預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁產(chǎn)生裂縫的原因分析及解決措施

施英

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730000)

預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁產(chǎn)生裂縫的原因分析及解決措施

施英

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730000)

預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁以其結(jié)構(gòu)整體性好、跨度大、外形美觀,在我省高速公路建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁按照部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)建設(shè)計(jì),在結(jié)構(gòu)上不允許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫,一旦出現(xiàn)裂縫,無論從結(jié)構(gòu)耐久性和美觀上都是不利的。

預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁 裂縫 原因分析及解決措施

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁橋，上部結(jié)構(gòu)為等截面箱型梁，梁高180cm，頂板寬1100cm，底板寬700cm，翼緣板寬度200cm；頂板厚度線性漸變，跨中截面厚度22cm，支座截面厚度42cm；底板厚度線性漸變，跨中截面厚度20cm，支座截面厚度40cm；腹板為變厚度直腹板，跨中截面腹板厚度40cm，支座截面中腹板厚度80cm、邊腹板60cm；翼緣板厚度線性漸變，跨中截面端部厚度15cm、根部40cm，支座截面端部、根部厚度均為60cm。

2 現(xiàn)澆箱梁施工

2.1 地基處理

橋址所處位置地基為黃土，在原地面清表、整平、夯實(shí)后，地基處理采用20cm厚水穩(wěn)砂礫，15cm厚C20混凝土硬化。

支架采用碗扣式腳手架，縱、橫向間距100cm，底部采用枕木支撐。整聯(lián)支架通過橫梁和斜撐相互連接，使之形成整體，保證支架的剛度和穩(wěn)定性。

為消除地基、支架、枕木、模板之間的非彈性變形，在箱梁底模板上用編織袋裝砂對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，荷載為梁體上部荷載的110%。預(yù)壓時(shí)間為5天，分別測(cè)設(shè)支架和地基的沉降量，當(dāng)沉降量小于1mm時(shí)進(jìn)行卸載。考慮到翼緣板承受荷載較小，未對(duì)翼緣板和支架進(jìn)行預(yù)壓。

2.2 混凝土澆筑及養(yǎng)生

該橋在春末夏初澆筑混凝土，日大氣溫度變化16度左右。采用滿堂支架現(xiàn)澆，模板為竹膠板，梁體混凝土利用汽車泵分兩次澆筑。第一次澆筑底板及腹板混凝土，持續(xù)時(shí)間48小時(shí)，分層面選擇在腹板與翼板轉(zhuǎn)角以下1～2cm處；第二次澆筑頂板及翼板，持續(xù)時(shí)間20小時(shí)。第一次澆筑結(jié)束綁扎鋼筋用時(shí)5天，沖洗新舊混凝土接觸面用時(shí)1天。澆筑混凝土結(jié)束后覆蓋土工布灑水濕潤養(yǎng)生。

3 箱梁混凝土裂縫開展情況及原因分析

3.1 箱梁混凝土裂縫開展情況

拆除模板過程中發(fā)現(xiàn)翼緣板根部下緣及腹板靠近翼緣板側(cè)均產(chǎn)生了橫向裂縫，縫寬0.08-0.12mm左右，長度50-70cm不等。

3.2 裂縫產(chǎn)生原因分析

發(fā)現(xiàn)裂縫后檢測(cè)單位對(duì)裂縫進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)專家現(xiàn)場察看裂縫和對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙、施工方案綜合分析后認(rèn)為箱梁施期間出現(xiàn)的裂縫屬淺表性非結(jié)構(gòu)裂縫，是由支架變形、混凝土收縮、溫度、混凝土澆筑位置、養(yǎng)生、環(huán)境等多種因素產(chǎn)生。其中支架變形、澆筑位置、混凝土收縮、養(yǎng)生及環(huán)境溫差較大是產(chǎn)生裂縫的主要原因。裂縫僅在局部區(qū)域?qū)α后w造成輕微損傷，對(duì)截面的整體工作狀態(tài)基本沒有影響，現(xiàn)有裂縫經(jīng)修補(bǔ)后，橋梁可正常使用。

3.2.1 箱梁腹板處的豎直裂縫

現(xiàn)澆箱梁邊腹板發(fā)現(xiàn)橫向裂紋，裂縫寬度0.1mm，長度50-70cm不等，深度約4-6mm，裂縫自腹板底部向上衰減。原因分析如下：(1)混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土將發(fā)生變形。若這種變形受到約束，就會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。澆筑底板、腹板混凝土經(jīng)歷了48小時(shí)，經(jīng)歷了兩個(gè)晝夜，而橋址所處位置晝夜溫差較大，箱梁內(nèi)部散熱及吸收較慢，箱梁腹板內(nèi)外壁溫差較大，使兩側(cè)腹板內(nèi)外板面出現(xiàn)附加的反復(fù)拉壓應(yīng)力，削弱了腹板的抗剪能力，當(dāng)超過混凝土抗裂強(qiáng)度時(shí)，較易形成腹板豎直裂縫。(2)箱梁混凝土澆筑順序?qū)Ξa(chǎn)生以上裂縫有一定關(guān)系。施工中現(xiàn)澆箱梁先澆筑墩頂橫梁處，澆筑完成后在澆筑箱梁底、腹板。過程中用兩臺(tái)汽車泵同時(shí)在墩頂處澆筑橫隔粱混凝土，該墩處滿堂支架下沉瞬時(shí)完成，而其它部位在混凝土澆筑中卻一直在下沉，導(dǎo)致混凝土開裂。

