淺談大跨徑鋼構梁體裂縫的原因和防治

司裕胤

（貴州陸通監理有限公司,貴州 貴陽 550000）

一、梁體開裂的原因

(一)斜裂縫

1.取消彎起束。在梁橋設計中,比較普遍的做法是取消彎起束,用縱向預應力和豎向預應力來克服主拉力的設計方案。這種做法雖然方便施工并減薄了腹板的厚度,但豎向預應力筋長度過短,預應力的損失也就過大,有效預應力很難得到有力保證,造成斜裂縫的大量出現,這已為多年的工程實踐所證實。

2.主拉應力偏小。現在設計通常僅從縱向和豎向二維來分析主拉應力,沒有考慮橫向的影響。

3.腹板特別是根部區段腹板偏薄,配置普通鋼筋偏少。

4.施工操作不規范,有效預應力嚴重不足,有的豎向預應力筋甚至松動,根本沒有張拉力。

5.個別橋梁施工質量差。懸臂施工盲目搶時間,在混凝土初凝時小于節段澆筑時間的情況下,既不對掛籃壓重,又自內向外澆筑混凝土,導致掛籃下撓,節段界面上緣開裂,造成新橋即需壓漿修補裂縫,在通車后不久出現嚴重斜裂縫。

(二)縱向裂縫

1.超載。在大跨徑橋梁中,超載特別是超重車軸荷載的作用,對橫向的影響比縱向更大。這是因為縱向彎矩中,自重占絕大部分;而橫向彎矩,主要受活載的影響,軸重超過規范時,很易出現頂板下緣的縱向裂縫。

2.施加過大的縱向預應力。全預應力結構設計中,一般可留2.0Mpa-3.0Mpa的壓應力儲備。但有的設計人員誤認為壓力儲備留得越大就越安全,其實這種做法既浪費鋼束,又會導致縱向裂縫的產生。

3.溫差力估計過小。

4.收縮裂縫。由于梁身澆筑在時間上有先后順序,就會因收縮差而出現縱向裂縫。因此,節段澆筑時間間隔不要過長,截面配筋要考慮收縮影響。

5.支座布置的影響。對于大跨徑連續梁,支座中心與腹板中心有一定的橫向間距,如果橫向預應力比較小,頂板上緣也會出現裂縫。

6.支座形式。墩上正確的橫向支座布置,應該是一個固定,一個滑動,才可避免因溫度、收縮或活載體作用時出現縱向裂縫。現在有的設計,很注意縱向支座的固定或滑動類型,這是正確的;但有時不注意橫向,往往把橫向兩個支座都布置成固定的,在荷載、溫度、收縮的作用下很容易導致開裂。

7.頂板較薄,要布置橫向預應力束和普通鋼筋,預應力筋的位置較難精確控制,一旦偏差較大,易在頂板下緣出現縱向裂縫。

8.在箱梁自重下腹板內側有橫向拉應力,與其他作用等組合,當配筋不足時會在腹板發生縱向裂縫。

9.變截面箱梁的底板由于施加預應力而產生徑向力,當底板橫向配筋不足時,會在底板橫向跨中下緣及橫向兩側底板加腋開始的上緣,出現縱向裂縫。

10.水化熱導致開裂。這種現象往往出現在懸澆施工底板較厚的梁根部,尤其是在開氣較冷時,拆模時即發現底板下緣存在縱向裂縫。

(三)垂直裂縫

1.有效預應力不足。過早加載,預應力徐變損失大。沿管道預應力損失偏大。底板預應力筋因管道壓漿不飽滿和漿體離析而銹蝕。

2.對剪力滯影響考慮不夠。

3.梁體下撓過大以及斜裂縫過寬過多的影響,促使垂直裂縫出現。

二、裂縫的預防措施及整治方法

(一)裂縫的預防措施

1.保證有足夠的斜截面強度.應采用三維箱梁的主拉應力,配置彎起束,同時也應配置豎向預應力束,更要充分考慮預應力損失。對豎向預應力束,應采用二次或多次張拉,確保其有效預應力。采取適當增加腹板特別是根部區段腹板的厚度及其普通鋼筋含量,加密箍筋,加粗加密縱向水平鋼筋等措施。

