大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫分析及處理方法研究

王玉龍

【摘 要】連續(xù)剛構(gòu)橋是指墩梁固結(jié)、主梁連續(xù)的新型橋梁形式，在結(jié)構(gòu)上其具有更好的受力性、經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)方面，其具有更好的經(jīng)濟(jì)性，在外觀上，更加協(xié)調(diào)美觀，但是，隨著我國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋的普遍使用，我國(guó)在建的服役期內(nèi)的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)了各種形式的箱梁裂縫問題。產(chǎn)生這類問題的原因很多，涉及到結(jié)構(gòu)理論、橋梁規(guī)范、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝、建筑材料等多個(gè)方面。本文對(duì)常見橋梁裂縫進(jìn)行分類、并分析其產(chǎn)生的原因、根據(jù)分析的原因?qū)ζ涮幚矸椒ㄟM(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu)橋；裂縫；裂縫治理

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是指墩梁固結(jié)主梁連續(xù)的橋梁形式，是在T形剛構(gòu)的基礎(chǔ)上，減薄粗厚橋墩而轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝远?，形成的一種新型的主梁連續(xù)的橋梁結(jié)構(gòu)體系。其部分梁體結(jié)構(gòu)的混凝土收縮徐變、溫縮變形可以通過(guò)柔性墩的水平位移來(lái)消除，相較于其他結(jié)構(gòu)形式的梁體，連續(xù)剛構(gòu)橋的受力狀態(tài)更為合理；連續(xù)剛構(gòu)橋的跨中梁高較小。在結(jié)構(gòu)上相比與連續(xù)梁，在施工階段不需要對(duì)橋墩臨時(shí)固結(jié)，因此連續(xù)剛構(gòu)梁在結(jié)構(gòu)上更為合理，更具有經(jīng)濟(jì)性。在以往的工程實(shí)際中的統(tǒng)計(jì)得知，對(duì)于同一跨度橋梁，采用連續(xù)剛構(gòu)橋要比采用混凝土斜拉橋的工程造價(jià)降低20%～30%。而在同樣100年的服役期間，需要對(duì)斜拉橋進(jìn)行3次換索，而換索的費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到新建橋梁的費(fèi)用，同時(shí)連續(xù)剛構(gòu)橋在服役期間所需要的維護(hù)費(fèi)用相較于其他形式梁體的維護(hù)費(fèi)用也較為經(jīng)濟(jì)。連續(xù)剛構(gòu)橋的綜合建造費(fèi)用約為拉索橋的造價(jià)的一半左右。

但是，隨著我國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋的普遍使用，我國(guó)在建的服役期內(nèi)的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)了各種形式的箱梁裂縫問題。且由于出現(xiàn)箱梁裂縫病害問題的橋梁較為普遍，已成為大跨徑懸臂施工剛構(gòu)橋的技術(shù)通病。產(chǎn)生這類問題的原因很多，涉及到結(jié)構(gòu)理論、橋梁規(guī)范、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝、建筑材料等多個(gè)方面，因此有必要對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫必要的研究和探討。

1 箱梁裂縫分類及其產(chǎn)生原因

1.1 橋梁裂縫分類

箱梁裂縫從安全性分類可以分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，其中結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性影響較為大，而非結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性影響較小，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性影響則較為巨大，對(duì)于作為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的連續(xù)剛構(gòu)橋，非結(jié)構(gòu)性裂縫也存在著不容忽視的危險(xiǎn)性。因此，在對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫分析中，結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫都需要給與足夠的重視度。

裂縫按照其形態(tài)可以分為縱向裂縫、橫向裂縫及斜裂縫；按照裂縫開展因素分類，可以將裂縫分為：行車荷載引起裂縫、溫度變化引起裂縫、收縮變形引起裂縫、橋梁基礎(chǔ)變形裂縫、施工材料質(zhì)量引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫。

1.2 橋梁裂縫成因

1.2.1 頂板橫向裂縫

頂板橫向裂縫在預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋的服役期中出現(xiàn)較少，其有以下幾個(gè)原因：

（1）在箱梁負(fù)彎矩峰值附近，由于彎曲應(yīng)力過(guò)大超過(guò)混凝土開裂極限應(yīng)力而導(dǎo)致的局部橫向裂縫。

（2）在沿著箱梁高度方向的日照溫度梯度變化，在設(shè)計(jì)中考慮不足，在日間溫度升高后，隨著夜間溫度的下降，可能在頂板產(chǎn)生橫向裂縫。

1.2.2 頂板縱向裂縫

在跨中合攏段的頂板位置一般出現(xiàn)縱向裂縫。常見的導(dǎo)致裂縫的原因如下：

（l）合攏段頂?shù)装蹇v向裂縫，主要是由于溫度及收縮作用引起的沿合攏段頂?shù)装灞∪醪课煌ㄩL(zhǎng)分布出現(xiàn)的裂縫。

（2）在頂板沒有設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的縱向裂縫。

（3）頂板橫向彎矩主要受行車荷載影響，對(duì)于行車荷載的考慮不足，道路運(yùn)營(yíng)期間超載很容易導(dǎo)致縱向裂縫。

（4）箱梁內(nèi)外溫度變化不同，由于內(nèi)外溫差，產(chǎn)生次應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致開裂。

（5）設(shè)計(jì)過(guò)大的縱向預(yù)應(yīng)力，其造成橫向拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度。

1.2.3 底板斜向裂縫

底板斜向裂縫在工程中也是比較少見的，根據(jù)以往的研究認(rèn)為其產(chǎn)生的主要原因有以下兩種：

（l）由箱梁扭轉(zhuǎn)所引發(fā)，雖然箱梁具有強(qiáng)大的抗扭剛度，在設(shè)計(jì)中假使未考慮彎剪扭共同作用就有可能由于箱梁之間的協(xié)同扭轉(zhuǎn)而出現(xiàn)裂縫。

