連續剛構橋0#塊裂縫處理及預防探討

李俊德

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

連續剛構橋具有跨越能力優越、外形美觀、結構受力合理的特點，在跨江跨河橋梁比選中有明顯的優勢。但隨著連續鋼構橋被人們熟知，連續鋼構橋的缺陷也暴露，混凝土裂縫不斷出現在建設和使用過程中。連續鋼構橋混凝土裂縫的出現至今沒有解決的方法，且現有技術對裂縫的處理效果不理想，因此需采取措施將混凝土裂縫限制在合理范圍內，并探索更有效的裂縫處理措施。

1 工程概況

鹿寨二橋的主橋上部構造為(50+80+50) m預應力混凝土連續剛構，主橋分左右幅布置，采用單箱單室截面，根部梁高4.5 m，單幅頂寬14.5 m，底寬7.0 m，梁板設2%的橫坡，采用C55混凝土。按照設計圖紙要求0#、1#塊采用牛腿托架法一次性澆筑，澆筑方量137.2 m3。主墩6#、7#墩身為空心薄壁墩，順橋向長3.0 m，橫橋向寬7.0 m，壁厚0.6 m，墩頂設有1.5 m厚的實心混凝土，截面圖如圖1～2所示：

圖1 0#、1#塊一般構造圖(單位：cm)

圖2 0#、1#塊截面圖(單位：cm)

2 6#墩左幅裂縫分布情況及檢測

鹿寨二橋6#墩左幅0#、1#塊采用牛腿托架現澆的方式作為現澆支架，支架在安裝現澆段底模板后進行了預壓，預壓方式為預應力反拉方式，消除了支架及部分底模的永久變形并得出了現澆支架的彈性變形量，均在0#、1#塊施工方案計算的允許范圍內。項目按照設計圖內容，完成混凝土澆筑，并在澆筑完成3 d后拆模發現6#墩左幅0#、1#塊現澆段在0#塊腹板的箱內、外均出現了分布不均的裂縫，其中0#塊箱梁內側腹板隔板處出現較細微的不規則裂縫，腹板外側出現了2條由橋墩向橋面方向延伸的豎向裂縫，外側的豎向裂縫寬度較內部裂縫略寬，且呈對稱有規律分布。

為確定裂縫的情況，利用了裂縫綜合測試儀、混凝土碳化深度測量儀、非金屬超聲波儀等儀器進行了裂縫檢測，對左幅6#墩0#塊箱內及腹板箱外進行外觀檢測和特殊檢測，檢測內容包括外觀檢測、混凝土回彈檢測、混凝土碳化深度檢測、鋼筋保護層厚度檢測、典型裂縫深度檢測，檢側部位及檢測數量見表1～2以及圖3～4。

表1 檢側部位及檢測數量表

(1)左幅6#墩0#塊隔板存在6道裂縫，裂縫總長3.10 m，單道裂縫長度在0.10～1.00 m之間，裂縫寬度在0.04～0.16 mm之間；典型裂縫深度為26 mm。

表2 主梁0#、1#塊箱梁內裂縫病害匯總表

圖3 左幅6#墩0#塊隔板6#跨側裂縫分布圖

圖4 左幅6#墩0#塊隔板7#跨側裂縫分布圖

(2)左幅6#墩0#塊腹板箱外存在2道泛堿豎向裂縫，裂縫總長4.45 m，單道裂縫長度在1.85～2.60 m之間，裂縫寬度在0.12～0.14 mm之間，典型裂縫深度>63 mm(見表3和圖5)。

