連續剛構箱梁裂縫分析及處理方案

周東輝

（廣東省路橋建設發展有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

現澆連續箱梁具有混凝土橋梁的所有優點，其耐久性較強，與鋼筋混凝土相比較輕，節約了大量的鋼材。隨著預應力工藝的不斷發展，連續箱梁的跨徑也不斷的加大。隨著跨徑的增大，連續剛構的應用比較廣泛。現澆連續剛構箱梁在設計階段一般都為全預應力構件（即混凝土不出現拉應力），但在施工過程中受養護條件、養生時間等因素的影響難免會出現程度不一樣的裂縫。這些裂縫對箱梁的耐久性等有一定的影響，需在通車前進行處理，確保橋梁結構安全，保障通車安全[1-5]。通過對某大橋主橋裂縫進行檢測，并對產生的原因進行分析，并給出了這些裂縫對應的處理方案。

1 工程概況

某大橋主橋是項目工程的控制性節點，跨越了鐵路、省道和河流，主橋為全預應力連續剛構箱梁，其跨徑組合為（76+128+76）m，主梁采用變截面箱梁，墩頂梁高為7.8 m，跨中梁高為3.2 m，橋寬12.5 m，高跨比為1：16.4。小樁號側邊跨跨越省道，大樁號跨越鐵路，主橋跨二類水體。某大橋主跨通航孔凈寬≥115 m（垂直水流方向投影的凈寬≥104 m），凈高≥10 m，上底寬≥100m，側高≥6m。主橋下部結構主墩采用雙薄壁墩，分離式承臺；過度墩采用單薄壁墩。其中墩頂截面見圖1，跨中截面見圖2。

圖1 墩頂截面

圖2 跨中截面

2 計算模型及結果

某大橋采用midas 進行建模計算，其模型見圖3。

圖3 Midas 模型

某大橋主橋節段分配見圖4。

圖4 節段分配示意圖

某大橋連續剛構截面尺寸見表1。

表1 連續剛構截面尺寸表

本橋是全預應力連續剛構箱梁（即在全部荷載及預應力共同作用下不出現拉應力的連續剛構橋），其具有以下特點：（1） 抗裂性能好，全預應力混凝土結構構件所施加的預應力值大，混凝土不開裂，構件的剛度大，抗裂或抗腐蝕性能好；（2） 抗疲勞性能好，預應力鋼筋從張拉完畢直至使用的整個過程中，其應力值的變化幅度小，因而在重復荷載作用下抗疲勞性能好；（3） 設計計算簡單，由于截面不開裂，因而在荷載作用下，截面應力和構件撓度的計算可應用彈性理論，計算簡易；（4） 反拱值較大，由于截面預加應力值高，尤其對永久荷載小、可變荷載大的情況，會使構件的反拱值較大，且混凝土的徐變會使反拱值隨時間的增長而發展，影響上部結構件的正常使用；（5）張拉端的局部承壓應力較大，需增設鋼筋網片以加強混凝土的局部承壓力；（6） 延性較差，全預應力混凝土構件的開裂荷載與破壞荷載較為接近，致使構件破壞時的變形能力較差，對結構抗震不利。

某大橋在施工完成后的工程質量交工檢測中存在以下幾種裂縫：（1） 部分箱內節段頂板存在縱向裂縫，主要為合攏段，裂縫寬度為0.1 mm～0.16 mm；（2） 右幅4-16#節段存在1 條橫向裂縫，長約1m，寬1.5 mm；（3） 部分箱外節段底板存在縱向裂縫，主要為合攏段及附近幾個節段，裂縫寬度為0.12 mm～0.2 mm。

3 裂縫的處理原則

混凝土裂縫的處理須遵循以下原則：（1） 全面認真的分析裂縫產生的原因及裂縫的性質，正確區別結構性裂縫和非結構性裂縫；（2） 仔細觀察裂縫的變化，尋找裂縫變化規律，以此作為選擇處理方法的依據；（3） 選擇恰當的時間處理裂縫。若是結構性裂縫則應及時進行處理；若是非結構性裂縫則最好待裂縫穩定后再進行處理；（4） 針對不同的裂縫選擇合理的處理方法，既要嚴格遵循設計及施工規范的相關規定，又要經濟合理，切實可行；（5） 裂縫處理后應保證結構原有的承載力、耐久性等的要求，以免出現新的裂縫。

4 裂縫產生的原因

連續剛構箱梁裂縫產生的原因主要由以下幾種：

4.1 連續剛構箱梁頂板拆模時間過早

連續剛構掛籃施工時，未考慮施工溫度降低等條件的影響，在強度未達到要求時，過早拆模，導致頂板局部開裂。

4.2 養護不及時或不連續

連續剛構箱梁在混凝土澆筑完成后，因養護不及時或不連續等原因，在混凝土強度上升過程中水泥水化作用造成自發收縮、混凝土內部水蒸發造成的干燥等體積收縮，或混凝土受外部拉應力等原因引起的砼受力不均勻而產生裂縫。

