懸臂澆筑連續梁合龍段病害類型及成因分析

■ 江正潭，胡國華

（1.浙江中交通力工程設計有限公司，浙江 杭州 310011；2.平湖市交通運輸局，浙江 平湖 314200）

通過調查，發現大部分懸臂澆筑法施工的連續結構橋梁合龍段均存在著或多或少病害，有縱橫向裂縫、斜向裂縫、網裂、砼麻面、析鹽等各類病害，裂縫的出現部位有頂板、底板、腹板。總體來說，合龍段病害是該類連續結構體系橋梁的常見病害之一，因此合龍段病害將直接影響到橋梁結構的安全性和耐久性問題。如何減少和預防合龍段病害將是該類連續結構體系橋梁的關鍵性難點技術之一。結合項目組參與的浙江省交通科研項目《斜拉橋連續梁合龍段抗裂延性關鍵技術及應用》的研究，以下對懸臂澆筑連續梁砼合龍段的病害類型及成因分析發表一些看法，與同行們共同探討。

一、合龍段病害類型

通過查閱多座已運營橋梁的相關檢測資料，對合龍段橋梁病害進行統計、梳理和歸納分析，橋梁合龍段經常出現的主要病害有以下幾類：

（1）合龍段箱梁底板外側存在橫向裂縫

該類裂縫位于箱梁底板，裂縫長度長短不一，最長裂縫可達到箱梁底板全寬，部分裂縫可延伸至腹板，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（2）合龍段箱梁底板外側存在縱向裂縫

該類裂縫位于箱梁底板靠近腹板附近，底板跨中部位較少見，裂縫長度長短不一，最長裂縫貫穿合龍段縱向全長，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（3）合龍段箱梁頂底板內側存在縱向裂縫

該類裂縫位于箱梁頂板，主要集中于頂板底面跨中部位較多，裂縫長度長短不一，最長裂縫貫穿合龍段縱向全長，裂縫寬度一般小于0.2mm。

（4）合龍段腹板存在豎向、斜向裂縫

該類裂縫位于箱梁腹板內外側，裂縫長度長短不一，最長裂縫貫穿合龍段全高，部分裂縫與底板裂縫連通成U型裂縫，寬度無規律性。

（5）合龍段與懸澆段接縫處存在橫向裂縫

該類裂縫位于合龍段與相鄰段的接縫處，一般裂縫寬度較大，大于0.2mm。

（6）合龍段表面砼存在麻面、網裂、析鹽等病害

該類病害主要是存在于合龍段的頂板、腹板和底板等部位。

二、合龍段病害成因分析

綜合分析合龍段各類病害出現的形態、位置和時間，合龍段的大部分病害出現是無規律的，有各類形態的裂縫且各部位均有，有些裂縫是在交工驗收之前就存在，有些裂縫是出現在運營后。針對合龍段病害的特點，結合合龍段設計原理、施工過程及受力特點，我們認為出現合龍段的各類病害原因主要是由于施工工藝控制不規范和混凝土自身的質量問題而引起的，具體表現有以下幾類：

（一）缺乏針對合龍段的設計及施工相關技術規范或指南

目前，《公路橋涵設計通用規范》《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》《公路橋涵施工技術規范》中對鋼筋混凝土和預應力混凝土結構的受力分析、溫度取值、荷載組合等均是在假定混凝土達到設計強度狀況下而提出的相應計算公式和各類構造規定。《公路橋涵施工技術規范》中對合龍段的合龍及體系轉換僅提出了5條原則性的規定，沒有相應的細化或可操作性的規定。而連續梁合龍段屬超靜定結構，在結構鎖定后混凝土未達到設計強度狀況下結構已經開始受力，目前上述各規范對于混凝土未達到設計強度狀況下的結構受力分析、溫度取值、荷載組合等尚缺乏相應的規范規定。合龍段的規范和指南的缺乏往往會導致合龍段在施工過程中混凝土易出現各類病害。

（二）施工工序和施工控制不到位而引起的裂縫

對多座連續梁合龍段施工現場調研后發現，目前許多設計文件對合龍段的施工工序規定比較粗略，難以有效指導現場合龍段施工。同時，各施工單位在合龍施工時的工序極不相同，完全憑自身的經驗來組織合龍段施工，具體表現如下：

1.有些施工單位對低溫合龍的理解是施工時型鋼鎖定和合龍混凝土澆筑均是采用低溫，有些單位對低溫合龍的理解是施工時合龍段混凝土采用低溫澆筑即可。同時，對于合龍型鋼鎖定與砼澆筑的時間間隔控制也各不相同，有的單位把鎖定與澆筑時間控制在1天內，有的單位按3～5天控制。

2.對于型鋼鎖定與配重的關系，有些單位施工時不進行配重，有些單位施工時進行配重。另外，配重和鎖定的前后關系也沒有統一的模式和標準。

3.中跨合龍時型鋼鎖定和中墩墩頂固結解除也是沒有統一的模式和標準。有些施工單位在中跨合龍前就把中墩的墩頂固結解除，有些施工單位中跨合龍砼達到強度后再解除中墩墩頂固結。