表3 左幅6#墩0#塊左腹板箱外裂縫病害匯總表

圖5 左幅6#墩0#塊箱外裂縫分布圖

(3)經過材質狀況檢測結論左幅6#墩0#塊左腹板外側面混凝土碳化深度為0，混凝土強度推定值>60 MPa，抽檢部位箍筋保護層厚度在19～36 mm之間。

為準確地找到各裂縫產生的原因，檢驗病害危害程度，為后期其它0#、1#塊施工提前改進措施，并找到合理的裂縫處置方案，建設單位組織召開了“鹿寨二橋0#塊腹板裂縫專家咨詢會”，邀請了設計、施工等各方專家進行分析、討論。經現場查看、分析檢測結果數據，與會專家認為內外的裂縫產生的原因是多方面的，對于箱內及箱外裂縫產生的原因是不同的：(1)箱內裂縫產生的原因主要是由于0#、1#節段同時澆筑混凝土，混凝土強度標號高，水泥用量大，在混凝土內部產生的水化熱致使混凝土內外溫差大產生裂縫。(2)箱梁外腹板產生的裂縫主要原因是由于0#、1#節段新澆筑的混凝土與原薄壁墩的舊混凝土為剛結點，而兩部分混凝土的齡期相差較大，則產生的混凝土收縮徐變不同，墩身混凝土對0#塊混凝土收縮產生約束，使墩頂及墩頂兩側0#塊混凝土收縮應力集中而出現裂縫。(3)連續剛構的鋼筋骨架沒有設置防裂鋼筋網，沒有能對混凝土起到應有的防裂作用。但產生的裂縫為非結構裂縫，應及時封閉處理。

3 左幅7#墩0#、1#塊在施工中采取的預防措施

在總結了左幅6#墩腹板內外產生裂縫的原因后，在對應的7#墩左幅0#、1#塊托架現澆施工中采取了如下預防措施：

(1)為減少混凝土產生的水化熱進行了混凝土配合比的調整，增加了混凝土配合比中的粉煤灰及礦粉的用量替代原有部分的水泥用量，并選擇在夜間進行混凝土澆筑，降低混凝土的入模溫度。

(2)設置冷卻管，以降低混凝土內部溫度，減少混凝土內外溫差。在0#塊縱向方向布設3排φ30×2 mm的薄壁黑鐵管作散熱冷卻管，采用架立鋼筋固定，冷卻管沿路線縱向間距為1 000 mm，離墩柱縱向端頭距離500 mm，每排設有1個進水口及1個出水口，冷卻管豎直方向成“U”布置，冷卻管豎向間距為1 000 mm，離腹板邊距離為1 000 mm。單排(根)冷卻管長度25.73 m，整個0#塊冷卻管用量25.73×3=77.18 m(見圖6)。

(a)平面圖

(b)立面圖圖6 冷卻管整體布置圖(單位：cm)

(3)由于0#、1#塊與薄壁墩接縫在剛結點位置，容易產生裂縫，如將0#塊與薄壁墩接縫位置向下轉移，將與0#、1#塊連接的50 cm長的薄壁墩混凝土歸為0#、1#塊同時施工，并在薄壁墩連接處設置防裂鋼筋網減少收縮徐變的應力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。

經過對裂縫產生的原因進行了深入分析，并在左幅7#墩0#、1#塊施工時采取了以上預防措施，完成預防措施后進行了混凝土澆筑，澆筑后進行冷卻管循環和表面濕水養護7 d。養護到期后經過檢查，左幅7#墩0#、1#塊混凝土在箱內及箱外并沒有發現與左幅6#墩0#塊類似的裂縫產生，避免了各種裂縫的再次出現，使用的預防措施有效。

4 裂縫處理方案

經過專家論證，0#塊箱內腹板裂縫產生主要原因是由于水化熱導致的溫差過大產生裂縫，外側腹板裂縫由于新舊混凝土齡期相差過大引起的應力集中而產生豎向裂縫。兩個位置的裂縫為非結構裂縫，應按規范要求對不同原因產生的裂縫按照裂縫的寬度、裂縫發展的碳化深度采用不同的修補方案進行處理：

(1)根據現場使用檢測設備檢測并形成檢測報告，對報告中主要集中在0#、1#節段腹板內由于水化熱的原因產生的裂縫寬度≤0.2 mm的混凝土表層細微裂縫使用表面涂裝封閉的方法。主要采用防水封閉修補材料、粘結材料、表面防水涂裝材料進行修補。為保證修補區域的美觀，先將需要修補的裂縫分好需要修補的區域，將裂縫位置清理干凈，保持修補區域的干燥，使用按照配合比配制好的環氧樹脂修補劑，利用裂縫表面的毛細滲透作用使修補劑滲透到裂縫內，待修補劑凝結后涂刷粘結劑和表面防水涂料將裂縫完全封閉，表面的防水涂料注意與周邊混凝土的色澤一致，保證修補美觀。

