懸臂澆筑連續(xù)梁合龍段病害類型及成因分析

■ 江正潭，胡國(guó)華

（1.浙江中交通力工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310011；2.平湖市交通運(yùn)輸局，浙江 平湖 314200）

通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大部分懸臂澆筑法施工的連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁合龍段均存在著或多或少病害，有縱橫向裂縫、斜向裂縫、網(wǎng)裂、砼麻面、析鹽等各類病害，裂縫的出現(xiàn)部位有頂板、底板、腹板?？傮w來說，合龍段病害是該類連續(xù)結(jié)構(gòu)體系橋梁的常見病害之一，因此合龍段病害將直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性問題。如何減少和預(yù)防合龍段病害將是該類連續(xù)結(jié)構(gòu)體系橋梁的關(guān)鍵性難點(diǎn)技術(shù)之一。結(jié)合項(xiàng)目組參與的浙江省交通科研項(xiàng)目《斜拉橋連續(xù)梁合龍段抗裂延性關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》的研究，以下對(duì)懸臂澆筑連續(xù)梁砼合龍段的病害類型及成因分析發(fā)表一些看法，與同行們共同探討。

一、合龍段病害類型

通過查閱多座已運(yùn)營(yíng)橋梁的相關(guān)檢測(cè)資料，對(duì)合龍段橋梁病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、梳理和歸納分析，橋梁合龍段經(jīng)常出現(xiàn)的主要病害有以下幾類：

（1）合龍段箱梁底板外側(cè)存在橫向裂縫

該類裂縫位于箱梁底板，裂縫長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)裂縫可達(dá)到箱梁底板全寬，部分裂縫可延伸至腹板，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（2）合龍段箱梁底板外側(cè)存在縱向裂縫

該類裂縫位于箱梁底板靠近腹板附近，底板跨中部位較少見，裂縫長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)裂縫貫穿合龍段縱向全長(zhǎng)，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（3）合龍段箱梁頂?shù)装鍍?nèi)側(cè)存在縱向裂縫

該類裂縫位于箱梁頂板，主要集中于頂板底面跨中部位較多，裂縫長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)裂縫貫穿合龍段縱向全長(zhǎng)，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（4）合龍段腹板存在豎向、斜向裂縫

該類裂縫位于箱梁腹板內(nèi)外側(cè)，裂縫長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)裂縫貫穿合龍段全高，部分裂縫與底板裂縫連通成U型裂縫，寬度無規(guī)律性。

（5）合龍段與懸澆段接縫處存在橫向裂縫

該類裂縫位于合龍段與相鄰段的接縫處，一般裂縫寬度較大，大于0.2mm。

（6）合龍段表面砼存在麻面、網(wǎng)裂、析鹽等病害

該類病害主要是存在于合龍段的頂板、腹板和底板等部位。

二、合龍段病害成因分析

綜合分析合龍段各類病害出現(xiàn)的形態(tài)、位置和時(shí)間，合龍段的大部分病害出現(xiàn)是無規(guī)律的，有各類形態(tài)的裂縫且各部位均有，有些裂縫是在交工驗(yàn)收之前就存在，有些裂縫是出現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)后。針對(duì)合龍段病害的特點(diǎn)，結(jié)合合龍段設(shè)計(jì)原理、施工過程及受力特點(diǎn)，我們認(rèn)為出現(xiàn)合龍段的各類病害原因主要是由于施工工藝控制不規(guī)范和混凝土自身的質(zhì)量問題而引起的，具體表現(xiàn)有以下幾類：

（一）缺乏針對(duì)合龍段的設(shè)計(jì)及施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范或指南

目前，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力分析、溫度取值、荷載組合等均是在假定混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度狀況下而提出的相應(yīng)計(jì)算公式和各類構(gòu)造規(guī)定?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》中對(duì)合龍段的合龍及體系轉(zhuǎn)換僅提出了5條原則性的規(guī)定，沒有相應(yīng)的細(xì)化或可操作性的規(guī)定。而連續(xù)梁合龍段屬超靜定結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)鎖定后混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度狀況下結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始受力，目前上述各規(guī)范對(duì)于混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度狀況下的結(jié)構(gòu)受力分析、溫度取值、荷載組合等尚缺乏相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定。合龍段的規(guī)范和指南的缺乏往往會(huì)導(dǎo)致合龍段在施工過程中混凝土易出現(xiàn)各類病害。

