普通混凝土空心預制橋板裂縫成因與防治研究

□張國勝 □陳國祥（商丘市水利科技推廣中心）

普通混凝土空心預制橋板裂縫成因與防治研究

□張國勝 □陳國祥（商丘市水利科技推廣中心）

裝配式鋼筋混凝土空心板橋是我國目前建造在干、支溝、渠上的主要農用橋梁結構形式之一。文章從提高工程內在質量，改善施工方法入手，對空心橋板裂縫的形成原因進行了詳細地分析和計算，對已產生的裂縫和防止裂縫的產生提出了切實可行的防治措施。

農用；空心板；裂縫；防治；措施

1 混凝土空心板裂縫概況

20世紀80年代以來，豫東地區在干、支溝渠上建造農用橋梁多以鋼筋混凝土空心板橋為主。該橋型下部采用雙柱式鋼筋混凝土灌注樁排架，上部為鋼筋混凝土空心板裝配式結構,使用情況良好，形成了定形設計。但它標準低，跨度小，孔數多，對河道行洪不利。隨著經濟的發展和防洪的需要，目前橋梁單孔跨度已由原來的5.0m提高到10.0m，橋上的載荷也從幾噸提高到幾十噸。但從總體使用情況看，少量橋梁在板底部出現不同程度的橫向裂縫。2011年春夏，在某河道治理工程中，技術人員通過努力，從提高工程內在質量，改善施工方法入手，認真研究，仔細分析，較好地解決了這一難題。

某河段治理工程農用橋梁，設計荷載標準為公路二級（折減），板寬1.0m，板高0.5m，路面凈寬7.0m，其橫斷面見圖1。其中首先施工的一座橋橋板出現裂縫。裂縫集中出現在空心板的底面跨中附近2.0～4.0m范圍內。數量一般為10～20條不等，縫的長度多占板寬的1/3～1/2,個別形成錯位或間斷式裂縫貫穿全板寬。經用裂縫刻度儀量測，裂縫寬度多在0.1～0.2mm,最大不超過0.3mm，見圖3；深度在10～20mm,間距在140～200mm，平均間距180mm。特征：①不是所有橋板都發現裂縫,在該橋共4孔28塊橋板中,有14塊發現裂縫,占50%；②橋板安裝前未發現裂縫,而是在安裝時或安裝后至路面混凝土鋪裝層澆筑前這段時間內先后發現的；③雖然裂縫,但對混凝土通過試塊試壓、回彈儀及超聲波檢測儀檢測,其強度均滿足設計要求；④縫寬都在規定的范圍內（SL-T191-2008）規定二類環境時結構構件混凝土縫寬限值為0.3mm；⑤結構構件的混凝土保護層厚度>50mm時可增大0.1mm。

圖1 橋孔橫斷面圖（單位：mm）

顯然,這種裂縫不影響橋的使用,但會使人們產生不安全感,且一旦加深加寬,伴隨著混凝土的碳化，容易銹蝕鋼筋，減少橋梁工程使用壽命。

一般講，普通鋼筋混凝土結構構件在規范允許的范圍內帶縫工作是正常的，經濟的、也是安全的。但如果設計上要求抗裂，工程結構上再出現裂縫，而且超出適當范圍的話，就應另當別論。因此,針對上述情況,從板的設計、預制、運輸、安裝等方面查找原因，采取有效措施,盡量避免裂縫發生。

2 裂縫成因分析

2.1 運行期強度和抗裂驗算

空心橋板的設計尺寸和配筋見圖2。

和其它裝配式橋板一樣,為簡支梁結構,屬受彎構件。混凝土保護層厚度也符合要求，考慮C40混凝土路面鋪裝層與空心板的共同作用而計入板的計算厚度，實際配筋率為1.3%（規范規定不得小于0.2%），橋板之間有橫向連接結構（見圖3），據此驗算其強度和抗裂度均滿足要求，因而空心橋板結構在使用時不存在產生裂縫的必然性。

圖2 空心橋板設計尺寸和配筋圖

圖3 橋板橫向連接(板間連接結構和板間鉸縫連接結構)圖

2.2 靜載荷試驗

為安全起見，商丘市水利建筑工程質量檢測站對該橋在設計荷載（未計入沖擊系數）作用下橋板跨中底面混凝土應力、撓度和裂縫開展寬度等方面進行了靜載荷試驗。試驗結果表明橋板結構跨中底面混凝土處于受壓狀態，因而在兩裂縫之間不可能再出現新的裂縫；跨中撓度實測值與理論值基本相符，卸載后恢復原狀態；板底最大裂縫開展寬度由加荷前的0.2mm增加到0.3mm,卸載后恢復原狀態。結論是在設計荷載作用下，結構處于彈性工作狀態。

