大跨徑連續剛構橋裂縫分析及處理方法研究

王玉龍

【摘 要】連續剛構橋是指墩梁固結、主梁連續的新型橋梁形式，在結構上其具有更好的受力性、經濟性，在實際運營方面，其具有更好的經濟性，在外觀上，更加協調美觀，但是，隨著我國連續剛構橋的普遍使用，我國在建的服役期內的大跨徑連續剛構橋出現了各種形式的箱梁裂縫問題。產生這類問題的原因很多，涉及到結構理論、橋梁規范、設計計算、施工工藝、建筑材料等多個方面。本文對常見橋梁裂縫進行分類、并分析其產生的原因、根據分析的原因對其處理方法進行研究。

【關鍵詞】連續剛構橋；裂縫；裂縫治理

0 引言

連續剛構橋是指墩梁固結主梁連續的橋梁形式，是在T形剛構的基礎上，減薄粗厚橋墩而轉變為柔性墩，形成的一種新型的主梁連續的橋梁結構體系。其部分梁體結構的混凝土收縮徐變、溫縮變形可以通過柔性墩的水平位移來消除，相較于其他結構形式的梁體，連續剛構橋的受力狀態更為合理；連續剛構橋的跨中梁高較小。在結構上相比與連續梁，在施工階段不需要對橋墩臨時固結，因此連續剛構梁在結構上更為合理，更具有經濟性。在以往的工程實際中的統計得知，對于同一跨度橋梁，采用連續剛構橋要比采用混凝土斜拉橋的工程造價降低20%～30%。而在同樣100年的服役期間，需要對斜拉橋進行3次換索，而換索的費用已經達到新建橋梁的費用，同時連續剛構橋在服役期間所需要的維護費用相較于其他形式梁體的維護費用也較為經濟。連續剛構橋的綜合建造費用約為拉索橋的造價的一半左右。

但是，隨著我國連續剛構橋的普遍使用，我國在建的服役期內的大跨徑連續剛構橋出現了各種形式的箱梁裂縫問題。且由于出現箱梁裂縫病害問題的橋梁較為普遍，已成為大跨徑懸臂施工剛構橋的技術通病。產生這類問題的原因很多，涉及到結構理論、橋梁規范、設計計算、施工工藝、建筑材料等多個方面，因此有必要對連續剛構橋的裂縫必要的研究和探討。

1 箱梁裂縫分類及其產生原因

1.1 橋梁裂縫分類

箱梁裂縫從安全性分類可以分為結構裂縫和非結構性裂縫，其中結構性裂縫對結構的安全性影響較為大，而非結構性裂縫對結構的安全性影響較小，對橋梁結構的耐久性影響則較為巨大，對于作為預應力結構的連續剛構橋，非結構性裂縫也存在著不容忽視的危險性。因此，在對連續剛構橋的裂縫分析中，結構性裂縫和非結構性裂縫都需要給與足夠的重視度。

裂縫按照其形態可以分為縱向裂縫、橫向裂縫及斜裂縫；按照裂縫開展因素分類，可以將裂縫分為：行車荷載引起裂縫、溫度變化引起裂縫、收縮變形引起裂縫、橋梁基礎變形裂縫、施工材料質量引起的裂縫、施工工藝質量引起的裂縫。

