椒江二橋橋面板混凝土裂縫原因及預(yù)防措施分析

易威

（黃岡市楚通路橋工程建設(shè)有限公司，湖北黃岡 438000）

1 道橋施工中的裂縫類(lèi)型及成因

1.1 裂縫類(lèi)型

1.1.1 結(jié)構(gòu)性受力產(chǎn)生裂縫

結(jié)構(gòu)應(yīng)力是路橋施工建設(shè)當(dāng)中裂縫形成的重點(diǎn)原因之一，結(jié)構(gòu)應(yīng)力主要是外部因素引起，也就是承載力不足致使的結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過(guò)了材料應(yīng)力的最大值。這類(lèi)裂縫通常是在設(shè)計(jì)階段對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力計(jì)算不精準(zhǔn)，對(duì)鋼材延性的預(yù)估不充分，以及混凝土結(jié)構(gòu)的寬度和長(zhǎng)度增加造成。承載力不足引起的裂縫是橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的標(biāo)志性體現(xiàn)，這種裂縫甚至可以貫通整個(gè)橋梁，因此，在發(fā)現(xiàn)這種裂縫時(shí)要迅速著手處理。

1.1.2 非結(jié)構(gòu)性受力產(chǎn)生裂縫

非結(jié)構(gòu)的裂縫是橋梁施工當(dāng)中的重點(diǎn)開(kāi)裂類(lèi)別之一，它主要是由施工因素而引起的。橋梁施工過(guò)程中主要有溫度裂縫、收縮裂縫和不均勻沉降引起的裂縫。溫度變化引起的混凝土開(kāi)裂是最常見(jiàn)的裂縫之一。溫度裂縫是在橋梁建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的，混凝土結(jié)構(gòu)在熱膨脹和冷收縮過(guò)程中形成的變形不均勻不同步產(chǎn)生的裂縫，通常在混凝土厚度大、不利于溫度傳遞的地方發(fā)生。

1.2 道橋裂縫成因

1.2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題

這種裂縫的產(chǎn)生一般是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)初期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中存有較大誤差導(dǎo)致的，進(jìn)而造成了結(jié)構(gòu)承載力不足，難以承受建設(shè)當(dāng)中形成的負(fù)載而出現(xiàn)裂縫，這將造成很?chē)?yán)重的工程事故。

1.2.2 環(huán)境問(wèn)題

由于環(huán)境問(wèn)題所產(chǎn)生的裂縫包括上述溫度裂縫，由于架構(gòu)的不均勻沉降而形成的裂縫以及不良水質(zhì)的侵蝕所產(chǎn)生的裂縫，其中，由于地基不均勻沉降所產(chǎn)生的裂縫主要是其所處地基位于軟弱土層，包括淤泥質(zhì)土或濕陷性黃土等，而不良水質(zhì)的侵蝕主要是其pH 值呈酸性或內(nèi)部含有硫酸鹽、氯化物等，對(duì)混凝土造成一定影響。此外，由于環(huán)境所產(chǎn)生的裂縫還包括在進(jìn)行高空澆筑過(guò)程中所受到的大風(fēng)和高溫天氣，對(duì)高空混凝土澆筑以及后期養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫。

1.2.3 施工技術(shù)問(wèn)題

道橋工程在施工過(guò)程中由于施工人員的部分不當(dāng)行為也會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，例如，在混凝土澆筑作業(yè)前，施工人員沒(méi)有對(duì)模板和墊層進(jìn)行足夠量的水澆灌，而僅僅澆筑了混凝土，會(huì)造成混凝土內(nèi)部的水被模板及墊層吸收，而混凝土本身發(fā)生干燥或塑性收縮的狀況，進(jìn)而在混凝土強(qiáng)度變化環(huán)節(jié)出現(xiàn)裂痕。

