預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫成因及防治

高玉英

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋是橋梁結(jié)構(gòu)中常見的一種橋型,從其受力特點(diǎn)看,這種結(jié)構(gòu)形式的抗彎和抗扭剛度都較大,有足夠的混凝土截面來承受正負(fù)彎矩的作用,加上預(yù)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn),使這種結(jié)構(gòu)形式非常適應(yīng)大跨徑結(jié)構(gòu)。然而隨著該橋型的廣泛使用,有關(guān)該橋型出現(xiàn)病害的報(bào)告也越來越多,最突出的是箱內(nèi)裂縫,其主要分布在橫隔板、頂板底部和腹板部分。箱內(nèi)裂縫如果處理不當(dāng),將給結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度、剛度帶來一定的危害甚至影響使用壽命。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫的成因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的防治措施。

1 工程概況

集老高速公路6標(biāo)段分離式立交橋,本橋上部結(jié)構(gòu)為3孔一聯(lián)(16.6+34.4+16.6)m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,結(jié)構(gòu)形式為單箱三室,梁高1.8 m,寬12.4 m,頂板厚18cm,底板厚15cm,腹板厚25cm。下部結(jié)構(gòu)采用Y形橋墩,肋板承臺(tái)。采用就地澆筑施工法,滿堂紅支架,滿堂布置。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁常見的裂縫

1)腹板豎向裂縫。該裂縫發(fā)生在薄腹部分,裂縫方向垂直于梁軸線,由梁的半高線向上、向下延伸。2)腹板斜裂縫。邊跨斜裂縫,主要發(fā)生在支座附近,斜裂縫的傾角為 45°左右;中跨斜裂縫,主要發(fā)生在支座附近,斜裂縫的傾角為45°左右。3)腹板水平裂縫。邊跨水平裂縫,主要發(fā)生在邊端支座附近、腹板的上緣;中跨水平裂縫,主要發(fā)生在1/4～3/4跨之間,靠近腹板的上緣。4)底板、頂板平行軸向產(chǎn)生裂縫。5)箱梁橫隔板的放射性裂縫。6)預(yù)應(yīng)力錨固部位齒板附近產(chǎn)生裂縫。7)箱梁頂板產(chǎn)生龜裂。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫成因分析

3.1 主橋總體設(shè)計(jì)中對(duì)箱梁截面尺寸擬定不合理

對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋,特別是橫隔板較少的箱梁在荷載作用下其變形并不完全符合經(jīng)典梁理論周邊剛性假定,會(huì)出現(xiàn)截面畸變變形,有關(guān)設(shè)計(jì)單位未考慮箱梁畸變應(yīng)力是導(dǎo)致箱梁腹板開裂的主要原因之一;箱梁頂板、底板的裂縫是由于箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的附加應(yīng)力導(dǎo)致的;箱梁橫隔板的人洞放射性裂縫主要是人洞造成的應(yīng)力集中產(chǎn)生的;預(yù)應(yīng)力錨固部位的齒板附近的裂縫主要是預(yù)加力的局部效應(yīng)產(chǎn)生的。

3.2 未合理考慮溫度應(yīng)力

本橋位于集寧,施工期為3月～8月,施工期間該地區(qū)風(fēng)速大、氣溫高,且晝夜溫差大。混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、夜間降溫等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時(shí),將發(fā)生收縮和膨脹,產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),即產(chǎn)生裂縫。

3.3 混凝土原材料質(zhì)量缺陷產(chǎn)生裂縫

預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)原材料要求特別高,粗集料要求級(jí)配良好,如果級(jí)配不良會(huì)造成沉縮裂縫;細(xì)集料要求使用中砂以上砂粒,且含泥量有嚴(yán)格規(guī)定;對(duì)粗細(xì)集料都必須嚴(yán)格控制針片狀顆粒含量。如細(xì)集料含泥量和泥塊含量高,攪拌后就不能拌和均勻,而在泥塊集中的部位發(fā)生龜裂;粗集料的針片狀含量大或者級(jí)配不好,就很容易在粗集料周圍產(chǎn)生沉縮裂縫;此外如果水泥質(zhì)量不合格或者發(fā)生變質(zhì)就很容易在水泥結(jié)塊的地方發(fā)生龜裂裂縫。

3.4 混凝土施工工藝不當(dāng)引起裂縫

施工過程中混凝土攪拌不均勻,致使水泥集中的地方產(chǎn)生散射式裂縫;混凝土分層澆筑時(shí),后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;上料速度慢澆筑時(shí)間長或澆筑時(shí)氣溫高,造成坍落度損失,致使振搗困難,甚至造成混凝土強(qiáng)度丟失,從而形成裂縫;施工前對(duì)支架壓實(shí)不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架產(chǎn)生不均勻下沉導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫;拆除支架時(shí)應(yīng)迅速且順序正確;張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)張拉力過大使箱梁頂板開裂,如張拉力不足,在荷載作用下底板易產(chǎn)生裂縫。

