九江二橋裂縫檢測與成因分析

劉昆

摘 要：針對九江二橋主橋箱梁及結合段出現的混凝土開裂現象，對該橋進行了全面的混凝土裂縫專項檢測與評估，包括裂縫位置、裂縫長度、寬度、數量，裂縫發展狀況。根據橋梁不同位置處裂縫分布情況，采用理論和數值模擬相結合的方法對裂縫成因進行了綜合分析，并提出了相應的維修處治建議。

關鍵詞：橋梁檢測;裂縫;理論分析;數值模擬;成因分析

中圖分類號：U441 文獻標識碼：A

0 前言

混凝土結構是橋梁的重要組成部分，由于各種原因（如干燥收縮、溫度應力、外荷載、基礎變形等），裂縫成為混凝土結構中最常見的缺陷或損傷現象[1-2]。裂縫的成因、狀態、發展及在結構中的位置的不同，對混凝土橋梁結構的危害性也有很大的區別。嚴重的受力裂縫可能危害結構的整體性和穩定性，對橋梁結構的安全運行有很大影響。九江二橋位于長江中下游，南起江西九江市，北連湖北黃梅縣，是跨越長江的重要交通干道之一。考慮服役環境的復雜性及繁忙的交通運輸量，需要對其定期開展裂縫檢測評估工作。

1 工程概況

九江二橋主橋為六跨不對稱混合梁斜拉橋，主跨818 m，跨徑布置為（70+75+84+818+233.5+124.5）m，主橋全長1 405 m。南邊跨為3跨，長229 m，設置2個輔助墩和1個過渡墩，南邊中跨比為0.280;北邊跨為2跨，長358 m，

設置1個輔助墩和1個過渡墩，北邊中跨比為0.438。混合結構組成為：0.9 m（南過渡墩伸縮縫）+260.6 m（南岸混凝土梁段）+8.15 m（結合段）+1 134.45 m（鋼箱梁段）+0.9 m（北過渡墩伸縮縫）。混凝土箱梁中心線處梁高3.6 m，

距南岸梁端1.5 m長度范圍內梁寬為33.5 m，索塔中心線兩側各6.7 m范圍內梁寬度為34.9 m。梁高與中跨比為1：227.22，梁寬與中跨比為1：21.03。

2 混凝土裂縫檢測結果

2.1 檢測方法

混凝土箱梁內部外觀檢查主要以目測為主，輔以橋梁檢測專用攝像儀、望遠鏡、小鐵錘、激光測距儀、鋼卷尺、人字梯等工具，進行方位描述、現場繪制病害草圖和圖片記錄。借助橋檢車進行混凝土箱梁外部外觀的檢查。使用記號筆在混凝土表面標識裂縫位置、走向，確保清晰可見，并耐久保持;并采用激光測距儀、裂縫測寬儀、裂縫測深儀等對裂縫長度、寬度、深度進行檢測。

2.2 不同位置裂縫分布情況

2.2.1 混凝土箱梁內部檢測結果

對箱梁內部結構的外觀進行了檢測，包括腹板、橫隔板、頂板、底板、縱次梁及風嘴內側面等位置。不同位置所經受病害的詳細指標如表1所示。經統計，混凝土箱梁內部裂縫數量為549條，裂縫總長為768 m，裂縫寬度范圍0.02 mm～0.34 mm。

2.2.2 混凝土箱梁外部檢測結果

利用橋檢車對混凝土箱梁外部進行了檢測，發現混凝土外部涂層龜裂2處，開裂面積0.193 6 m2;涂層脫落6處，面積為0.122 5 m2;混凝土破損6處，面積為0.455 m2。同時，發現混凝土箱梁底板涂層覆蓋處外觀完好，無明顯裂縫。

2.2.3 混凝土箱梁裂縫深度檢測結果

選取4個不同箱梁、共計6條代表性裂縫進行裂縫深度檢測，檢測結果如圖1所示。首先，對19-2-1#號箱梁不同位置處的裂縫形態進行統計分析。圖1（a）代表頂板距大樁號側3.5 m處的位置，出現了1條明顯的橫向裂縫，裂縫尺寸為：長度（L）=1.6 m、寬度（W）=0.04 mm，深度（H）=68 mm;而頂板/左腹板右側面/底板距小樁號側1.5 m處出現了1條貫穿裂縫，裂縫長度、寬度和深度分別為：3.5 m、0.34 mm、104 mm，如圖1（b）所示;圖1（c）代表頂板距小樁號側2 m、距左邊3.2 m處，則出現了1條縱向裂縫，其尺寸為：L=1.8 m、W=0.2 mm、H=174 mm。上述結果表明：在同一個箱室、不同位置處的裂縫尺寸存在較大差異，尤其是裂縫深度差別很大。

然后選取不同箱室的裂縫進行分析，如圖1（d）～（f）所示。其中，在20-9-2#號室的頂板處，出現1條長1.9 m、寬0.26 mm和深119 mm的縱向裂縫（圖1（d））;在21-10-2#號室的頂板處，出現1條縱向裂縫，尺寸為：L=1.9 m、W=0.18 mm、H=104 mm（圖1（e））;而在22-2-1#號室的左風嘴右側面也出現了1條長1.5 m、寬0.2 mm和深32 mm的縱向裂縫，如1（f）所示。

