高寒干旱地區(qū)鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害分析與防治

覃世創(chuàng)

湖北省路橋集團有限公司，湖北武漢 445800

高寒干旱地區(qū)氣候環(huán)境相對較為特殊，區(qū)域內(nèi)很多橋梁有不同形式裂縫。混凝土簡支箱梁截面形式為箱型，結構性能良好，被廣泛應用于現(xiàn)代橋梁建設中。隨著道路等級的提高以及交通運輸需求變化，城市橋梁建設中鋼筋混凝土箱梁橋數(shù)量越來越多。鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害的出現(xiàn)不僅威脅到橋梁的安全和使用壽命，甚至威脅行車的安全，必須要做好對高寒干旱地區(qū)鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫的分析，制定針對性的防治策略，實現(xiàn)對裂縫病害的有效處理，最大限度減少裂縫病害的影響，本文就此展開了研究分析。

1 工程概況

本工程項目位于我國北方，氣候干燥，空氣濕度小，正是因為這種環(huán)境氣候特點，很多橋梁存在有不同形式裂縫。橋跨結構為30m箱梁，鉆孔灌注樁基礎。混凝土強度等級為C50，施工季節(jié)在夏季，利用大流態(tài)泵送分兩次澆筑完成，第一次澆筑腹板和底板，第二次澆筑頂板，將接茬面布置在腹板與翼緣板交界位置。兩次澆筑間隔10d。箱梁混凝土澆筑完成1個月左右時間，觀察箱梁懸臂板底，存在有非常多裂縫，肉眼可見，形成有碳酸鈣。這些裂縫有以下幾個特點：第一，裂縫從翼板根部延伸，與箱梁中心線垂直，裂縫長度大小不一致，寬度在0.07～0.25mm左右，懸臂根部裂縫最多，懸臂端裂縫逐漸減少，裂縫之間的間隔大約在1～2m；第二，裂縫多出現(xiàn)在箱梁翼板地面，觀察橋面未發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫位置未出現(xiàn)漏水，表明裂縫非貫穿裂縫；第三，裂縫順整跨分布相對較為均勻，未集中出現(xiàn)在跨中等位置。

2 裂縫成因分析

箱梁翼板位置存在復雜的應力狀態(tài)，裂縫的出現(xiàn)，不僅受到箱梁翼板縱向應力計算方法可靠性因素影響，同時還與施工環(huán)境、工藝以及技術等因素聯(lián)系密切。也就是說，箱梁翼板裂縫的出現(xiàn)可能有以下兩個方面因素：第一，因為結構的變化出現(xiàn)裂縫；第二，在外荷載作用下因為結構次應力產(chǎn)生裂縫。

結構變形會受到不均勻沉降、溫度變化等因素影響，如果這些變形因素約束未得到滿足，會有應力出現(xiàn)，應力增大到一定程度產(chǎn)生裂縫。

第一，不均勻沉降。本項目簡支梁橋梁基礎為端承樁，不均勻沉降發(fā)生率不是很大。另外，簡支梁即使有不均勻沉降出現(xiàn)，沉降量相對較小，翼板下緣位置不會有太多不規(guī)則裂縫出現(xiàn)。

第二，溫度變化裂縫。混凝土澆筑后混凝土會產(chǎn)生較大熱量，非常容易因為水化熱不均勻收縮出現(xiàn)自約束應力。混凝土內(nèi)部出現(xiàn)壓應力，面層產(chǎn)生拉應力，如果拉應力過大時，混凝土表面將會有裂縫出現(xiàn)；在混凝土拆模時，如果存在較大晝夜溫差，混凝土表面容易有溫度沖擊情況出現(xiàn)，澆筑初期，水化熱會產(chǎn)生非常大拉應力，未做好拆模時機的選擇，混凝土表明溫度過高，拆除模板時氣溫迅速下降，出現(xiàn)溫度梯度，在這種情況下，混凝土表明會多一層拉應力。早期混凝土表明彈性模量和強度相對較低，容易開裂。

第三，還存在混凝土收縮裂縫。混凝土收縮產(chǎn)生的應力非常容易引起結構變形，進而產(chǎn)生裂縫。混凝土干燥失水同樣會出現(xiàn)收縮，隨著時間的增長，收縮明顯增加，變形無法恢復。混凝土收縮情況的出現(xiàn)主要是因為水泥石，通過控制水泥石含量方式能夠?qū)崿F(xiàn)對混凝土收縮的有效控制，如果混凝土中使用過多水泥石，將會產(chǎn)生非常大收縮量。本工程箱梁選擇大流態(tài)泵送混凝土澆筑方式，有較大坍落度，水泥用量多，同樣會很大程度上增大收縮量。

另外，因為間支箱梁分兩次澆筑，頂板混凝土澆筑時底板和腹板混凝土已經(jīng)基本達到設計強度，先澆筑的混凝土已經(jīng)產(chǎn)生一定收縮，兩層混凝土因為收縮不同步，頂板混凝土的收縮會一定程度上受到腹板混凝土約束，當約束力所產(chǎn)生的應力超過混凝土極限抗拉強度時，將會有橫向裂縫出現(xiàn)。在翼板根部位置有非常大約束應力，其余地方約束應力逐漸減少，這一特點與本次工程裂縫類型有非常大相似性。

