大跨徑連續梁裂縫形成原因及預防措施分析

2016-07-26 何建華 商品混凝土汪軍

［摘   要］大跨徑連續梁在交通土建中應用日趨廣泛，施工技術日趨成熟，但是也出現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防措施進行分析，為以后類似工程提供施工經驗。

［關鍵詞］連續梁；裂縫；預防措施；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。結構形式為66-32m 簡支箱梁+1-(60+100+60)m 連續箱梁+1-(48+100+48)m 加勁拱連續箱梁+8-24m 簡支箱梁。

該橋位于威海市經區市郊，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。連續梁起迄里程：改DK277+609.43-改DK277+831.13，跨孔布置為(60+100+60)m 連續梁。

上部構造為 60+100+60m 現澆混凝土連續梁， 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、變截面結構，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。

該連續梁在施工過程中，梁體出現了各種形式的裂縫，本文結合現場實際情況，講述大跨徑連續梁裂縫產生原因及預防措施，為今后類似工程施工提供參考。

1  連續梁的斜裂縫

此類裂縫也稱作主拉應力裂縫，是目前連續箱梁橋中出現最多的一種裂縫。

裂縫特點：一般發生在支點和四分點附近，在梁軸線附近呈 25º～50º 方向開裂，并逐漸向受壓區發展（寬度）和延伸（長度），甚至逐漸向跨中范圍內擴展。

產生原因：斜裂縫的產生原因復雜，屬剪切、扭轉性質產生的主拉應力不足而引起。從破壞性質而言則屬脆性破壞，該裂縫的產生對梁體十分不利，施工中我們要從以下幾個方面加以控制：

1.1  豎向預應力筋的施工

豎向預應力筋為增強腹板抗剪能力而設置，在豎向預應力筋的施工過程中，由于施工數量多，工作繁瑣，重視不夠，容易出現各種質量問題。例如：精軋鋼旋入錨墊板長度不足或焊接不牢靠導致張拉時被拉脫，漏張、漏灌漿、張拉噸位不足、未能及時灌漿而使預應力筋嚴重銹蝕；切割多余長度時使用氧焊切割導致應力損失和精軋鋼抗疲勞性降低。

豎向束的錨頭空白區問題也應十分注意，其分布角度約為 26º，空白區會延伸至腹板，導致靠近翼板加腋處的腹板出現主拉應力裂縫。因此施工中我們要注意錨墊板下螺旋筋和鋼筋網片的安裝。

大跨徑箱梁的預應力豎向鋼筋必須布置在腹板的中心線上。大跨徑連續箱梁的腹板厚度一般會設計幾個梯度進行變化，且均在腹板內側加厚變薄，施工中工人偏好把豎向預應力筋布置成一條直線，原因是方便縱向預應力筋的布設和非預應力筋的綁扎，且看起來美觀，但是這種構造將會導致在腹板中存在一個預偏心而產生附加彎矩，使腹板內側受拉。尤其當箱梁懸臂板上滿布活載而箱室上方空載時，將使腹板產生內側拉應力，兩者疊加后，腹板將會出現順橋向的內側縱向裂縫和加劇腹板主拉應力裂縫的發生和發展，這種構造對受力很不利，因而，要求預應力豎向鋼筋盡量對腹板截面進行對中布置。

1.2  縱向彎起預應力束施工

彎起束設置是為了增強結構抗剪能力，能顯著減少支點處斜裂縫的發生。尤其在邊墩，當梁高較小，豎向預應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，優先于頂板中部，使其較早變形穩定。

在混凝土澆筑中，跑模現象時有發生，這就容易使腹板厚度減小，從而導致主拉應力增大而出現斜裂縫。跑模嚴重的可以改變齒塊位置或喇叭口方向角度，從而產生或加劇腹板裂縫。

連續箱梁因具有薄壁、斷面尺寸較大等特征，故溫度應力復雜，在混凝土強度、彈性模量等指標還處于增長階段時，容易出現裂紋，所以養護工作尤其重要。養護不到位會加劇微裂縫的產生，這些微裂縫在荷載等因素下會發展延伸。連續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，增加預應力鋼束等。但均必須做好細致的加固設計工作，并進行精心施工。