2 椒江二橋面板工程裂縫成因及控制措施

椒江二橋全長(zhǎng)900 m，橋型為鋼-混組合梁橋，上部結(jié)構(gòu)為半封閉鋼箱梁和混凝土橋面板組合梁體系。梁分左右兩幅設(shè)計(jì)，半幅橋梁寬度為0.70 m（護(hù)欄）+11 m（行車(chē)道）+0.7 m（護(hù)欄）=12.4 m，左右幅有1.6%的向外橫坡，人行道采用2%的向內(nèi)橫坡，縱坡為2.79%。橋面為厚度10 cm 的C50 混凝土橋面現(xiàn)澆層，隨后鋪設(shè)防水層，在橋面最上部鋪設(shè)10 cm 厚的瀝青混凝土。場(chǎng)地巖層分布情況為：第一層為人工填土；第二層為灰黑色的有機(jī)粉質(zhì)黏土；第三層為粗砂，第四層為粉砂質(zhì)泥巖；第五層為風(fēng)化巖。地表水主要為河水，地下水主要為基巖裂隙水和孔隙潛水。大橋所處地理位置主要?dú)夂驗(yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，最高溫度38.2 ℃，最低溫度為-36.9 ℃，年平均氣溫4.8 ℃，年平均降水量為477～568 mm，汛期一般出現(xiàn)在6～9月份。

2.1 裂縫成因

聯(lián)合椒江二橋的設(shè)計(jì)與施工工藝剖析，導(dǎo)致混凝土橋面裂痕的重點(diǎn)原因包含如下幾個(gè)方面：

1）當(dāng)外界環(huán)境與架構(gòu)內(nèi)部溫度不一樣的時(shí)候，混凝土產(chǎn)生形變。假如形變?cè)馐苤萍s，則會(huì)導(dǎo)致架構(gòu)內(nèi)部的張力。當(dāng)混凝土的張力超出混凝土的拉伸強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫，早期水泥水化熱很容易導(dǎo)致混凝土的溫度升高，混凝土內(nèi)部和外部溫度差距大，導(dǎo)致混凝土的裂縫發(fā)生。

2）外部應(yīng)力引起的裂紋。在單座橋梁施工中，由于起重機(jī)向前和橋面后部懸掛的影響，混凝土橋面出現(xiàn)一定的張拉，如果張拉過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3）鑄造段與鑄造段的澆筑時(shí)間不同導(dǎo)致收縮張力和裂縫。

2.2 裂縫控制措施

1）考慮混凝土的水化放熱以及構(gòu)件表面冷卻作用，控制混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫很難。優(yōu)先使用混凝土的坍落度為8～10 cm左右的混凝土，同時(shí)減少使用水量、水泥材料選擇水化放熱低的水泥，逐步優(yōu)化混合比的設(shè)計(jì)類(lèi)似的降低水泥水化放熱措施。

2）考慮到混凝土的齡期差對(duì)混凝土的收縮龜裂的影響，橋面板混凝土使用低膨脹混凝土來(lái)中和混凝土凝結(jié)收縮的影響。

3 椒江二橋橋面板混凝土裂縫預(yù)防措施

3.1 減小橋面板混凝土收縮徐變

在確認(rèn)了椒江二號(hào)橋混凝土配比之后，展開(kāi)了C50 干硬性混凝土的收縮徐變實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了收縮徐變對(duì)復(fù)合橋面板混凝土齡期影響比較大的混凝土。

橋梁面板現(xiàn)澆混凝土初期緊縮，徐變發(fā)生的形變速度比較快，6 個(gè)月后，收縮變化趨向于平穩(wěn)，繼續(xù)發(fā)生的形變比較小，可予以忽略。