2.3 主要裂縫成因分析

2.3.1 頂板縱向裂縫

混凝土箱梁采用分段分節支墩支架現澆工藝施工，自梁端開始主梁分四個施工段和三個濕接縫，每個施工段分若干節澆筑。混凝土箱梁頂板縱向裂縫共105條，占箱梁裂縫總數的19.1%，裂縫長度158 m，占箱梁裂縫總長的20.6%。

（1）理論分析。收縮作為混凝土材料的固有屬性，與結構的應力狀態無關，表現為隨時間發展，混凝土體積的減小[3]。我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）中，由于收縮預測模式中的收縮時間進程函數與構件的理論厚度有關，對n#節段，理論厚度取節段兩端截面的理論厚度的平均值。則n#節段的收縮應變為：

（1）

由于濕接縫收縮速率較快且量值較大，越遠離濕接縫的節段的收縮速率越慢且量值較小。研究相對收縮應變時，不妨將某時刻各個節段的收縮應變值減去相同時刻a#塊的收縮應變，即以a#塊為相對收縮量值的比較基準，則任意n#節段相對于a#塊的收縮應變為：

（2）

（2）數值模擬。采用我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）的收縮徐變預測公式，以濕接縫與相鄰節段之間的施工工期為例，按至今時間計算，濕接縫與相鄰節段之間的相對收縮應變，其收縮當量溫差。利用ABAQUS有限元分析軟件建立7.5 m節段+1.8 m濕接縫+7.5 m節段模型，通過給濕接縫位置施加溫度荷載使其降溫，模擬混凝土收縮。考慮相鄰節段與濕接縫混凝土齡期差異引起的收縮橫向正應力的分布云圖如圖2（a）所示，濕接縫頂板下緣橫向拉應力不可忽視，其最大值達到了2.7 MPa。從圖2（b）箱梁拉伸損傷云圖看出，箱梁濕接縫頂板下緣出現了多處拉伸損傷，損傷分布與濕接縫裂縫分布基本一致。

2.3.2 橫隔板裂縫

由2.2節檢測結果可知：橫隔板裂縫數量為202條，占混凝土箱梁裂縫總數的36.8%。橫隔板裂縫一般是由混凝土的收縮造成的。由于一次性澆筑的混凝土土方量較大，先澆筑的混凝土會對后期澆筑的頂板混凝土產生較大的約束，澆筑時間間隔越長，不均勻收縮所產生的應力越大，從而導致橫隔板裂縫的產生。

2.3.3 腹板、風嘴和次梁縱向裂縫

主橋混凝土箱梁腹板、風嘴內側面和次梁主要出現縱向裂縫，裂縫數量為82條，占混凝土箱梁裂縫總數的14.9%，總長為122 m，占混凝土箱梁裂縫總長的15.9%。縱向裂縫出現的主要原因是預應力管道定位不準，或澆筑時發生偏移，導致波紋管處混凝土保護層厚度不足。由于預應力張拉時沿波紋管產生泊松效應，沿波紋管底產生拉應力，加之混凝土收縮應力的作用，沿波紋管等混凝土薄弱截面易出現裂縫。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）對箱梁內部結構，發現不同位置存在不同的裂縫缺陷特征;混凝土箱梁底板涂層覆蓋處外觀完好，無明顯裂縫。（2）不同箱室內的裂縫尺寸存在較大差異，尤其是裂縫深度差別很大。裂縫寬度范圍為0.04 mm～0.34 mm，裂縫深度變化范圍是32 mm～174 mm，平均裂縫深度為102.5 mm。（3）主橋混凝土箱梁段采用分段分節澆筑，當濕接縫混凝土澆筑完成后，全橋各節段之間的混凝土收縮量不等，使濕接縫頂板產生橫向拉應力，當拉應力值大于混凝土抗拉強度值時便會產生縱向裂縫。（4）由于先澆筑的混凝土會對后期澆筑的頂板混凝土產生較大的約束，澆筑時間間隔越長，不均勻收縮所產生的應力越大，從而導致橫隔板裂縫的產生。

3.2 建議

針對九江長江二橋主橋混凝土段裂縫數量逐年增長的問題，應對裂縫進行維修加固，防止裂縫進一步發展，建議如下：（1）建議對寬度<0.15 mm的裂縫進行封閉處理，防止水汽進入混凝土內部，腐蝕鋼筋和預應力鋼筋;對寬度≥0.15 mm的裂縫進行壓力灌注封閉處理。（2）對裂縫進行后續觀測，跟蹤了解病害發展，如有繼續發展開裂，根據其嚴重程度采用適當的方法進行加固處理。

參考文獻：

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[3]謝峻，王國亮，鄭曉華.大跨徑預應力混凝土箱梁橋長期下撓問題的研究現狀[J].公路交通科技，2007（1）：47-50.

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