大跨徑連續(xù)梁裂縫形成原因及預(yù)防措施分析
2023-11-10
大跨徑連續(xù)梁裂縫形成原因及預(yù)防措施分析
2016-07-26 何建華 商品混凝土汪軍
［摘 要］大跨徑連續(xù)梁在交通土建中應(yīng)用日趨廣泛，施工技術(shù)日趨成熟，但是也出現(xiàn)了大量各種形式的裂縫病害，本文列舉出一些常見裂縫，就其成因和施工中預(yù)防措施進(jìn)行分析，為以后類似工程提供施工經(jīng)驗。
［關(guān)鍵詞］連續(xù)梁；裂縫；預(yù)防措施；分析
工程概況
跨青島南路特大橋起訖里程為改DK275+083.91-改DK277+866.38，橋梁中心里程為改DK276+475.15，橋長2783.19m。結(jié)構(gòu)形式為66-32m 簡支箱梁+1-(60+100+60)m 連續(xù)箱梁+1-(48+100+48)m 加勁拱連續(xù)箱梁+8-24m 簡支箱梁。
該橋位于威海市經(jīng)區(qū)市郊，從小里程到大里程依次跨越珠海路、天東河、青島南路、博通路、榮成路。連續(xù)梁主跨 100m，在改DK277+670.28～改DK277+770.28 段跨越榮成路，線路與被交道相交里程為改DK277+729.90。連續(xù)梁起迄里程：改DK277+609.43-改DK277+831.13，跨孔布置為(60+100+60)m 連續(xù)梁。
上部構(gòu)造為 60+100+60m 現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁， 100m 主跨跨越榮成路通行凈空要求為 5m。箱梁為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，中支點梁高 7.85m，跨中 10m 直線段及邊跨 15.75m 直線段梁高 4.85m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端 0.75m。箱梁頂寬 12.2m，底寬 6.7m。
該連續(xù)梁在施工過程中，梁體出現(xiàn)了各種形式的裂縫，本文結(jié)合現(xiàn)場實際情況，講述大跨徑連續(xù)梁裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施，為今后類似工程施工提供參考。
1 連續(xù)梁的斜裂縫
此類裂縫也稱作主拉應(yīng)力裂縫，是目前連續(xù)箱梁橋中出現(xiàn)最多的一種裂縫。
裂縫特點：一般發(fā)生在支點和四分點附近，在梁軸線附近呈 25o～50o 方向開裂，并逐漸向受壓區(qū)發(fā)展（寬度）和延伸（長度），甚至逐漸向跨中范圍內(nèi)擴(kuò)展。
產(chǎn)生原因：斜裂縫的產(chǎn)生原因復(fù)雜，屬剪切、扭轉(zhuǎn)性質(zhì)產(chǎn)生的主拉應(yīng)力不足而引起。從破壞性質(zhì)而言則屬脆性破壞，該裂縫的產(chǎn)生對梁體十分不利，施工中我們要從以下幾個方面加以控制：
1.1 豎向預(yù)應(yīng)力筋的施工
豎向預(yù)應(yīng)力筋為增強(qiáng)腹板抗剪能力而設(shè)置，在豎向預(yù)應(yīng)力筋的施工過程中，由于施工數(shù)量多，工作繁瑣，重視不夠，容易出現(xiàn)各種質(zhì)量問題。例如：精軋鋼旋入錨墊板長度不足或焊接不牢靠導(dǎo)致張拉時被拉脫，漏張、漏灌漿、張拉噸位不足、未能及時灌漿而使預(yù)應(yīng)力筋嚴(yán)重銹蝕；切割多余長度時使用氧焊切割導(dǎo)致應(yīng)力損失和精軋鋼抗疲勞性降低。
豎向束的錨頭空白區(qū)問題也應(yīng)十分注意，其分布角度約為 26o，空白區(qū)會延伸至腹板，導(dǎo)致靠近翼板加腋處的腹板出現(xiàn)主拉應(yīng)力裂縫。因此施工中我們要注意錨墊板下螺旋筋和鋼筋網(wǎng)片的安裝。
大跨徑箱梁的預(yù)應(yīng)力豎向鋼筋必須布置在腹板的中心線上。大跨徑連續(xù)箱梁的腹板厚度一般會設(shè)計幾個梯度進(jìn)行變化，且均在腹板內(nèi)側(cè)加厚變薄，施工中工人偏好把豎向預(yù)應(yīng)力筋布置成一條直線，原因是方便縱向預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)和非預(yù)應(yīng)力筋的綁扎，且看起來美觀，但是這種構(gòu)造將會導(dǎo)致在腹板中存在一個預(yù)偏心而產(chǎn)生附加彎矩，使腹板內(nèi)側(cè)受拉。尤其當(dāng)箱梁懸臂板上滿布活載而箱室上方空載時，將使腹板產(chǎn)生內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力，兩者疊加后，腹板將會出現(xiàn)順橋向的內(nèi)側(cè)縱向裂縫和加劇腹板主拉應(yīng)力裂縫的發(fā)生和發(fā)展，這種構(gòu)造對受力很不利，因而，要求預(yù)應(yīng)力豎向鋼筋盡量對腹板截面進(jìn)行對中布置。