(2)對主要集中在0#、1#節段腹板外側，主要由于新舊混凝土收縮徐變不同，產生的裂縫寬度>0.2 mm但是裂縫深度沒有超過鋼筋保護層厚度的，并且裂縫的范圍、長度較小的裂縫，可采用開槽修補法進行裂縫修補：

①采用先將裂縫產生范圍進行圈定，保證開槽外觀規則整齊，在開槽邊界位置使用切割機將邊界切割，深度不超過鋼筋保護層約為20～40 mm。

②將開槽范圍內的破碎混凝土使用機械全部鑿除至切割深度。

③使用經過試驗審批通過的，具有較低的流動性，具備一定膨脹作用的高強度環氧砂漿進行修補。

④開槽修補完成后，采用粘結材料、表面防水涂裝材料進行修補封閉。

(3)用于修補0#、1#節段腹板外側裂縫>0.2 mm，裂縫的深度超過鋼筋保護層厚度的裂縫，使用壓漿法將流動性較好的修補劑將裂縫周邊封閉。壓漿法主要是使用抽空和壓漿設備，利用修補腔內的負氣壓，通過壓力和毛細滲透作用將黏度較低而流動性好、強度高的修補劑壓入裂縫較深處進行修補。壓漿法修補的主要步驟是：

①在裂縫的周圍將需要修補的范圍圈定，圈定修補范圍時注意預留壓漿注膠底座的寬度，便于安裝注膠底座使注膠底座能夠充分與梁體粘結緊密起到密封的作用。

②為保證壓漿劑能夠充分滲透至裂縫深處，需要將裂縫位置使用打磨機將表面的混凝土清除2～3 mm，局部裂縫較深的位置可用開槽的方式，但開槽的深度不應超過鋼筋保護層的厚度，以達到壓漿修補的最佳效果。

③將打磨開槽好的位置進行清理，保證打磨和開槽的深度足夠，打磨開槽后裂縫表面注意清潔，不能讓打磨或開槽后污染物將裂縫堵塞，保證壓漿時修補劑能夠滲入裂縫深度。

④在裂縫周邊標注注膠底座的位置，在預埋注漿底座前先涂刷粘結劑，使預埋的注膠底座與梁體粘結密封，注膠底座安裝的間距宜20～30 cm范圍，并且在安裝注膠底座時注意避開裂縫縫口，以免堵塞縫口造成注漿困難。

⑤注膠底座安裝完成后可以使用抽空設備對密封效果進行試驗，如發現底座密封效果不好，可以在底座的周邊用粘結劑再次進行封閉修補，直到能達到壓漿所需的負壓強后才能進行壓漿。

⑥壓漿材料必須做好配比，保證壓漿材料具有充分的流動性，達到填補的作用，同時試配的壓漿材料要具備現場的可操作性，使現場的配制和壓漿留有足夠的時間，保證修補劑達到的強度高于結構主體混凝土的強度，外觀色澤達到裂縫修補效果。

⑦壓漿時先將封閉區域抽空至負壓狀態，能達到-0.2 MPa以上最佳，壓漿時注意要從下部往上壓漿，以保證壓漿的密實效果，在壓漿過程中要控制好壓漿的速度，壓漿速度宜慢而均勻，壓漿過程中通過負壓力作用使漿通過毛細作用壓到裂縫內，緩慢的壓漿可以保證縫隙內的空氣排干凈，在壓漿的同時要繼續抽空，保證負壓效果不減弱，直到壓漿完成為止。在壓漿完成后不能立即拆除注入器，必須保持8～24 h的壓力(具體的時間要根據試配的壓漿劑凝固時間而定)，待壓漿液凝固后方可拆除注入器。

⑧壓漿完成后將裂縫周邊殘留的雜物清理干凈，并在裂縫位置設置觀測點，對后續每次完成的懸臂節段進行觀測，在全橋合龍后對觀測的數據進行分析，確認裂縫沒有進一步發展或重復出現后再對裂縫表面修飾。