（二）施工工序和施工控制不到位而引起的裂縫

對(duì)多座連續(xù)梁合龍段施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，目前許多設(shè)計(jì)文件對(duì)合龍段的施工工序規(guī)定比較粗略，難以有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)合龍段施工。同時(shí)，各施工單位在合龍施工時(shí)的工序極不相同，完全憑自身的經(jīng)驗(yàn)來組織合龍段施工，具體表現(xiàn)如下：

1.有些施工單位對(duì)低溫合龍的理解是施工時(shí)型鋼鎖定和合龍混凝土澆筑均是采用低溫，有些單位對(duì)低溫合龍的理解是施工時(shí)合龍段混凝土采用低溫澆筑即可。同時(shí)，對(duì)于合龍型鋼鎖定與砼澆筑的時(shí)間間隔控制也各不相同，有的單位把鎖定與澆筑時(shí)間控制在1天內(nèi)，有的單位按3～5天控制。

2.對(duì)于型鋼鎖定與配重的關(guān)系，有些單位施工時(shí)不進(jìn)行配重，有些單位施工時(shí)進(jìn)行配重。另外，配重和鎖定的前后關(guān)系也沒有統(tǒng)一的模式和標(biāo)準(zhǔn)。

3.中跨合龍時(shí)型鋼鎖定和中墩墩頂固結(jié)解除也是沒有統(tǒng)一的模式和標(biāo)準(zhǔn)。有些施工單位在中跨合龍前就把中墩的墩頂固結(jié)解除，有些施工單位中跨合龍砼達(dá)到強(qiáng)度后再解除中墩墩頂固結(jié)。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力箱梁合龍段的施工工序沒有統(tǒng)一的模式和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)文件中對(duì)施工工序也是規(guī)定較粗略，造成施工工序及施工控制等完全憑著施工單位的經(jīng)驗(yàn)去執(zhí)行。從受力結(jié)構(gòu)上來分析，合龍過程也是結(jié)構(gòu)從靜定向超靜定轉(zhuǎn)換的過程，不同的合龍工序引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力是不一樣的，特別是溫度應(yīng)力及墩頂固結(jié)的解除等因素影響最明顯。因此，施工工序和施工控制不到位也容易引起合龍段的開裂。

（三）設(shè)計(jì)階段沒有結(jié)合合龍段施工和運(yùn)營(yíng)中的受力特點(diǎn)而有針對(duì)性地對(duì)合龍段砼進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，而是采用與其他節(jié)段相同的混凝土材料

1.通過對(duì)合龍段施工工序及工藝調(diào)查分析可發(fā)現(xiàn)，合龍段在施工過程中存在著結(jié)構(gòu)體系由靜定結(jié)構(gòu)向超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程。超靜定結(jié)構(gòu)受力受溫度、收縮及徐變等影響非常大，受力較復(fù)雜；同時(shí)，在施工過程中合龍段的砼強(qiáng)度也是由彈塑性向正常砼強(qiáng)度過渡的過程，這時(shí)往往砼強(qiáng)度較低，不易抵抗各類結(jié)構(gòu)受力。因此，需要針對(duì)合龍段的施工受力特點(diǎn)有針對(duì)性地進(jìn)行砼材料的設(shè)計(jì)，否則也易造成合龍段開裂。

2.通過對(duì)合龍段正常營(yíng)運(yùn)情況下的受力分析可發(fā)現(xiàn)，合龍段的受交變荷載、溫度及徐變等影響要相比其他節(jié)段大，合龍段的應(yīng)力變化幅度較大，在預(yù)應(yīng)力配置不合理的情況下合龍段還可能會(huì)出現(xiàn)少量拉應(yīng)力。另外，由于合龍段梁高底且梁較寬，對(duì)合龍段的梁體的橫向受力也較其他節(jié)段不利，因此設(shè)計(jì)時(shí)也需要針對(duì)合龍段的長(zhǎng)期受力特點(diǎn)而有針對(duì)性地進(jìn)行砼材料的設(shè)計(jì)，否則也易造成合攏段開裂。