因此，本項目裂縫的出現(xiàn)主要受溫度和混凝土收縮影響，簡支箱梁選擇C50強度混凝土，因為強度等級高，水泥水化熱會產(chǎn)生非常大收縮。另外，腹板混凝土會一定程度上約束頂板混凝土收縮，進而有裂縫出現(xiàn)。

3 箱梁翼板結構裂縫評估和防治

3.1 箱梁翼板結構裂縫評估

分析翼板裂縫特征和成因，同時與檢測結果相結合，翼板裂縫屬于未貫穿裂縫，表面相對較寬，裂縫深度在30～50mm間，裂縫的出現(xiàn)不會過多的影響到結構受力。從結構耐久性角度出發(fā)，為了減少裂縫對整個結構的影響，對裂縫寬度超過1mm，長度超過500mm的裂縫采取針對性的處理措施，本次選擇化學灌漿處理，其余裂縫選擇表面封閉處理方式。

3.2 裂縫防治措施

3.2.1 在設計方面

第一，普通鋼筋混凝土結構設計混凝土強度盡量控制在C40以下，隨著強度等級的升高，混凝土將會出現(xiàn)較大收縮，進而產(chǎn)生裂縫。

第二，設計過程中需要對箱梁翼緣板中剪滯效應有充分考慮，雖然剪滯效應的出現(xiàn)并非間支箱梁翼緣板裂縫主要原因，但是如果未對剪滯力有充分考慮，將非常容易加重箱梁裂縫。

第三，箱梁翼緣板位置有十分復雜受力，尤其在肋和板交界位置，應力狀態(tài)十分復雜，在設計過程中，適當增加翼緣板下緣縱向構造筋，降低翼緣板裂縫病害發(fā)生率。

3.2.2 在施工方面

第一，優(yōu)化混凝土配合比。混凝土收縮的出現(xiàn)很大程度上受到水泥石影響，在施工過程中適當減少水泥石含量，能夠?qū)崿F(xiàn)對收縮問題的有效控制，因此，在混凝土配合比設計過程中盡量減少水泥用量，可選擇混凝土雙摻技術等輔助施工。集料能夠一定程度上限制水泥石收縮，集料數(shù)量對混凝土收縮同樣有非常大影響，在集料選擇方面，盡量選擇花崗巖等彈性模量較高碎石。

第二，減少箱梁頂板和底板、腹板澆筑時間間隔。頂板與底板、腹板澆筑時間過長同樣容易使簡支箱梁翼緣板開裂，主要是因為兩個位置混凝土收縮不同步，因此，想要降低腹板和底板對頂板混凝土約束應力，必須要適當減少澆筑時間間隔，以5d以內(nèi)為宜。

第三，精心養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間。重視頂板混凝土的養(yǎng)護，尤其注意保持翼板位置濕潤。混凝土早期養(yǎng)護需要從外界吸收一定的水分，如果水分供應不足，就會出現(xiàn)干縮等情況。隨著時間的增長，混凝土干縮會越來越明顯，很多干縮出現(xiàn)在初期階段，這一階段混凝土強度相對較小，容易有裂縫出現(xiàn)。適當延長混凝土養(yǎng)護時間，可以使干縮發(fā)生得到一定的推遲，但是無法減少干縮期。做好養(yǎng)護工作，混凝土抗拉強度超過干縮應力后，就可以不用潮濕養(yǎng)護，混凝土不會有開裂情況出現(xiàn)，達到相應的養(yǎng)護效果。也就是說，通過延長潮濕養(yǎng)護時間方式，能夠使混凝土收縮有明顯推遲，混凝土具有更高的強度，降低收縮過程中裂縫發(fā)生率。

第四，確定拆模時間，做好拆模后保溫工作。混凝土裂縫多屬于表面裂縫，深淺不一，這些裂縫的出現(xiàn)很大程度上受到溫度梯度因素影響，如果溫度驟降，將非常容易形成裂縫，因此，做好混凝土表面保溫工作，對裂縫的預防有積極影響。

為了提高施工效率，施工中往往拆模時間快，在這種情況下，混凝土抗溫度變化能力不是很強，容易出現(xiàn)裂縫。受到水化熱影響，模板拆除前其表面溫度一般高于外界環(huán)境溫度，模板拆除后，混凝土表面直接接觸空氣，溫度迅速下降，這種溫差情況的出現(xiàn)會在混凝土表面產(chǎn)生較大拉應力，進而產(chǎn)生裂縫。拆模盡量選擇氣溫較高時間，比如中午，最大限度降低混凝土與外界溫差，模板拆除后，還需要使用草簾等及時覆蓋混凝土表明，取得保濕、保溫效果。

4 結語

混凝土裂縫的出現(xiàn)與不均勻沉降、溫度變化、混凝土收縮、澆筑間隔等因素有關，針對高寒干旱地區(qū)鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害，必須要做好病害原因的分析，結合分析結果，選擇針對性的防治措施，從混凝土配合比、澆筑時間間隔、養(yǎng)護、拆模等方面出發(fā)，減少混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害，提高簡支箱梁翼板結構強度和安全性，取得理想的施工效果。