3.2 在后澆縫混凝土以及橋面板施加預(yù)壓力

單臺(tái)橋面起吊機(jī)重量大概是600 kN，行走的時(shí)候重心往前移會(huì)對(duì)移動(dòng)段橋梁面板形成一個(gè)連續(xù)增大的正扭矩，吊裝后續(xù)橋梁段的時(shí)候也等同于增加一個(gè)3 000 kN 左右的外界負(fù)荷形成的正扭矩，這種狀況都會(huì)讓橋梁面板形成拉力，尤其是連接縫位置的混凝土拉應(yīng)力。前支撐點(diǎn)處在濕連接縫邊界位置，混凝土的拉力比較集中，混凝土的拉力質(zhì)量比現(xiàn)澆段稍低。為確保混凝土不發(fā)生裂痕，橋梁面預(yù)應(yīng)力是由施工時(shí)拉索的初張拉和懸臂拼裝時(shí)主梁的預(yù)應(yīng)力引起的，可以抵消預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力。由于考慮了較大荷載出現(xiàn)的情況，預(yù)壓力的存在可以確保橋面混凝土產(chǎn)生的拉力小于其自身的抗拉強(qiáng)度。

3.3 分次張拉斜拉索逐步逼近成橋線形及索力

在達(dá)到極限張力之前，在混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)將當(dāng)前拉索拉伸3 次。一般情況下，混凝土澆筑完畢后，為防止混凝土接近初凝時(shí)的擾動(dòng)，索力暫不張拉。當(dāng)混凝土強(qiáng)度滿足要求，張拉梁預(yù)應(yīng)力滿足要求時(shí)，對(duì)纜索進(jìn)行放松，對(duì)掛籃進(jìn)行錨固。施工過(guò)程中張拉拉索會(huì)引起橋面板的相對(duì)高度相差過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)大拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。椒江二橋采取了分多次張拉的手段確保保證橋面的小升小降，并逐條近似橋梁線形。為預(yù)防混凝土因?yàn)樾崩髡{(diào)節(jié)使得橋梁面高程變動(dòng)而形成裂縫，梁板斜拉索采取多次張拉方法，確保橋梁面低起低落，逐步接近橋線形。表1、表2 是椒江二橋斜拉索作業(yè)過(guò)程中一些拉索多次張拉索力值。

椒江二橋分成南岸與北岸，每個(gè)岸均有26 節(jié)自然段，伴隨橋梁的逐段吊裝連接，橋梁長(zhǎng)度加長(zhǎng)，橋身重量加大，后段的拼湊連接對(duì)已經(jīng)吊裝好的前段會(huì)產(chǎn)生影響，為達(dá)到成橋后橋梁總體線型與高程的要求，每段都會(huì)執(zhí)行二次或者多次張拉來(lái)改變調(diào)控。從表1 和表2 能夠發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變施工技術(shù)，分次分段調(diào)節(jié)斜拉索作用力大小，使橋梁面板標(biāo)高細(xì)微變動(dòng)以達(dá)到規(guī)避橋梁面板混凝土發(fā)生裂縫的目的。

表1 北主橋斜拉索分次張拉索力表 kN

表2 南主橋斜拉索分次張拉索力表 kN

3.4 對(duì)橋面板處拉索錨固區(qū)段的受力情況進(jìn)行改善

在椒江二號(hào)橋原設(shè)計(jì)中，采用了在錨區(qū)橋梁面頂部架設(shè)鋼筋網(wǎng)的方式。在和設(shè)計(jì)單位與工程部協(xié)商后，在拉索管道周?chē)惭b形狀完好的鋼筋，以增強(qiáng)管道和主筋間的聯(lián)結(jié)，優(yōu)化其所受作用力情況，預(yù)防產(chǎn)生裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼-混組合梁橋結(jié)構(gòu)形式雖被廣泛采用，但混凝土部分的裂縫產(chǎn)生制約了這類(lèi)橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此類(lèi)橋梁的裂縫控制進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的研究，但實(shí)施效果并不理想。本文通過(guò)分析道橋建設(shè)過(guò)程中常見(jiàn)的裂縫類(lèi)型以及形成原因，并結(jié)合工程實(shí)例，分析椒江二橋橋面板混凝土裂縫成因，提出了橋面板混凝土裂縫預(yù)防措施。