)?0 ×40 m 預(yù)制箱梁;于燕子塘設(shè)立交一座跨過立旦村道，中心樁號(hào)K43 +760，上部結(jié)構(gòu)為3×20m 預(yù)制箱梁;在浪壩河設(shè)浪壩河特大橋一座，中心樁號(hào)K46 +100，上部構(gòu)造為2 ×40m 預(yù)制箱梁+ (100 +180 +100)連續(xù)剛構(gòu)+4 ×40 m 預(yù)制箱梁，本合同段承擔(dān)甕安岸引橋及主橋施工。以下主要對(duì)該工程中連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的施工裂縫成因進(jìn)行分析和研究。

1 0#塊的裂縫

1.1 0#塊開裂現(xiàn)象

根據(jù)工程實(shí)例可以得知，零號(hào)塊的主要特點(diǎn)是體積大以及高度大，通常分成兩次或者以上次數(shù)進(jìn)行混凝土澆筑，它的腹板上半段和頂板是最后澆注的，在拆模的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腹板的上半段產(chǎn)生豎向裂縫的現(xiàn)象，并且在頂板上出現(xiàn)和上述豎向裂縫進(jìn)行對(duì)應(yīng)的水平裂縫。

1.2 開裂原因

在對(duì)0#塊進(jìn)行混凝土澆筑過程中，沒有采取一次澆筑成型的方法，而是采用兩次或者以上次數(shù)進(jìn)行澆筑。在這種情況下，在第一次澆筑完成的混凝土產(chǎn)生收縮以及降溫之后，第二次或者以上次數(shù)澆筑的混凝土產(chǎn)生的收縮以及降溫會(huì)受到第一次澆筑的混凝土的約束，從而導(dǎo)致零號(hào)塊產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。開裂產(chǎn)生的主要原因與承臺(tái)上方橋墩開裂現(xiàn)象時(shí)十分相似的，有時(shí)候也被成為“基巖約束效應(yīng)”。

1.3 防裂措施

對(duì)0#塊裂縫進(jìn)行預(yù)防的措施如下:(1)在施工中，采用水熱化程度比較低以及低收縮性的混凝土，對(duì)混凝土的配料進(jìn)行改進(jìn)，盡量的對(duì)水泥的用量進(jìn)行降低，使用粉煤灰和礦粉等。(2)在澆筑過程中，應(yīng)該盡量的運(yùn)用連續(xù)一次澆筑的方法，如果實(shí)在不行可以選擇采用二次澆筑的方法，但是如果采用二次澆筑也必須要對(duì)兩次澆筑的間隔時(shí)間進(jìn)行盡量的縮短;(3)做好混凝土的養(yǎng)護(hù)，在混凝土澆筑完成之后需要及時(shí)的采用有效的措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù);(4)運(yùn)用冷卻管對(duì)水熱化溫度進(jìn)行控制。

2 箱梁節(jié)段間施工接縫處腹板豎向裂縫

2.1 開裂現(xiàn)象

在貴州甕馬高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋施工中，發(fā)現(xiàn)箱梁相鄰的兩個(gè)施工節(jié)段之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)該類裂縫，比較嚴(yán)重的裂縫的額寬度為1～2 mm，有的裂縫甚至更寬。

2.2 開裂原因

開裂原因有兩個(gè)方面:(1)移動(dòng)支架缺乏足夠的整體剛度，在對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑的過程中移動(dòng)支架會(huì)產(chǎn)生比較大的變形，并且吊帶調(diào)節(jié)不靈;(2)沒有按照要求的澆筑程序?qū)炷吝M(jìn)行澆筑，而是首先澆筑后端，再接著向前進(jìn)行混凝土澆筑，導(dǎo)致前端荷載過重使得支架產(chǎn)生變形，最終導(dǎo)致后端混凝土產(chǎn)生開裂。

2.3 預(yù)防措施

箱梁節(jié)段間施工接縫處腹板豎向裂縫的預(yù)防措施主要有以下幾個(gè)方面:(1)支架必須具備足夠剛度和強(qiáng)度，必須采用相當(dāng)于實(shí)際荷載的荷載預(yù)壓，除強(qiáng)度滿足需要外，其最大撓度應(yīng)小于或等于2.0 cm。(2)支架吊帶應(yīng)便于調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前端撓度較大時(shí)，可給予調(diào)回。精軋螺紋鋼容易產(chǎn)生脆性破壞，是施工中的不安全因素。(3)嚴(yán)格按照混凝土澆筑程序進(jìn)行混凝土澆筑，從前向后進(jìn)行澆筑。(4)萬一施工中出現(xiàn)節(jié)縫開裂現(xiàn)象，必須向上級(jí)報(bào)告，停下來尋找原因，擬定整改措施，而不應(yīng)隱瞞實(shí)情，用水泥砂漿一抹了之。

3 箱梁翼板和底板縱向裂縫

3.1 開裂現(xiàn)象

翼板順橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道位置開裂。

3.2 開裂原因

箱梁翼板和底板縱向裂縫的主要原因是翼板處于懸臂箱梁橋的受拉區(qū)，其拉應(yīng)力靠施加縱向預(yù)應(yīng)力予以抵消，在箱梁逐段澆注過程中，當(dāng)前端張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)，預(yù)壓應(yīng)力在箱梁內(nèi)是有一定斜度的，在前幾段的邊緣即翼板部位會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力死角。當(dāng)在這些壓應(yīng)力死角區(qū)域張拉橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)，在橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋周圍產(chǎn)生的拉應(yīng)力與上述拉應(yīng)力疊加，最終導(dǎo)致翼板出現(xiàn)裂縫。