3.5 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)形成裂縫

預(yù)應(yīng)力混凝土養(yǎng)護(hù)需水量大,不覆蓋任何東西,梁板在空氣中不能保濕,也就不能使梁板很好的發(fā)生水化作用,提高強(qiáng)度。此外裸露在空氣中的箱梁白天會(huì)達(dá)到很高的表面溫度,晚上氣溫下降,從而產(chǎn)生裂縫。但是也不能覆蓋太嚴(yán)密,覆蓋太嚴(yán)會(huì)造成混凝土大量水化熱無法散發(fā)而形成溫度應(yīng)力裂縫。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫防治措施

1)設(shè)計(jì)時(shí)除了按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行主應(yīng)力計(jì)算外,還要求對(duì)各種應(yīng)力,尤其是局部應(yīng)力的可能分布狀態(tài)進(jìn)行足夠的定性分析和必要的定量分析。按經(jīng)典梁理論計(jì)算主拉應(yīng)力時(shí),還要考慮畸變應(yīng)力和附加應(yīng)力,在相應(yīng)部位增加防裂構(gòu)造鋼筋,避免裂縫發(fā)生。2)由溫度應(yīng)力引起的裂縫,在施工時(shí),應(yīng)盡量選擇溫度低的時(shí)間澆筑(利用早、晚進(jìn)行施工);熱天澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)降低水溫拌制,合理使用減水劑;加強(qiáng)振搗以減少水化熱,大體積混凝土采取分層澆筑的方法,并注意混凝土的養(yǎng)護(hù)工作;在腹板處每隔5 m留一個(gè)通氣孔,可以保證混凝土箱梁在拆模后通風(fēng)散熱,保持體內(nèi)外溫度一致,防止裂縫形成。3)由混凝土質(zhì)量引起的裂縫,可以通過以下措施防止:應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)的水泥,并摻加適量減水劑,以減少水泥用量,降低水灰比。選用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈的粗細(xì)集料,細(xì)集料含泥量應(yīng)小于3%,粗集料含泥量應(yīng)小于1%。嚴(yán)格控制混凝土拌合物坍落度。4)混凝土施工工藝不當(dāng)引起裂縫。可以通過以下措施防止:嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作進(jìn)行,開工前徹底檢查臺(tái)座、模板以防止出現(xiàn)角落裂縫,徹底檢查機(jī)器性能及電路防止中途出現(xiàn)故障中斷澆筑而造成施工縫及其他缺陷。混凝土澆筑:采用集中攪拌,泵車澆筑,澆筑時(shí)由低到高,從支點(diǎn)向跨中對(duì)稱分層澆筑。混凝土應(yīng)振搗密實(shí),搗實(shí)后1.5 h～24 h之內(nèi)不得受到振動(dòng)。待強(qiáng)度達(dá)到90%時(shí),拆除模板。改善現(xiàn)場混凝土的施工工藝,均勻設(shè)置布料槽,嚴(yán)禁用振搗棒拖曳混凝土,同時(shí)注意混凝土的施工防雨、養(yǎng)護(hù)及保溫工作;結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置防裂鋼筋,以提高混凝土的抗裂性能。混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后方可進(jìn)行張拉程序,第一階段每根鋼束兩端同時(shí)張拉,第二階段每根鋼束在一端張拉,張拉程序由 0到初應(yīng)力(約 0.1σk)→1.02σk持續(xù)5 min→σk(錨固)。5)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)形成裂縫。可以通過以下措施防止:混凝土澆筑收漿完成后,應(yīng)盡快用草簾覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù),使混凝土表面始終保持濕潤狀態(tài),不允許使混凝土在高溫下裸露暴曬。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜,影響裂縫的因素較多,只要在設(shè)計(jì)時(shí)選用合理的理論和計(jì)算模型,施工過程嚴(yán)格控制并按施工規(guī)范施工,裂縫發(fā)生后采用合理的處置措施,就可以減少或限制裂縫的發(fā)生,保證結(jié)構(gòu)物的正常使用。

[1] 徐慶華,黎平原.預(yù)應(yīng)力箱梁施工裂縫的成因與防治[J].建筑技術(shù)開發(fā),2004,31(7):84,104.

[2] 李根勝.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫分析[J].西部探礦工程,2006(4):236-238.

[3] 李亞利,魏建華.淺議混凝土橋梁裂縫的檢測(cè)與處理[J].山西建筑,2009,35(16):316-317.

[4] 張?jiān)?楊苗苗.混凝土橋梁裂縫成因綜述[J].黑龍江交通科技,2005(10):139-141.