1.2 縱向彎起預(yù)應(yīng)力束施工
彎起束設(shè)置是為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗剪能力，能顯著減少支點處斜裂縫的發(fā)生。尤其在邊墩，當(dāng)梁高較小，豎向預(yù)應(yīng)力筋錨頭損失份額太大時，彎起束的作用尤為重要，施工中彎起位置的波紋管定位一定要準(zhǔn)確。
1.3 混凝土的澆筑
宜在混凝土初凝之前完成底板及腹板澆筑，初澆混凝土終凝之前完成頂板部位施工，初澆混凝土初凝之后不得使用附著式振搗器，其上層混凝土澆筑宜用插入式搗固器，以避免對混凝土凝結(jié)的干擾，同時控制混凝土的澆筑時間。
控制下料速度和分層。混凝土澆筑按水平分層進(jìn)行，每層混凝土的厚度控制在 30～40cm。安排混凝土澆筑順序的原則是對稱、均衡。模板變形較大處，如翼緣懸臂端，優(yōu)先于頂板中部，使其較早變形穩(wěn)定。
在混凝土澆筑中，跑模現(xiàn)象時有發(fā)生，這就容易使腹板厚度減小，從而導(dǎo)致主拉應(yīng)力增大而出現(xiàn)斜裂縫。跑模嚴(yán)重的可以改變齒塊位置或喇叭口方向角度，從而產(chǎn)生或加劇腹板裂縫。
連續(xù)箱梁因具有薄壁、斷面尺寸較大等特征，故溫度應(yīng)力復(fù)雜，在混凝土強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)還處于增長階段時，容易出現(xiàn)裂紋，所以養(yǎng)護(hù)工作尤其重要。養(yǎng)護(hù)不到位會加劇微裂縫的產(chǎn)生，這些微裂縫在荷載等因素下會發(fā)展延伸。連續(xù)梁斜裂縫常用的處理方法有壓灌或封閉裂縫，粘貼碳纖維片，加厚腹板，增加預(yù)應(yīng)力鋼束等。但均必須做好細(xì)致的加固設(shè)計工作，并進(jìn)行精心施工。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的正彎矩裂縫
裂縫特點：常見于投入運營一段時間的連續(xù)梁，跨中位置常出現(xiàn)。
這種裂縫的產(chǎn)生主要是屬預(yù)應(yīng)力不足性質(zhì)，既可能是設(shè)計原因，也可能是施工原因，可能是營運多年后部分預(yù)應(yīng)力已經(jīng)失效。施工中減少預(yù)應(yīng)力損失的措施：
（1）減少混凝土收縮徐變產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。施工中我們要嚴(yán)格控制張拉時間，嚴(yán)禁在混凝土抗壓強(qiáng)度不足設(shè)計75% 時張拉，最好在達(dá)到 90% 以上再張拉，混凝土齡期必須大于 5 天；
（2）減少預(yù)應(yīng)力筋與孔壁之間的摩擦損失。施工中，我們要注意波紋管的定位及波紋管的平順控制，波紋管的左右偏移可視為增大管壁摩擦系數(shù)。
（3）減少喇叭口和錨具應(yīng)力損失。施工中喇叭口安裝定位時法向一定要垂直于張拉面。
對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁正彎矩裂縫，在查明原因的基礎(chǔ)上，可以采用增加預(yù)應(yīng)力束的方法處理，但很可能要在體外施加預(yù)應(yīng)力，此類性質(zhì)的加固一般較麻煩，裂縫雖可部分地得以閉合和改善，上拱也可能得到微小的改善，但效果不是非常明顯。
3 連續(xù)梁縱向裂縫
縱向裂縫也是預(yù)應(yīng)力混凝土梁中出現(xiàn)較多的一種裂縫。
裂縫特點：這種裂縫較多地出現(xiàn)在頂、底板上，順橋向有的縱向縫已經(jīng)連續(xù)貫通，有的較長，有的較短且不連續(xù)。
一般呈現(xiàn)在箱室內(nèi)，不易發(fā)現(xiàn)，即在頂板的底面。常見的原因有：
