橋梁預應力小箱梁質(zhì)量缺陷調(diào)查與分析

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(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概述

成洛互通主線橋左幅全長957.54m，右幅全長669.25m，左幅橋為(2×35+2×53+35)+3×25+3×25+4×25+4×25+4×25+4×25+4×25+(25+3×22.5)，右幅橋為(23+27+23)+4×25+4×25+4×25+4×25+4×25+(25+3×22.5)m，左幅橋梁寬度為16.25m，右幅橋梁寬度為20.25m。除(2×35+2×53+35)m跨采用支架現(xiàn)澆連續(xù)梁，其余上部結構均采用裝配式預應力混凝土簡支小箱梁；小箱梁下部橋墩均采用薄壁墩。

原施工單位在右幅YK1+600處設置預制梁場一座，主要為成洛主線橋生產(chǎn)預制小箱梁。自我部進場時，梁場剩余存梁39片，橋面小箱梁安裝已經(jīng)完成左幅第10～20孔及右幅第4～9孔安裝施工。梁場存梁經(jīng)過中鐵西南院檢測合格后使用38片梁，主要安裝在左幅第9～10跨及第21～29孔。

2　缺陷調(diào)查

2017年8月13日中鐵西南院在橋梁交工檢測過程中發(fā)現(xiàn)原施工單位的存梁左幅29-2梁體跨中底板與腹板交接處存在長9m裂縫一道，探明裂縫寬度為0.15mm，深度4cm～7cm。隨后，項目公司組織中鐵西南院、監(jiān)理單位、施工單位對主線橋左幅第9～29孔、右幅第4～9孔進行了系統(tǒng)性排查。

原施工單位預制與安裝的共計135片梁，其中21片梁體均有類似的缺陷，底板與腹板混凝土色差明顯。裂縫主要集中在跨中底板與腹板交接位置，裂縫長度2.5m～20m(其中17片梁裂縫長度10m)，裂縫寬度0.1mm～0.18mm(其中21片裂縫寬度小于0.15mm)，裂縫深度28.1mm～79.1mm。

3　驗算過程

本次驗算為成洛互通主線橋，標準寬25m簡支小箱梁梁體。此次驗算25m簡支箱梁高度為1.4m，頂板為0.2m，腹板為0.18m～0.25m，底板為0.2m～0.25m。以下各項計算，均按A類預應力混凝土構件相應指標控制。

3.1　計算內(nèi)容

(1)持久狀況極限狀態(tài)

①抗彎承載能力計算；

②抗剪承載能力計算。

(2)持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算

①正截面抗裂驗算——正截面混凝土拉應力驗算；

②斜截面抗裂驗算——斜截面混凝土主拉應力驗算。

(3)主梁撓度驗算

3.2　計算方法

(1)本次驗算采用midas-civil建全橋模型計算。

全橋共劃分350個節(jié)點，545個單元。

(2)根據(jù)箱梁的實際施工過程和施工方案劃分施工階段。

施工階段1：預制主梁30d；

施工階段2：存梁90d；

施工階段3：架梁20d；

施工階段4：二期施工20d；

施工階段5：收縮徐變3650d(10年)。

(3)進行荷載組合，求得構件在施工階段和使用階段時的應力、內(nèi)力和位移。

(4)根據(jù)規(guī)范中所規(guī)定的各項容許指標，驗算構件是否滿足規(guī)范規(guī)定的各項要求。

3.3　計算依據(jù)及參數(shù)取值

(1)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)；

(2)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)；

(3)主要材料及設計參數(shù)根據(jù)設計文件及規(guī)范取值；

(4)預應力鋼筋按規(guī)范中提供的鋼絞線參數(shù)確定。

主要材料及參數(shù)詳情見下表1。

表1主要材料及參數(shù)

3.4　荷載取值

一期恒載主要是箱梁自重。混凝土容重取26kN/m3，箱梁按實際斷面計取重量。

(1)現(xiàn)澆層不參與結構受力，作為二期恒載輸入。

(2)防撞護欄作為二期恒載施加，不參與構件受力，防撞墻荷載按實際計算的橫向分布系數(shù)來分配。

(3)溫度力

體系最高溫度38.7℃，最低溫度0℃，計算過程中考慮升溫溫差20℃，體系降溫溫差25℃。

箱梁上、下緣梯度升溫溫度14℃～5.5℃，體系降溫溫度-7℃～-2.75℃。

安裝溫度15℃～20℃。

3.5　驗算結果

表2主要控制截面抗彎驗算結果

表3主要控制截面抗剪驗算結果

表4主要控制截面正截面抗裂驗算結果

由上表2、表3、表4計算結果可知，短期組合下邊梁和中梁結構下緣均處于受壓狀態(tài)，小于規(guī)范允許值-1.86MPa。長期組合下邊梁和中梁下緣均未出現(xiàn)拉應力。正截面抗裂驗算滿足規(guī)范要求。短期組合下邊梁和中梁最大主拉應力為0.5MPa，小于規(guī)范允許值1.33MPa，斜截面抗裂驗算滿足規(guī)范要求。