3.3 預(yù)防措施

箱梁翼板和底板縱向裂縫的預(yù)防措施主要如下:(1)在縱向預(yù)應(yīng)力張拉節(jié)段后第三節(jié)段才能張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋;(2)分二次張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋。

4 箱梁頂板和底板縱向裂縫

4.1 頂板縱向裂縫

(1)開裂現(xiàn)象。

頂板縱向裂縫主要指的是在頂板的中部或者是腋下終點(diǎn)的下方出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

(2)頂板縱向裂縫成因。

頂板縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因如下:一是沒有進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置;二是設(shè)置的橫向預(yù)應(yīng)力筋沒有在板跨跨中部位進(jìn)行向下彎曲，所以在跨中部位的界面產(chǎn)生正彎矩，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫;三是對(duì)縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉中張拉過度;四是混凝土收縮、水化熱和表面溫度下降。

(3)預(yù)防措施。

正確設(shè)計(jì)橫向預(yù)應(yīng)力筋，使其在跨中下彎，正確施工;嚴(yán)格控制頂板縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉值;采用低收縮、低水化熱混凝土。

4.2 底板縱向裂縫

(1)開裂現(xiàn)象。

底板順縱向預(yù)應(yīng)力筋(管道位置)開裂。

(2)底板縱向裂縫成因。

底板縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因如下:在對(duì)底板預(yù)應(yīng)力筋束管道的設(shè)計(jì)中，其下方的設(shè)計(jì)尺寸過小;在施工中沒有按照設(shè)計(jì)尺寸對(duì)底板預(yù)應(yīng)力筋束管道進(jìn)行施工;底板橫向鋼筋尺寸偏小;混凝土收縮、水化熱降溫。

(3)預(yù)防措施。

底板縱向裂縫主要預(yù)防措施是保證按照規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并且在底板中設(shè)置尺寸合理的鋼筋;采用低收縮、低水化熱混凝土。

4.3 箱梁合攏段頂、底板縱向裂縫

(1)開裂現(xiàn)象

合攏段頂、底板各有數(shù)條縱向裂縫，通常是不會(huì)往相鄰的節(jié)段進(jìn)行擴(kuò)散的。

(2)箱梁合攏段頂、底板縱向裂縫成因

箱梁合攏段頂、底板縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因是合攏段混凝土與相鄰節(jié)段混凝土之間的收縮差和水化熱降溫。

(3)預(yù)防措施

合攏段更應(yīng)采用低收縮、低水化熱混凝土;加強(qiáng)養(yǎng)生，克服板的下方不便澆水養(yǎng)生的困難。

5 齒板及其附近的裂縫

5.1 齒板尾部裂縫

(1)開裂現(xiàn)象。在齒板的尾部以及和齒板連接的頂板的底板出現(xiàn)了裂縫，有些裂縫的產(chǎn)生甚至?xí)?dǎo)致齒板尾部的混凝土因?yàn)榱芽p過于嚴(yán)重而產(chǎn)生崩落。

(2)齒板尾部裂縫產(chǎn)生原因。

齒板尾部裂縫產(chǎn)生的主要原因是在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉的過程中，因?yàn)閺澋乐械念A(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土產(chǎn)生徑向沖切力，而預(yù)應(yīng)力筋彎道結(jié)束段的混凝土比較薄，并且鋼筋配置不足，所以導(dǎo)致混凝土被沖壞而產(chǎn)生裂縫。

(3)預(yù)防措施。

齒板尾部應(yīng)有足夠的尺寸，并配置足夠的抗沖切力和拉力的鋼筋。

5.2 齒板前和齒板后的裂縫

(1)開裂現(xiàn)象

齒板前部以及后部以及底板的錨前出現(xiàn)裂縫，并且裂縫是順著縱向預(yù)應(yīng)力筋的方向的，裂縫的方向通常是水平方向以及斜向的。

(2)齒板前和齒板后的裂縫產(chǎn)生原因

齒板前和齒板后的裂縫產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面:(1)錨固前的混凝土受到縱向壓力以及橫向拉力的作用;(2)錨固后的混凝土受到拉力作用，并且錨側(cè)混凝土受到剪力作用;(3)在設(shè)計(jì)中因?yàn)閷X板設(shè)置在頂板或者是底板上，但是沒有僅僅貼著腹板;(4)在錨固之前以及之后沒有設(shè)置抗抵局部拉應(yīng)力以及剪應(yīng)力的鋼筋。

(3)預(yù)防措施

齒板應(yīng)緊貼腹板設(shè)置，以改善其受力狀況;齒板、齒板前和齒板后應(yīng)配置足以抵抗局部拉應(yīng)力和剪切力的鋼筋。

6 結(jié) 語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋的施工裂縫存在位置的比較普遍的，其成因也是比較復(fù)雜的，并且根據(jù)裂縫存在的具體位置對(duì)產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并且根據(jù)原因找出有效的預(yù)防措施，從而保證鋼構(gòu)橋梁的質(zhì)量和運(yùn)營安全。

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［3］向木生.連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，(6):22－23.

［4］龔科.不對(duì)稱邊跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控［J］.城市道橋與防洪，2007，(3):78－79.