（1）順橋向預(yù)應(yīng)力過大，人們常有一種錯誤觀點，認(rèn)為預(yù)壓應(yīng)力留得大一點會比較安全一點。預(yù)應(yīng)力混凝土是一種主動加力體系，過大的預(yù)應(yīng)力也是有害處的，預(yù)應(yīng)力過大在正交向極易產(chǎn)生由泊松比而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)變，甚至沿波紋管的方向產(chǎn)生規(guī)則性的縱向裂縫，加上管內(nèi)積水、銹蝕鋼束，此類裂縫的危害性極大，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)立即處理。因此在施工中我們要嚴(yán)格控制超張拉量，在計算伸長量時要以實驗得出的 Ey 為準(zhǔn)，實驗得出的鋼絞線彈性模量一般要大于廠家標(biāo)識的。每個廠家生產(chǎn)的錨具錨圈口損失是不一樣的，應(yīng)該由實驗所得，不能都?xì)w于常用的 6% 超張拉里頭去。
（2）橫向預(yù)應(yīng)力束布設(shè)不當(dāng)。由于頂板厚度較薄，既要布置橫向預(yù)應(yīng)力束，又要布置非預(yù)應(yīng)力鋼筋，布置尺寸的精確掌握比較困難。在具體施工中，橫向預(yù)應(yīng)力束往往“順著穿過去”就行，沒有起到位置控制的作用，造成預(yù)應(yīng)力束偏心矩的實際偏差較大，使得易在頂板下緣出現(xiàn)縱向裂縫；橫向預(yù)應(yīng)力施加不足時，也會產(chǎn)生頂板縱向裂縫。因此張拉時要嚴(yán)格控制。
4 底板混凝土保護(hù)層劈裂
裂縫特點：劈裂位置大部分在跨中 L/4 處左右，相鄰施工單元交接處。裂縫延伸至底板波紋管。
底板混凝土劈裂原因很多，可分為：
（1）底板預(yù)應(yīng)力束布置過密；
（2）勾筋、防崩鋼筋缺少或設(shè)置不當(dāng)，勾筋沒勾住下層鋼筋，上下層鋼筋未連成整體；
（3）波紋管接頭過于粗大，且處于同一截面，造成該處截面消弱嚴(yán)重；
（4）波紋管接頭不平順，出現(xiàn)折角，張拉時產(chǎn)生較大向下分力；
（5）底板預(yù)應(yīng)力束張拉集中。
施工中我們要注意：
（1）防崩鋼筋的設(shè)置。底板波紋管密集，普通鋼筋和齒塊鋼筋密集，切不可因位置沖突或操作困難少放防崩鋼筋，勾筋一定要勾住下層鋼筋節(jié)點。
（2）波紋管一定要定位好，保證線形正確，接頭處理要平順，不可用膠帶纏出明顯節(jié)點。
（3）特殊原因割掉的鋼筋尤其是腹板箍筋要在附近補(bǔ)上。
（4）張拉底板預(yù)應(yīng)力束時要有計劃分批張拉、壓漿。待上批水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度再張拉下一批。
5 橫隔板過人洞裂縫
裂縫特點：呈放射性。這類裂縫形成原因是應(yīng)力集中。
施工時不可因過人洞處鋼筋密集種類繁多且短小而少放鋼筋。
6 錨下混凝土開裂
特點：錨墊板周圍混凝土開裂，錨墊板內(nèi)凹。
這類裂縫形成原因是張拉時混凝土強(qiáng)度不足。
施工時嚴(yán)禁在混凝土強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范要求或者齡期不大于 5 天時張拉。錨下鋼筋網(wǎng)片和加強(qiáng)筋必須設(shè)置。
7 齒板及其附近的裂縫
7.1 齒板尾部裂縫
裂縫特點：齒板尾部及與之相連的頂板底板出現(xiàn)裂縫，甚至出現(xiàn)齒板尾部混凝土崩落。
這類裂縫形成原因是張拉預(yù)應(yīng)力筋束時，彎道內(nèi)筋束對混凝土產(chǎn)生徑向沖切力，預(yù)應(yīng)力筋束彎道結(jié)束段的混凝土太薄，鋼筋配置不足，導(dǎo)致混凝土沖壞。
施工時我們應(yīng)注意齒塊澆筑時應(yīng)澆筑出足夠的尺寸，不可匆匆收尾。齒塊配筋數(shù)量要重點檢查。齒塊抗沖切力和拉力的鋼筋一般都要延伸到底板一段距離，切不可認(rèn)為離的遠(yuǎn)了就可有可無了。
7.2 齒塊前和齒塊后的裂縫
裂縫特點：底板、頂板或錨前出現(xiàn)順縱向預(yù)應(yīng)力筋束方向的裂縫，錨后出現(xiàn)水平向或斜向裂縫。
這類裂縫形成的原因絕大部分是設(shè)計原因，錨前混凝土雖縱向受壓，但橫向受拉；錨后混凝土受拉，且錨側(cè)混凝土受剪；設(shè)計中將齒板設(shè)于頂板或底板而未緊貼腹板；錨前和錨后未設(shè)抵抗局部拉應(yīng)力和剪切力的鋼筋。施工中要嚴(yán)格檢查齒塊鋼筋數(shù)量。
8 結(jié)束語
連續(xù)梁裂縫控制需要十分精準(zhǔn)，關(guān)系到主體工程的質(zhì)量好壞，施工要精心設(shè)計，做好前期調(diào)研，確保施工方案的可行性、便捷性。精細(xì)施工，建立嚴(yán)格檢查制度才能有效預(yù)防裂縫病害的發(fā)生。
[作者簡介]何建華（1973—），男，湖南攸縣人，工程師，主要從事項目管理工作。