1.2 橋梁裂縫成因

1.2.1 頂板橫向裂縫

頂板橫向裂縫在預應力連續剛構橋的服役期中出現較少，其有以下幾個原因：

（1）在箱梁負彎矩峰值附近，由于彎曲應力過大超過混凝土開裂極限應力而導致的局部橫向裂縫。

（2）在沿著箱梁高度方向的日照溫度梯度變化，在設計中考慮不足，在日間溫度升高后，隨著夜間溫度的下降，可能在頂板產生橫向裂縫。

1.2.2 頂板縱向裂縫

在跨中合攏段的頂板位置一般出現縱向裂縫。常見的導致裂縫的原因如下：

（l）合攏段頂底板縱向裂縫，主要是由于溫度及收縮作用引起的沿合攏段頂底板薄弱部位通長分布出現的裂縫。

（2）在頂板沒有設置橫向預應力筋產生的縱向裂縫。

（3）頂板橫向彎矩主要受行車荷載影響，對于行車荷載的考慮不足，道路運營期間超載很容易導致縱向裂縫。

（4）箱梁內外溫度變化不同，由于內外溫差，產生次應力也會導致開裂。

（5）設計過大的縱向預應力，其造成橫向拉應力超過混凝土的抗拉強度。

1.2.3 底板斜向裂縫

底板斜向裂縫在工程中也是比較少見的，根據以往的研究認為其產生的主要原因有以下兩種：

（l）由箱梁扭轉所引發，雖然箱梁具有強大的抗扭剛度，在設計中假使未考慮彎剪扭共同作用就有可能由于箱梁之間的協同扭轉而出現裂縫。

（2）由底板齒板局部集中受力所引發的裂縫。

1.2.4 底板橫向裂縫

底板橫向彎曲裂縫是結構性裂縫的一種，出現的原因包括：

（l）預應力布設不當，跨中底板預應力儲備不足或存在過大的拉應力。

（2）施工荷載超重，混凝土模板或支架變形。

（3）箱梁高度方向的日照溫度梯度，考慮不慎，升溫時可能在底板產生橫向裂縫。

（4）預應力張拉不到位或運營中超重車輛過多或對二期恒載估計不足導致配筋或截面不足。

（5）齒板設計不當，導致齒板前底板拉裂。

1.2.5 腹板水平裂縫

腹板水平裂縫多見于主跨L/4～3L/8之間的腹板，出現的原因主要有：

（l）在設計中沒有考慮所設計的箱梁實際變形不符合計算理論采用的剛性周邊假定，對扭轉變形的約束設置太弱，出現截面變形。

（2）在設計中箱梁內外部溫度差未充分考慮，并未采取有效的措施預防。

1.2.6 腹板豎向裂縫

腹板的豎向裂縫有多種形式，結構性的和非結構性的都有。其產生機理主要有以下幾點：

（l）腹板收縮裂縫多出現在箱梁的現澆施工中，由于未充分考慮模板對腹板的摩擦約束，使混凝土收縮受到阻礙。

（2）豎向拼接裂縫易見于各節段的拼接縫處，即腹板拼接縫開裂，通常伴隨頂板或底板的橫向開裂。

2 對箱梁裂縫的處理與整治措施

2.1 設計和施工中應注意的問題

2.1.1 消除溫度對梁體的影響的措施

消除溫度影響的辦法有：一是，減少水化熱溫，可以通過降低水泥用量實現，或者采用低水化熱特種水泥；二是，做好養護過程中的保溫工作。

2.1.2 嚴格控制水灰比

局部收縮裂縫在工程中較為常見，普遍的是由于局部水灰比過大引起的，提高混凝土振搗質量和同時嚴格控制施工中的水灰比是預防此類裂縫的主要措施。在實際施工中，正常的混凝土配合比的水灰比是小于0.5的。為了減少收縮量，水灰比可以控制在0.35～0.45之間，并采取摻減水劑等措施。

2.1.3 控制水泥用量

由于水泥用量偏大可以引起較有規律的收縮裂縫。這種收縮是整體的，因此經常造成有規律的長裂縫。施工時應盡可能降低水泥用量。此外，可以在混凝土中添加一些粗骨料，以減少水泥用量。

2.2 消除預應力引起的裂縫問題

2.2.1 豎向預應力的問題豎向預應力鋼筋的張拉錨固工藝存在很大缺陷時，當錨墊板與預應力鋼筋不垂直、錨固螺母擰緊的力度因無標準而隨意性很大。錨固后造成較大的變形，引起預應力損失。因此在施工階段，推行二次張拉工藝，即第一次張拉到設計拉力并錨固，7d后再進行第二次張拉。這些措施都可以有效的減小預應力的損失。

2.2.2 橫向預應力束張拉引起的裂縫問題

在進行橫向預應力束張拉時，箱梁懸臂板相應部分有向上的變形，如果這種變形過大，會在張拉點附近產生橫橋向裂縫。對此采取的預防措施是至少滯后兩個節段張拉橫向預應力束。

2.2.3 沿縱向預應力管道裂縫

沿縱向預應力管道裂縫的處理預防措施是合理布置預應力束，如底板束盡量靠近腹板或改善截面，讓管道兩側在一定的施工誤差的情況下仍有足夠的混凝土層。

3 結語

預應力連續剛構橋的裂縫產生的原因是復雜的多因素的，是各種因素綜合作用的產物。要想有效的減少裂縫的產生，應該從設計、施工和運營管理等幾個方面綜合進行治理。本文對避免或減少開裂采取的技術措施進行了歸納總結。主要從溫縮變形、收縮徐變和預應力影響等因素的影響對裂縫的成因進行分析，從設計階段、施工階段和運營階段提出減少開裂的數項措施，此外還對因為混凝土齡期和縱向預應力橫向變形引起的裂縫進行了討論。綜上所述，采用更先進的設計理論和設計方法，施工中嚴格進行施工監控，運營階段加強健康監測，是能夠達到避免或減少大跨徑連續剛構橋裂縫的目標的。

[責任編輯：劉展]