通過調查發現，目前國內預應力箱梁合龍段的施工工序沒有統一的模式和標準，設計文件中對施工工序也是規定較粗略，造成施工工序及施工控制等完全憑著施工單位的經驗去執行。從受力結構上來分析，合龍過程也是結構從靜定向超靜定轉換的過程，不同的合龍工序引起的結構內力是不一樣的，特別是溫度應力及墩頂固結的解除等因素影響最明顯。因此，施工工序和施工控制不到位也容易引起合龍段的開裂。

（三）設計階段沒有結合合龍段施工和運營中的受力特點而有針對性地對合龍段砼進行特殊設計，而是采用與其他節段相同的混凝土材料

1.通過對合龍段施工工序及工藝調查分析可發現，合龍段在施工過程中存在著結構體系由靜定結構向超靜定結構轉換過程。超靜定結構受力受溫度、收縮及徐變等影響非常大，受力較復雜；同時，在施工過程中合龍段的砼強度也是由彈塑性向正常砼強度過渡的過程，這時往往砼強度較低，不易抵抗各類結構受力。因此，需要針對合龍段的施工受力特點有針對性地進行砼材料的設計，否則也易造成合龍段開裂。

2.通過對合龍段正常營運情況下的受力分析可發現，合龍段的受交變荷載、溫度及徐變等影響要相比其他節段大，合龍段的應力變化幅度較大，在預應力配置不合理的情況下合龍段還可能會出現少量拉應力。另外，由于合龍段梁高底且梁較寬，對合龍段的梁體的橫向受力也較其他節段不利，因此設計時也需要針對合龍段的長期受力特點而有針對性地進行砼材料的設計，否則也易造成合攏段開裂。

（四）合龍段混凝土材料及養護不當等問題

1.有些病害如合龍段與兩側懸臂澆筑端之間的縫，主要是由于施工過程中砼配合比不合理或合龍段砼養護不當等而導致收縮過大而引起的。

2.有些病害如表面砼存在麻面、網裂、析鹽等，主要是由于合龍段的砼配合比不合理、養護不當等等引起的砼自身病害，也會影響合龍段的耐久性。

（五）合龍段結構受力復雜，梁體頂底板及腹板尺寸偏小，倒角構造設置及預應力筋配置不合理等也會引起合龍段出現各類裂縫

箱梁在正常運營狀況下除了受縱向力外還受橫向力及扭曲應力等，結構受力較復雜，有些在運營過程中的裂縫如底板橫向裂縫和腹板的斜向裂縫等主要是由于設計梁體截面偏小，預應力配置不合理及運營過程中大交通量和重交通等長期交變荷載作用下也會引起箱梁的開裂。

三、改善合攏段質量的主要工程措施

通過上述合龍段裂縫類型描述及成因分析，要改善合龍段的工程質量，減少各類病害的發生，在今后的橋梁設計和建設中，針對合龍段，需從以下幾方面措施加以改進，綜合治理：

（一）設計階段要根據合龍段的施工工序，細化合龍段各工序的驗算及設計

日前，大部分的設計圖紙主要是針對全橋合龍前后各階段工況進行結構模擬和驗算，往往把合龍段作為一個工況來假定分析驗算，但連續結構橋梁，合龍是由多個不同的子工況逐步完成的，合龍的各個子工況涉及到了溫度、結構受力模式等不同等，受力假定及受力分析非常復雜，易被設計人員忽視，這樣就容易造成設計階段驗算的疏漏。

（二）設計和施工階段應重視溫差對結構影響，并采取相應的措施加強控制

考慮到合龍段在合攏前后，結構是從靜定向超靜定轉變的過程，不同溫差會產生不同的結構內力，因此在設計階段應對合龍的升降溫差有一個明確的范圍要求，盡可能縮小溫差范圍，優化結構受力。施工過程中，應結合當地的常年氣溫數據及提前的天氣預報嚴格按設計提供的溫差范圍來合理選擇合龍期的時間節點、澆筑砼時間節點，并應采取各類措施加強合攏段養護期溫差控制。

（三）合龍段宜選用高性能混凝土，以減少病害的出現

考慮到合龍段結構內力受溫度、合龍工序、養護過程等影響較大，整體受力較復雜且砼方量少的特點，澆筑合攏段宜優先選用早強、微膨脹及抗裂性好的高性能混凝土。

四、結論

綜上分析，針對懸臂澆筑的連續結構橋梁合龍段有以下幾點結論：（1）合龍段出現各類病害還是比較普遍現象，大部分病害出現是無規律的。（2）合龍段出現的裂縫主要還是由于溫差及施工工藝控制不到位引起的。（3）目前在設計上對合龍段的受力分析還不夠細化，規范的規定也比較寬泛。（4）考慮到合龍段，砼方量少，采用高性能混凝土對解決合龍段的病害問題是一種比較有效的措施。