3.2.2 箱梁翼緣板根部下緣的橫向裂縫

現(xiàn)澆箱梁兩側(cè)翼緣板與腹板交接處發(fā)現(xiàn)橫向裂紋，裂縫寬度0.1-0.12mm，長度40-50cm不等，深度約4-6mm，裂縫自懸臂根部向翼緣方向衰減。原因分析如下：(1)箱梁混凝土分兩次澆筑，交接面選在腹板和翼板相交處，而箱梁兩層澆筑間隔8天，當(dāng)頂板混凝土迅速地硬化時(shí)，底、腹板混凝土已完成了大部分的硬化和收縮，二者硬化、收縮速率不同步，腹板混凝土約束了頂板混凝土收縮，在翼緣板下緣產(chǎn)生拉應(yīng)力。初期頂板混凝土抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)該拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力時(shí)，在現(xiàn)懸臂下緣出現(xiàn)裂縫，隨著混凝土的凝固收縮，裂縫逐漸發(fā)展。(2)箱梁混凝土分層澆筑，振搗人員往往重視底板、腹板振搗卻忽視了箱梁頂板的振搗，振搗棒作業(yè)間距、振搗時(shí)間沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，致使箱梁頂板混凝土松散、不密實(shí)。同時(shí)也應(yīng)避免過振現(xiàn)象，骨料下沉，使骨料在混凝土中分布不均勻。(3)箱梁翼緣板根部是上翼緣與腹板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，是內(nèi)應(yīng)力矢量分布變化點(diǎn)，所以最易產(chǎn)生收縮裂紋。在施工中選擇合適的分界面，而設(shè)計(jì)者也可考慮在腹板與翼板之間設(shè)置倒角，加大翼板根部斷面。

4 結(jié)語

經(jīng)對(duì)裂縫產(chǎn)生原因的分析，在后續(xù)現(xiàn)澆箱梁施工過程中，從增強(qiáng)支架剛度、優(yōu)化施工方案、規(guī)范施工操作及加強(qiáng)構(gòu)造筋等方面進(jìn)行了改進(jìn)和調(diào)整，取得了理想的效果，其后施工的其它匝道橋均未出現(xiàn)太多裂縫，主要措施為：(1)加強(qiáng)對(duì)地基的處理和梁體的預(yù)壓。為保證預(yù)壓荷載的合理分布，模擬混凝土澆注順序進(jìn)行加載，即第一步加載底板鋼筋混凝土重量、第二步加載腹板鋼筋混凝土重量、第三步加載翼緣板鋼筋混凝土重量、第四步加載頂板鋼筋混凝土重量。考慮到混凝土振搗產(chǎn)生的動(dòng)荷載及小型機(jī)具等荷載，預(yù)壓荷載按不小于混凝土實(shí)體重力荷載的1.1倍考慮。(2)箱梁混凝土澆筑仍采用兩次澆筑，但是混凝土澆筑嚴(yán)格執(zhí)行先跨中后支點(diǎn)、由低處向高處推進(jìn)的順序；第一次澆筑底板及腹板混凝土，分層面宜選擇在腹板高度的1/3～2/3之間。第二次澆筑腹板、頂板及翼板，澆筑前檢查支架有無壓縮和下沉，及時(shí)處理，以減少沉降。(3)一個(gè)施工段內(nèi)梁段較長時(shí)，為避免新舊混凝土齡期差異較大而產(chǎn)生裂縫，可縱向多次分段澆筑，以減少因頂、底板混凝土齡期差別造成頂板和翼緣板混凝土的收縮裂縫。但一個(gè)施工段內(nèi)的支架必須同時(shí)預(yù)壓，該施工段內(nèi)的其它未施工(綁扎鋼筋、立模)梁段的預(yù)壓荷載不得拆卸。一個(gè)施工段內(nèi)再分段澆筑混凝土?xí)r，施工縫應(yīng)選在離支點(diǎn)L/5～L/4之間。(4)對(duì)于橋址處晝夜溫差較大、風(fēng)力較強(qiáng)的地區(qū)，為避免混凝土表面游離水分蒸發(fā)過快，急劇的體積收縮產(chǎn)生裂縫。在混凝土二次收面后及時(shí)覆蓋塑料薄膜，當(dāng)混凝土硬化至可上人時(shí)改用棉被覆蓋、不間斷灑水養(yǎng)生，腹板采用遠(yuǎn)程噴水養(yǎng)生，養(yǎng)生持續(xù)7天。

[1]《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D62-2004).

[2]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004).

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2001).

[4]《混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理》.