2.3 施工期強度和抗裂驗算

橋板在未澆筑路面混凝土鋪裝層,形成整體結構前，長度和重量相對較大，而剛度相對較小，因此驗算分4種情況:第一種是起重機按設計吊點吊起橋板在空中運動，橋板除受自身重力外，還受動荷載影響。第二種是橋板安裝就位后只受自身重力影響，但其支承點距離和吊點相比增大。第三種是平板汽車將橋板從預制場運至施工現場，除第一孔外，輪胎式起重機就必須通過已安裝就位的橋板才能進入下一孔工作位置。安裝好的橋板到路面混凝土鋪筑前尚未形成整體,吊車的兩側車輪分別行駛在已安裝好的兩塊橋板上（吊車的自重視其起重力的大小，一般為單塊板重的3～4倍）。第四種是吊車到達工作位置后，4個支腿中兩個支腿支撐在排架梁上，另2個支腿則支撐在4塊橋板上（每個支腿下方橫向墊有2m長方木）。經計算，第一、二種情況強度和抗裂度滿足要求，第三、四種最不利情況當屬前者，最不利位置是吊車重軸行駛在橋板跨中，重軸重量分別由兩塊橋板承擔。此時每塊橋板除承受自身重量外，還需承擔吊車重軸重量的一半（偶然荷載集中力），計算簡圖如圖4所示。計算得跨中偶然荷載組合最大彎矩Mk=4.1×10N·mm。驗算得強度安全系數為1.7，強度安全系數>規定值1.0，可見強度足以滿足要求。取混凝土軸心抗拉強度標準值ftk=2.4N/mm2,截面抵抗矩塑性系數γm=1.5，混凝土拉應力限制系數αct=0.9，按材料力學公式計算得換算截面受拉邊緣彈性抵抗矩W0=3×107mm3。根據現行規范規定，水工鋼筋混凝土受彎構件抗裂按Mk≤γmαctftkW0驗算。計算結果得抗裂安全系數為k=0.2

圖4 簡支梁計算簡圖

2.4 裂縫成因分析

2.4.1 混凝土內在質量方面

第一，振搗方式不當。不正確的振搗方式如欠振或過振，會造成混凝土內部不密實或混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土不均勻沉降收縮而影響內在質量。第二，現場養護不好?？招陌鍧矒v后未能用草袋等物及時覆蓋和保濕養護，其后灑水養護又不及時，可能影響橋板強度。第三，某些施工單位或橋板專業制作單位為了縮短橋板制作時間，過早拆模移位。

2.4.2 施工方法方面

吊裝時未考慮到空心板的承載能力和施工荷載的大小，吊裝機械直接上橋作業。在放置空心橋板至過梁時用力不當。這兩個原因是導致空心板開裂的外在誘因。

3 處理措施

3.1 提高混凝土內在質量方面

嚴格按照設計混凝土配合比施工。在混凝土的選料、配料、拌和、澆搗等方面，切實按照現行施工規范要求進行。加強混凝土空心板的養護?；炷脸跄笏儆貌荽采w，并經常灑水養護；同時向板孔心內充水，使空心板內外各個部位在規定的養護時間內都能經常保持濕潤。

3.2 施工方法方面

嚴格控制橋板移動時間。橋板制作完成后，一定要到養護齡期才能移動。嚴格控制橋板的安裝時間，不足28d齡期不得吊裝。運輸時應緩慢行駛，避免強烈震動；橋板吊裝時，要保證輕起穩放；禁止野蠻施工。對發現的裂縫逐一鑿開，用纖維混凝土按照有關規定進行修補。起重機械應利用施工圍堰或臨時便橋作為工作平臺吊裝作業，施工期間橋上嚴禁通車行人，以保證安全；起重機械必須上橋作業的，應至少在每一塊需要承受活荷載的橋板下牢固地設立3個支撐，每個支撐均應具有獨立承擔板上最大活荷載的能力，以使橋板成為臨時多跨連續梁；當吊車支腿無法支在多跨連續梁上時，應在支腿所在板下設立支撐。板下支撐不得撤銷，直到橋面混凝土鋪裝層達到設計強度。

4 結語

某河治理工程在施工期間及時發現問題進行分析研究，并及時采取措施予以補救后，問題得到有效解決，后建橋梁空心板未再發現裂縫。當橋板長度>10.0m（包括10.0m）時，由于跨度加大，橋板的自重、動荷載加大，加上隨著鋼筋長度的增加，絕對伸長度就加大，增加了橋板裂縫的可能，因此，建議對于跨度10.0m（包括10.0m）以上的橋板，采用預應力橋板，這樣可以有效地防止出現裂縫。

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1673-8853(2014)02-0051-02

2013-11-25

李 迪）