4.3 節段澆筑的時間差

節段間的澆筑時間存在周期差，造成節段間存在收縮徐變的差異。

5 裂縫性質

5.1 結構性裂縫

由于直接施加的各種靜力和動力荷載所引起的裂縫。由于結構承載力不足應力達到限值引起的，是結構開始破壞的特征。這種裂縫是比較危險的，如果不對這類裂縫進行處理將給結構的安全帶來隱患。常見的結構性裂縫有以下幾種：（1） 鋼筋混凝土簡支梁的跨中截面附近下緣受拉區的豎向裂縫，這是最常見的結構性裂縫。在正常設計和使用情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻。若豎直裂縫寬度過大，預示結構正截面承載力不足。（2） 鋼筋混凝土簡支梁的支點（或腹板寬度變化處）附近截面由主拉應力引起的斜裂縫，在正常設計和使用情況下很少出現斜裂縫，即使出現裂縫寬度也很小。（3） 另外，鋼筋混凝土墩柱受壓構件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫、預應力筋錨固區由于局部應力過大引起的劈裂裂縫等都屬于結構性裂縫。

5.2 非結構性裂縫

由于溫度變化、收縮、不均勻沉降等間接作用, 結構的變形受到約束而引起的裂縫。這種裂縫對結構承載力的影響不大，可根據結構耐久性、抗滲、抗震、使用等方面要求采取修補措施。非結構性裂縫一般可以分為以下幾種：（1） 收縮裂縫：眾所周知，混凝土因為收縮導致的橋梁裂縫是最常見的。其中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮；（2） 溫度裂縫：鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，當此應力達到混凝土的抗拉強度極限值時，就會產生混凝土裂縫，這類裂縫稱為溫度裂縫；（3） 鋼筋銹蝕引起的裂縫：混凝土中鋼筋產生銹蝕后，由于銹皮會吸濕產生化學反應而膨脹，其體積將增大2～4倍，從而脹裂砼保護層。

5.3 本大橋的裂縫性質

根據檢測結果，某大橋主橋混凝土表面裂縫為非結構受力引起的裂縫，未對結構承載能力及結構安全產生不良影響。

6 裂縫處理方案

裂縫大小及對應的處理措施見表2。

表2 裂縫處理表

對裂縫寬度大于0.15 mm 的裂縫進行灌漿處理,均采用優質A 級環氧灌縫膠進行對混凝土裂縫進行處理，以達到封閉裂縫的目的；要求修補材料能夠均勻注入到細而深的裂縫中去，保證裂縫修補質量。對寬度小于0.15 mm 的裂縫，無論縫寬大小，采用表面封閉法處理。封縫及灌縫后采用乳膠漆涂刷封閉。

灌縫修補施工工藝：（1） 清除裂縫附近塵土、油污，測量裂縫寬度；（2） 確定注漿咀的位置，并預先貼上膠布，注漿咀間距20～45cm 布置，每條裂縫不得少于2 個注漿咀；（3） 配置封縫用漿，用刷子涂刷在裂縫上，封閉裂縫，裂縫較寬的話，可先用砂漿填縫后再刷封縫漿，對于貫通的裂縫，要同時對兩側進行封閉；（4） 揭去設咀處的膠布，將注漿咀跨縫粘牢；（5）待粘咀膠硬化后，重新在注漿咀處及裂縫上補刷一次封縫用漿以達到不露漿的要求；（6） 開始注漿前，先配制注縫漿，但每次不宜多配，避免一次用不完粘度變大失效；（7） 按從下向上的注漿次序對裂縫進行灌注；（8） 注意觀察相鄰的注漿咀，當流出漿液時，說明兩咀間裂縫已注滿漿液；（9） 全部裂縫注完后，第二天就可以鏟去注漿咀和封縫材料，清理裂縫表面。后續還需對連續剛構箱梁的裂縫進行觀測，判斷原有裂縫有無發展，是否有新增裂縫。

7 改進措施

為減少現澆連續剛構箱梁出現裂縫，可以從以下幾個方面對施工過程提出改進措施及要求：

（1） 為確保新澆砼有適量的硬化條件，防止在早期由于干縮而產生裂縫，砼澆筑完畢后應在12 h內加以覆蓋和澆水，并定期養護。可采用自動噴淋系統，達到全方位的養護效果；（2） 大體積實心混凝土的養護時防止混凝土出現裂縫的關鍵工作，為確保大體積混凝土在水化作用下保持相對均衡的溫度，可在大體積是新混凝土中布設冷卻管；（3） 混凝土張拉周期須嚴格按照規范要求，實行齡期、強度雙控原則拆模；（4） 禁止暴力拆模；（5） 在滿足齡期跟強度要求的情況下，盡量縮短節段澆筑周期，減少因收縮徐變不同步引起的內力差。

8 結論

通過某大橋主橋連續剛構箱梁的案例，分析連續剛構箱梁裂縫產生的原因及性質，并提出了處理這些裂縫的方案及裂縫封閉后應采取的措施，還提出了一些可改進的措施。為后續類似案例提供了可實施的寶貴意見。