淺談大跨徑鋼構(gòu)梁體裂縫的原因和防治

司裕胤

（貴州陸通監(jiān)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(shè)計(jì)中,比較普遍的做法是取消彎起束,用縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力來克服主拉力的設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力筋長度過短,預(yù)應(yīng)力的損失也就過大,有效預(yù)應(yīng)力很難得到有力保證,造成斜裂縫的大量出現(xiàn),這已為多年的工程實(shí)踐所證實(shí)。

2.主拉應(yīng)力偏小。現(xiàn)在設(shè)計(jì)通常僅從縱向和豎向二維來分析主拉應(yīng)力,沒有考慮橫向的影響。

3.腹板特別是根部區(qū)段腹板偏薄,配置普通鋼筋偏少。

4.施工操作不規(guī)范,有效預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重不足,有的豎向預(yù)應(yīng)力筋甚至松動(dòng),根本沒有張拉力。

5.個(gè)別橋梁施工質(zhì)量差。懸臂施工盲目搶時(shí)間,在混凝土初凝時(shí)小于節(jié)段澆筑時(shí)間的情況下,既不對(duì)掛籃壓重,又自內(nèi)向外澆筑混凝土,導(dǎo)致掛籃下?lián)?節(jié)段界面上緣開裂,造成新橋即需壓漿修補(bǔ)裂縫,在通車后不久出現(xiàn)嚴(yán)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(duì)橫向的影響比縱向更大。這是因?yàn)榭v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(guī)范時(shí),很易出現(xiàn)頂板下緣的縱向裂縫。

2.施加過大的縱向預(yù)應(yīng)力。全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一般可留2.0Mpa-3.0Mpa的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。但有的設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為壓力儲(chǔ)備留得越大就越安全,其實(shí)這種做法既浪費(fèi)鋼束,又會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。

3.溫差力估計(jì)過小。

4.收縮裂縫。由于梁身澆筑在時(shí)間上有先后順序,就會(huì)因收縮差而出現(xiàn)縱向裂縫。因此,節(jié)段澆筑時(shí)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(duì)于大跨徑連續(xù)梁,支座中心與腹板中心有一定的橫向間距,如果橫向預(yù)應(yīng)力比較小,頂板上緣也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

6.支座形式。墩上正確的橫向支座布置,應(yīng)該是一個(gè)固定,一個(gè)滑動(dòng),才可避免因溫度、收縮或活載體作用時(shí)出現(xiàn)縱向裂縫。現(xiàn)在有的設(shè)計(jì),很注意縱向支座的固定或滑動(dòng)類型,這是正確的;但有時(shí)不注意橫向,往往把橫向兩個(gè)支座都布置成固定的,在荷載、溫度、收縮的作用下很容易導(dǎo)致開裂。

7.頂板較薄,要布置橫向預(yù)應(yīng)力束和普通鋼筋,預(yù)應(yīng)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(xiàn)縱向裂縫。

8.在箱梁自重下腹板內(nèi)側(cè)有橫向拉應(yīng)力,與其他作用等組合,當(dāng)配筋不足時(shí)會(huì)在腹板發(fā)生縱向裂縫。

9.變截面箱梁的底板由于施加預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生徑向力,當(dāng)?shù)装鍣M向配筋不足時(shí),會(huì)在底板橫向跨中下緣及橫向兩側(cè)底板加腋開始的上緣,出現(xiàn)縱向裂縫。

10.水化熱導(dǎo)致開裂。這種現(xiàn)象往往出現(xiàn)在懸澆施工底板較厚的梁根部,尤其是在開氣較冷時(shí),拆模時(shí)即發(fā)現(xiàn)底板下緣存在縱向裂縫。