（四）合龍段混凝土材料及養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)葐栴}

1.有些病害如合龍段與兩側(cè)懸臂澆筑端之間的縫，主要是由于施工過程中砼配合比不合理或合龍段砼養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)榷鴮?dǎo)致收縮過大而引起的。

2.有些病害如表面砼存在麻面、網(wǎng)裂、析鹽等，主要是由于合龍段的砼配合比不合理、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)鹊纫鸬捻抛陨聿『?，也?huì)影響合龍段的耐久性。

（五）合龍段結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，梁體頂?shù)装寮案拱宄叽缙。菇菢?gòu)造設(shè)置及預(yù)應(yīng)力筋配置不合理等也會(huì)引起合龍段出現(xiàn)各類裂縫

箱梁在正常運(yùn)營(yíng)狀況下除了受縱向力外還受橫向力及扭曲應(yīng)力等，結(jié)構(gòu)受力較復(fù)雜，有些在運(yùn)營(yíng)過程中的裂縫如底板橫向裂縫和腹板的斜向裂縫等主要是由于設(shè)計(jì)梁體截面偏小，預(yù)應(yīng)力配置不合理及運(yùn)營(yíng)過程中大交通量和重交通等長(zhǎng)期交變荷載作用下也會(huì)引起箱梁的開裂。

三、改善合攏段質(zhì)量的主要工程措施

通過上述合龍段裂縫類型描述及成因分析，要改善合龍段的工程質(zhì)量，減少各類病害的發(fā)生，在今后的橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)中，針對(duì)合龍段，需從以下幾方面措施加以改進(jìn)，綜合治理：

（一）設(shè)計(jì)階段要根據(jù)合龍段的施工工序，細(xì)化合龍段各工序的驗(yàn)算及設(shè)計(jì)

日前，大部分的設(shè)計(jì)圖紙主要是針對(duì)全橋合龍前后各階段工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和驗(yàn)算，往往把合龍段作為一個(gè)工況來假定分析驗(yàn)算，但連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁，合龍是由多個(gè)不同的子工況逐步完成的，合龍的各個(gè)子工況涉及到了溫度、結(jié)構(gòu)受力模式等不同等，受力假定及受力分析非常復(fù)雜，易被設(shè)計(jì)人員忽視，這樣就容易造成設(shè)計(jì)階段驗(yàn)算的疏漏。

（二）設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)重視溫差對(duì)結(jié)構(gòu)影響，并采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)控制

考慮到合龍段在合攏前后，結(jié)構(gòu)是從靜定向超靜定轉(zhuǎn)變的過程，不同溫差會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，因此在設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)合龍的升降溫差有一個(gè)明確的范圍要求，盡可能縮小溫差范圍，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力。施工過程中，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐某Ｄ隁鉁財(cái)?shù)據(jù)及提前的天氣預(yù)報(bào)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)提供的溫差范圍來合理選擇合龍期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、澆筑砼時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并應(yīng)采取各類措施加強(qiáng)合攏段養(yǎng)護(hù)期溫差控制。

（三）合龍段宜選用高性能混凝土，以減少病害的出現(xiàn)

考慮到合龍段結(jié)構(gòu)內(nèi)力受溫度、合龍工序、養(yǎng)護(hù)過程等影響較大，整體受力較復(fù)雜且砼方量少的特點(diǎn)，澆筑合攏段宜優(yōu)先選用早強(qiáng)、微膨脹及抗裂性好的高性能混凝土。

四、結(jié)論

綜上分析，針對(duì)懸臂澆筑的連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁合龍段有以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）合龍段出現(xiàn)各類病害還是比較普遍現(xiàn)象，大部分病害出現(xiàn)是無規(guī)律的。（2）合龍段出現(xiàn)的裂縫主要還是由于溫差及施工工藝控制不到位引起的。（3）目前在設(shè)計(jì)上對(duì)合龍段的受力分析還不夠細(xì)化，規(guī)范的規(guī)定也比較寬泛。（4）考慮到合龍段，砼方量少，采用高性能混凝土對(duì)解決合龍段的病害問題是一種比較有效的措施。