2  預應力混凝土連續梁的正彎矩裂縫

裂縫特點：常見于投入運營一段時間的連續梁，跨中位置常出現。

這種裂縫的產生主要是屬預應力不足性質，既可能是設計原因，也可能是施工原因，可能是營運多年后部分預應力已經失效。施工中減少預應力損失的措施：

（1）減少混凝土收縮徐變產生的預應力損失。施工中我們要嚴格控制張拉時間，嚴禁在混凝土抗壓強度不足設計75% 時張拉，最好在達到 90% 以上再張拉，混凝土齡期必須大于 5 天；

（2）減少預應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。

（3）減少喇叭口和錨具應力損失。施工中喇叭口安裝定位時法向一定要垂直于張拉面。

對于預應力混凝土連續梁正彎矩裂縫，在查明原因的基礎上，可以采用增加預應力束的方法處理，但很可能要在體外施加預應力，此類性質的加固一般較麻煩，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  連續梁縱向裂縫

縱向裂縫也是預應力混凝土梁中出現較多的一種裂縫。

裂縫特點：這種裂縫較多地出現在頂、底板上，順橋向有的縱向縫已經連續貫通，有的較長，有的較短且不連續。

一般呈現在箱室內，不易發現，即在頂板的底面。常見的原因有：

（1）順橋向預應力過大，人們常有一種錯誤觀點，認為預壓應力留得大一點會比較安全一點。預應力混凝土是一種主動加力體系，過大的預應力也是有害處的，預應力過大在正交向極易產生由泊松比而產生橫向拉應變，甚至沿波紋管的方向產生規則性的縱向裂縫，加上管內積水、銹蝕鋼束，此類裂縫的危害性極大，一旦發現，應立即處理。因此在施工中我們要嚴格控制超張拉量，在計算伸長量時要以實驗得出的 E_y 為準，實驗得出的鋼絞線彈性模量一般要大于廠家標識的。每個廠家生產的錨具錨圈口損失是不一樣的，應該由實驗所得，不能都歸于常用的 6% 超張拉里頭去。

（2）橫向預應力束布設不當。由于頂板厚度較薄，既要布置橫向預應力束，又要布置非預應力鋼筋，布置尺寸的精確掌握比較困難。在具體施工中，橫向預應力束往往“順著穿過去”就行，沒有起到位置控制的作用，造成預應力束偏心矩的實際偏差較大，使得易在頂板下緣出現縱向裂縫；橫向預應力施加不足時，也會產生頂板縱向裂縫。因此張拉時要嚴格控制。

4  底板混凝土保護層劈裂

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）底板預應力束布置過密；

（2）勾筋、防崩鋼筋缺少或設置不當，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重；

（4）波紋管接頭不平順，出現折角，張拉時產生較大向下分力；

（5）底板預應力束張拉集中。

施工中我們要注意：

（1）防崩鋼筋的設置。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點。

（3）特殊原因割掉的鋼筋尤其是腹板箍筋要在附近補上。

（4）張拉底板預應力束時要有計劃分批張拉、壓漿。待上批水泥漿達到一定強度再張拉下一批。

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，錨墊板內凹。

這類裂縫形成原因是張拉時混凝土強度不足。

施工時嚴禁在混凝土強度達不到規范要求或者齡期不大于 5 天時張拉。錨下鋼筋網片和加強筋必須設置。

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裂縫，甚至出現齒板尾部混凝土崩落。

這類裂縫形成原因是張拉預應力筋束時，彎道內筋束對混凝土產生徑向沖切力，預應力筋束彎道結束段的混凝土太薄，鋼筋配置不足，導致混凝土沖壞。

施工時我們應注意齒塊澆筑時應澆筑出足夠的尺寸，不可匆匆收尾。齒塊配筋數量要重點檢查。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，切不可認為離的遠了就可有可無了。

7.2  齒塊前和齒塊后的裂縫

裂縫特點：底板、頂板或錨前出現順縱向預應力筋束方向的裂縫，錨后出現水平向或斜向裂縫。 

這類裂縫形成的原因絕大部分是設計原因，錨前混凝土雖縱向受壓，但橫向受拉；錨后混凝土受拉，且錨側混凝土受剪；設計中將齒板設于頂板或底板而未緊貼腹板；錨前和錨后未設抵抗局部拉應力和剪切力的鋼筋。施工中要嚴格檢查齒塊鋼筋數量。

8  結束語

連續梁裂縫控制需要十分精準，關系到主體工程的質量好壞，施工要精心設計，做好前期調研，確保施工方案的可行性、便捷性。精細施工，建立嚴格檢查制度才能有效預防裂縫病害的發生。

[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。