綜上所述，驗算結果證明梁體滿足正常使用功能。

4　原因分析

4.1　原材料的數(shù)量與質(zhì)量

為進一步了解梁體缺陷，對開裂梁片的鋼筋做超聲波掃描后，確定梁片鋼筋布置與設計圖紙一致，不存在偷工減料現(xiàn)象，且驗算結果表明梁體應力滿足正常使用要求，鋼筋處于正常工作狀態(tài)，質(zhì)量問題也不存在。

考慮到前施工單位梁體預制完成時間已經(jīng)較長，在安裝前對梁體強度、外觀都進行了全面的檢查，中鐵西南院檢測合格后方才架設安裝，故混凝土質(zhì)量除一些外觀缺陷外，不存在結構性缺陷，混凝土材料的質(zhì)量問題不存在。

4.2　施工原因

因為施工時間已經(jīng)較長無法追溯，在這里只能根據(jù)裂縫的現(xiàn)狀推測可能產(chǎn)生的原因，整理推測出以下幾點與裂縫缺陷的產(chǎn)生有著密切關系。

(1)拆模過早，混凝土強度不足，混凝土局部振搗不密實，混凝土收縮產(chǎn)生裂縫，多發(fā)生在混凝土外觀質(zhì)量不好的位置；分層澆筑間隔時間過長，分層混凝土連接質(zhì)量差，導致橫向裂縫。

(2)冬夏交替中溫度變化、結構恒載和混凝土構件自身幾何形狀等綜合因素作用下使混凝土內(nèi)部拉應力增加，當拉應力增大到受拉區(qū)表面混凝土極限抗拉強度后，便出現(xiàn)裂縫，此裂縫屬于非結構性裂縫。

(3)澆筑完成后混凝土表面受外界條件影響，水分損失較快，變形較大，而內(nèi)部水分損失較慢，溫度變化較小，表面積較大的干縮變形將受到混凝土內(nèi)部約束而產(chǎn)生較大的拉應力導致裂縫的形成。

綜上所述，根據(jù)缺陷的現(xiàn)狀，在安裝前并未發(fā)現(xiàn)如此大面積嚴重的裂縫，而安裝使用后出現(xiàn)如此嚴重的缺陷，表明鋼筋混凝土結構的耐久性嚴重不足，上述推測正好闡述了導致鋼筋混凝土耐久性不足的原因，所以具有借鑒意義。

4.3　安裝原因

我部在梁體架設安裝施工過程中，嚴格按施工規(guī)程管理現(xiàn)場人員和機械設備操作，由專業(yè)技術人員按施工方案進行現(xiàn)場施工管理，未發(fā)現(xiàn)有任何對梁體破壞的違規(guī)操作，且架設完成后復檢結果，也未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題，因此，安裝過程不存在導致梁體缺陷產(chǎn)生的因素和施工環(huán)境。

4.4　運營使用原因

在交工驗收前發(fā)現(xiàn)大面積缺陷裂縫，根據(jù)前文所闡述的問題，鋼筋混凝土結構耐久性不足，安裝架設完成后，開始受力工作，梁體承受各種動靜施工荷載，所以產(chǎn)生不同形狀、尺寸、深度的裂縫。

綜上所述，梁體雖然滿足正常使用要求，但是耐久性不足，缺陷急需處理，應邀請專業(yè)的施工隊伍進行加固，并邀請專家對加固方案進行評審，驗證加固方案的合理性。

5　總結

成洛互通主線橋梁體存在缺陷有一定的偶然因素，更多的必然因素還是前期施工不到位。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查與理論分析，梁體不存在結構性缺陷，但是耐久性與原設計相比大大降低，本文從缺陷現(xiàn)狀追溯施工過程，對此類缺陷有了充分的認識。缺陷雖未造成嚴重的質(zhì)量安全事故，但也影響深遠。本文旨在探究、分析缺陷的嚴重程度和產(chǎn)生原因，為防止此類問題產(chǎn)生具有重要意義，總結經(jīng)驗教訓是非常必要的，起到防微杜漸的作用。