5 腹板內外裂縫后期持續觀測結果

經過分析并按照處理方案處理完成后對裂縫設置的觀測點進行觀測，隨著掛籃懸臂施工繼續推進，0#塊箱內外裂縫未繼續發展也未見新的裂縫產生。因此，根據觀測結果可以判定，鹿寨二橋左幅6#墩0#塊邊箱內外裂縫在隨后的各節段施工過程中、施工完成后直至全橋合龍，連續鋼構的預應力施加完成均未發現裂縫進一步發展及周邊沒有其它新裂縫產生，因此可以判定裂縫已經穩定，裂縫產生原因分析準確，處理方案能夠達到預期效果。后期再對修補裂縫修飾，使裂縫表面平整光潔且與周圍混凝土顏色接近。

6 裂縫預防及處理效果

通過對鹿寨二橋左幅6#墩0#塊腹板裂縫的檢測，對裂縫產生的原因進行深入分析，制定了防治措施，對產生的裂縫制定了處理方案，并根據處理后預留的觀測點對后期裂縫觀測結果進行分析，可得出如下結論：

(1)通過修改混凝土配合比，增加粉煤灰和礦粉的摻量，減少高標號混凝土水泥用量，將產生較大的水化熱，通過增設冷卻水管循環系統降低水泥水化熱導致的混凝土內外溫差過大而產生溫度裂縫，但溫度裂縫只是產生箱內裂縫的主要原因，并不是箱外腹板出現裂縫的主要原因，通過在本橋梁其他0#、1#節段的施工過程中增設冷卻段后，箱內隔板處沒有出現裂縫而得到驗證。

(2)通過裂縫產生的原因分析及通過預防措施處理后可以確定0#、1#節段的下半部分新澆筑混凝土與橋墩頂面的舊混凝土接觸位置受到舊混凝土已經收縮徐變穩定的影響，限制了下半部分新澆筑混凝土收縮幅度，上部新混凝土收縮幅度大而導致整個0#、1#節段內部混凝土收縮應力不均，產生內部應力集中導致裂縫產生。為降低0#、1#節段與橋墩混凝土齡期及剛結點連接處結構特性的影響，可以采用將0#塊與薄壁墩接縫位置向下轉移，將部分薄壁墩混凝土歸為0#、1#塊同時施工，并在薄壁墩連接處設置防裂鋼筋網減少收縮徐變的應力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。通過專家論證及設計方面的判定，腹板處出現的裂縫并非因為設計受力不合理或是未按圖施工導致的結構裂縫，屬于表面的收縮裂縫，按照裂縫的處理方案進行處理，不會影響結構安全。

(3)在懸臂現澆施工初始階段，0#、1#節段只是完成了混凝土的澆筑，對于設計的縱向、豎向預應力并沒有施加，此時的受力狀態對防止裂縫產生不利，在后期預應力施加后可以得到改善，并隨著施工的推進，橋梁逐步達到設計的受力狀態，使0#、1#節段整體屬于受壓區域，有利于裂縫的閉合，并在后期的裂縫觀測記錄的數據中得到了驗證。

(4)裂縫的處理根據裂縫的寬度、深度均有不同的處理方案，對于裂縫寬度≤0.2 mm，裂縫深度未達到保護層厚度的裂縫采用表面處理的方案；對于處理寬度>0.2 mm的裂縫，裂縫深度小于保護層厚度的裂縫可以采用開槽處理的方案；寬度>0.2 mm，裂縫深度超過保護層厚度的裂縫，可采用壓漿法的方案進行處理。通過鹿寨二橋裂縫的處理效果看，處理的質量及外觀都獲得了較好的效果。

7 結語

本文采用實際案例對連續剛構橋混凝土的裂縫進行探討與驗證，有效地將裂縫限制在合理范圍，且所采取的措施對裂縫的處理效果都較理想。本文中連續鋼構橋的裂縫處理實例僅有鹿寨二橋兩個0#塊進行對比分析，對裂縫所采取的樣本數量偏少，因此本文的結論難免存在不足之處，但對于同類型的薄壁墩連續剛構橋施工中0#塊裂縫的防治、裂縫的處理亦有一定借鑒參考作用。