(三)垂直裂縫

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

2.對(duì)剪力滯影響考慮不夠。

3.梁體下?lián)线^大以及斜裂縫過寬過多的影響,促使垂直裂縫出現(xiàn)。

二、裂縫的預(yù)防措施及整治方法

(一)裂縫的預(yù)防措施

1.保證有足夠的斜截面強(qiáng)度.應(yīng)采用三維箱梁的主拉應(yīng)力,配置彎起束,同時(shí)也應(yīng)配置豎向預(yù)應(yīng)力束,更要充分考慮預(yù)應(yīng)力損失。對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力束,應(yīng)采用二次或多次張拉,確保其有效預(yù)應(yīng)力。采取適當(dāng)增加腹板特別是根部區(qū)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(yōu)先選用高標(biāo)號(hào)、低水化熱、較小干縮性的粉煤灰硅酸鹽水泥;同時(shí)要嚴(yán)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(dāng)添加微膨脹劑、保水劑和減水劑,目的分別是部分補(bǔ)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(duì)混凝土保濕是關(guān)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(guī)定要求定時(shí)灑水,有條件的盡量采取蓄水養(yǎng)護(hù)。

4.選用精細(xì)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?guī)r級(jí)配良好的碎石,含泥量不超過1%;盡可能選用級(jí)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(nèi)部的溫差梯度,并避免高溫和冬季低溫時(shí)澆筑框架箱身混凝土。采取必要的措施控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃左右,同時(shí),在箱身內(nèi)部配置足夠的升溫設(shè)施,隨著水化熱的變化規(guī)律而調(diào)節(jié)溫度,并盡量使內(nèi)外溫度變化保持一致。

6.加強(qiáng)施工質(zhì)量管理,嚴(yán)格按照規(guī)范施工。

(二)整治方法

對(duì)縫寬小于0.2mm的表面裂縫宜采用環(huán)氧膠泥嵌縫,用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠封閉并用水泥膠進(jìn)行表面處理;對(duì)貫穿裂縫采用化學(xué)灌漿,并用水泥膠進(jìn)行表面處理。灌漿材料有封縫用環(huán)氧膠泥、粘貼灌漿嘴所用結(jié)構(gòu)膠及灌漿材料。裂縫灌漿埋設(shè)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(gè)灌漿孔(嘴)時(shí),可按由深到淺、由下而上的順序進(jìn)行灌漿。灌漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是以不吸漿為原則,吸漿率小于0.01L/min,或灌漿持續(xù)一定時(shí)間(一般為15分鐘)亦可作為灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)細(xì)微裂縫,需要用凝結(jié)時(shí)間較長的漿液;對(duì)較寬裂縫,需要用凝結(jié)時(shí)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(nèi)粉塵和碎屑吹凈。

2.嵌縫止?jié){。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(nèi)松動(dòng)的混凝土碎屑及粉塵,然后沿縫用環(huán)氧膠泥嵌縫封閉。

3.壓氣試驗(yàn)、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(shè)計(jì)壓力一般為0.1Mpa-0.3Mpa。

4.配制漿液。

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

6.沖洗管路。灌漿結(jié)束后,關(guān)閉孔(嘴)口閥門,立即拆卸管路,并用丙酮沖洗管路和設(shè)備。

7.封孔。對(duì)固化后強(qiáng)度達(dá)到或超過混凝土強(qiáng)度的灌化材料,灌漿后灌漿孔內(nèi)的固結(jié)物不必清除;但對(duì)強(qiáng)度不太高的堵漏材料,應(yīng)把灌漿孔內(nèi)固結(jié)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(shí)進(jìn)行,因?yàn)榇藭r(shí)裂縫開展最大,漿液易于灌入,且漿材在裂縫內(nèi)也不會(huì)因混凝土收縮而重新被拉開。

[1]倪志剛.盧浦大橋鋼結(jié)構(gòu)工程關(guān)鍵技術(shù).中國鐵道科學(xué),2005年6期.

[2]潘際炎.大跨度鋼橋.鋼結(jié)構(gòu),2000年2期.