2.優先選用高標號、低水化熱、較小干縮性的粉煤灰硅酸鹽水泥;同時要嚴格控制水泥用量,控制水灰比,配制坍落度較小的混凝土,坍落度宜控制在10cm-14cm。

3.適當添加微膨脹劑、保水劑和減水劑,目的分別是部分補償大體積混凝土的收縮,避免混凝土失水過快;為防止混凝土失水收縮,對混凝土保濕是關鍵,可在墻身上先覆蓋吸水海綿墊層,再在其上覆蓋塑料膜保濕。并按規定要求定時灑水,有條件的盡量采取蓄水養護。

4.選用精細骨料,盡可能選擇粒徑較大、吸水性較小、含水量較小的粗骨料,一般選用5mm-40mm的花崗石或石灰巖級配良好的碎石,含泥量不超過1%;盡可能選用級配良好、含泥量不超過2%的中粗砂。

5.控制混凝土入槽溫度,盡可能減少混凝土內部的溫差梯度,并避免高溫和冬季低溫時澆筑框架箱身混凝土。采取必要的措施控制混凝土內外溫差在25℃左右,同時,在箱身內部配置足夠的升溫設施,隨著水化熱的變化規律而調節溫度,并盡量使內外溫度變化保持一致。

6.加強施工質量管理,嚴格按照規范施工。

(二)整治方法

對縫寬小于0.2mm的表面裂縫宜采用環氧膠泥嵌縫,用高強度結構膠封閉并用水泥膠進行表面處理;對貫穿裂縫采用化學灌漿,并用水泥膠進行表面處理。灌漿材料有封縫用環氧膠泥、粘貼灌漿嘴所用結構膠及灌漿材料。裂縫灌漿埋設的騎縫灌漿嘴,其孔距與排距視裂縫的寬度和通暢情況,及漿液粘度和允許灌漿壓力而定。一般孔距和排距為20cm-30cm。在一條裂縫上布有幾個灌漿孔(嘴)時,可按由深到淺、由下而上的順序進行灌漿。灌漿的結束標準是以不吸漿為原則,吸漿率小于0.01L/min,或灌漿持續一定時間(一般為15分鐘)亦可作為灌漿結束標準。對細微裂縫,需要用凝結時間較長的漿液;對較寬裂縫,需要用凝結時間較短的漿液。灌漿工藝流程如下:

1.縫面沖洗。電錘打孔后,用壓縮空氣將孔內粉塵和碎屑吹凈。

2.嵌縫止漿。在要嵌縫的部位,沿縫人工畫線,寬度5.0cm-10.0cm,并清除此范圍內松動的混凝土碎屑及粉塵,然后沿縫用環氧膠泥嵌縫封閉。

3.壓氣試驗、試漏。通過壓氣,了解灌漿孔(嘴)與裂縫暢通情況及是否漏氣,以確定是否可以灌漿或必須重新埋灌漿嘴。灌漿設計壓力一般為0.1Mpa-0.3Mpa。

4.配制漿液。

5.灌漿。灌漿前,應將所有孔(嘴)上的閥門全部打開,用壓縮空氣將孔內、縫內的積水吹凈,并爭取達到干燥或無水狀態,然后灌漿。

6.沖洗管路。灌漿結束后,關閉孔(嘴)口閥門,立即拆卸管路,并用丙酮沖洗管路和設備。

7.封孔。對固化后強度達到或超過混凝土強度的灌化材料,灌漿后灌漿孔內的固結物不必清除;但對強度不太高的堵漏材料,應把灌漿孔內固結物清除干凈,再用水泥砂漿封孔。裂縫灌漿一般選氣溫較低時進行,因為此時裂縫開展最大,漿液易于灌入,且漿材在裂縫內也不會因混凝土收縮而重新被拉開。

[1]倪志剛.盧浦大橋鋼結構工程關鍵技術.中國鐵道科學,2005年6期.

[2]潘際炎.大跨度鋼橋.鋼結構,2000年2期.