（2）由底板齒板局部集中受力所引發(fā)的裂縫。

1.2.4 底板橫向裂縫

底板橫向彎曲裂縫是結(jié)構(gòu)性裂縫的一種，出現(xiàn)的原因包括：

（l）預(yù)應(yīng)力布設(shè)不當(dāng)，跨中底板預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備不足或存在過(guò)大的拉應(yīng)力。

（2）施工荷載超重，混凝土模板或支架變形。

（3）箱梁高度方向的日照溫度梯度，考慮不慎，升溫時(shí)可能在底板產(chǎn)生橫向裂縫。

（4）預(yù)應(yīng)力張拉不到位或運(yùn)營(yíng)中超重車輛過(guò)多或?qū)Χ诤爿d估計(jì)不足導(dǎo)致配筋或截面不足。

（5）齒板設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致齒板前底板拉裂。

1.2.5 腹板水平裂縫

腹板水平裂縫多見于主跨L/4～3L/8之間的腹板，出現(xiàn)的原因主要有：

（l）在設(shè)計(jì)中沒有考慮所設(shè)計(jì)的箱梁實(shí)際變形不符合計(jì)算理論采用的剛性周邊假定，對(duì)扭轉(zhuǎn)變形的約束設(shè)置太弱，出現(xiàn)截面變形。

（2）在設(shè)計(jì)中箱梁內(nèi)外部溫度差未充分考慮，并未采取有效的措施預(yù)防。

1.2.6 腹板豎向裂縫

腹板的豎向裂縫有多種形式，結(jié)構(gòu)性的和非結(jié)構(gòu)性的都有。其產(chǎn)生機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：

（l）腹板收縮裂縫多出現(xiàn)在箱梁的現(xiàn)澆施工中，由于未充分考慮模板對(duì)腹板的摩擦約束，使混凝土收縮受到阻礙。

（2）豎向拼接裂縫易見于各節(jié)段的拼接縫處，即腹板拼接縫開裂，通常伴隨頂板或底板的橫向開裂。

2 對(duì)箱梁裂縫的處理與整治措施

2.1 設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的問題

2.1.1 消除溫度對(duì)梁體的影響的措施

消除溫度影響的辦法有：一是，減少水化熱溫，可以通過(guò)降低水泥用量實(shí)現(xiàn)，或者采用低水化熱特種水泥；二是，做好養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的保溫工作。

2.1.2 嚴(yán)格控制水灰比

局部收縮裂縫在工程中較為常見，普遍的是由于局部水灰比過(guò)大引起的，提高混凝土振搗質(zhì)量和同時(shí)嚴(yán)格控制施工中的水灰比是預(yù)防此類裂縫的主要措施。在實(shí)際施工中，正常的混凝土配合比的水灰比是小于0.5的。為了減少收縮量，水灰比可以控制在0.35～0.45之間，并采取摻減水劑等措施。

2.1.3 控制水泥用量

由于水泥用量偏大可以引起較有規(guī)律的收縮裂縫。這種收縮是整體的，因此經(jīng)常造成有規(guī)律的長(zhǎng)裂縫。施工時(shí)應(yīng)盡可能降低水泥用量。此外，可以在混凝土中添加一些粗骨料，以減少水泥用量。

2.2 消除預(yù)應(yīng)力引起的裂縫問題

2.2.1 豎向預(yù)應(yīng)力的問題豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉錨固工藝存在很大缺陷時(shí)，當(dāng)錨墊板與預(yù)應(yīng)力鋼筋不垂直、錨固螺母擰緊的力度因無(wú)標(biāo)準(zhǔn)而隨意性很大。錨固后造成較大的變形，引起預(yù)應(yīng)力損失。因此在施工階段，推行二次張拉工藝，即第一次張拉到設(shè)計(jì)拉力并錨固，7d后再進(jìn)行第二次張拉。這些措施都可以有效的減小預(yù)應(yīng)力的損失。

2.2.2 橫向預(yù)應(yīng)力束張拉引起的裂縫問題

在進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)，箱梁懸臂板相應(yīng)部分有向上的變形，如果這種變形過(guò)大，會(huì)在張拉點(diǎn)附近產(chǎn)生橫橋向裂縫。對(duì)此采取的預(yù)防措施是至少滯后兩個(gè)節(jié)段張拉橫向預(yù)應(yīng)力束。

2.2.3 沿縱向預(yù)應(yīng)力管道裂縫

沿縱向預(yù)應(yīng)力管道裂縫的處理預(yù)防措施是合理布置預(yù)應(yīng)力束，如底板束盡量靠近腹板或改善截面，讓管道兩側(cè)在一定的施工誤差的情況下仍有足夠的混凝土層。

3 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫產(chǎn)生的原因是復(fù)雜的多因素的，是各種因素綜合作用的產(chǎn)物。要想有效的減少裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)該從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理等幾個(gè)方面綜合進(jìn)行治理。本文對(duì)避免或減少開裂采取的技術(shù)措施進(jìn)行了歸納總結(jié)。主要從溫縮變形、收縮徐變和預(yù)應(yīng)力影響等因素的影響對(duì)裂縫的成因進(jìn)行分析，從設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營(yíng)階段提出減少開裂的數(shù)項(xiàng)措施，此外還對(duì)因?yàn)榛炷笼g期和縱向預(yù)應(yīng)力橫向變形引起的裂縫進(jìn)行了討論。綜上所述，采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，施工中嚴(yán)格進(jìn)行施工監(jiān)控，運(yùn)營(yíng)階段加強(qiáng)健康監(jiān)測(cè)，是能夠達(dá)到避免或減少大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫的目標(biāo)的。

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