椒江二橋橋面板混凝土裂縫原因及預防措施分析

易威

（黃岡市楚通路橋工程建設有限公司，湖北黃岡 438000）

1 道橋施工中的裂縫類型及成因

1.1 裂縫類型

1.1.1 結構性受力產生裂縫

結構應力是路橋施工建設當中裂縫形成的重點原因之一，結構應力主要是外部因素引起，也就是承載力不足致使的結構應力超過了材料應力的最大值。這類裂縫通常是在設計階段對鋼筋混凝土構件承載能力計算不精準，對鋼材延性的預估不充分，以及混凝土結構的寬度和長度增加造成。承載力不足引起的裂縫是橋梁結構強度不足的標志性體現，這種裂縫甚至可以貫通整個橋梁，因此，在發現這種裂縫時要迅速著手處理。

1.1.2 非結構性受力產生裂縫

非結構的裂縫是橋梁施工當中的重點開裂類別之一，它主要是由施工因素而引起的。橋梁施工過程中主要有溫度裂縫、收縮裂縫和不均勻沉降引起的裂縫。溫度變化引起的混凝土開裂是最常見的裂縫之一。溫度裂縫是在橋梁建設過程中產生的，混凝土結構在熱膨脹和冷收縮過程中形成的變形不均勻不同步產生的裂縫，通常在混凝土厚度大、不利于溫度傳遞的地方發生。

1.2 道橋裂縫成因

1.2.1 設計問題

這種裂縫的產生一般是因為在設計初期鋼筋混凝土結構的設計計算中存有較大誤差導致的，進而造成了結構承載力不足，難以承受建設當中形成的負載而出現裂縫，這將造成很嚴重的工程事故。

1.2.2 環境問題

由于環境問題所產生的裂縫包括上述溫度裂縫，由于架構的不均勻沉降而形成的裂縫以及不良水質的侵蝕所產生的裂縫，其中，由于地基不均勻沉降所產生的裂縫主要是其所處地基位于軟弱土層，包括淤泥質土或濕陷性黃土等，而不良水質的侵蝕主要是其pH 值呈酸性或內部含有硫酸鹽、氯化物等，對混凝土造成一定影響。此外，由于環境所產生的裂縫還包括在進行高空澆筑過程中所受到的大風和高溫天氣，對高空混凝土澆筑以及后期養護產生影響，進而導致裂縫。

1.2.3 施工技術問題

道橋工程在施工過程中由于施工人員的部分不當行為也會使結構產生裂縫，例如，在混凝土澆筑作業前，施工人員沒有對模板和墊層進行足夠量的水澆灌，而僅僅澆筑了混凝土，會造成混凝土內部的水被模板及墊層吸收，而混凝土本身發生干燥或塑性收縮的狀況，進而在混凝土強度變化環節出現裂痕。

2 椒江二橋面板工程裂縫成因及控制措施

椒江二橋全長900 m，橋型為鋼-混組合梁橋，上部結構為半封閉鋼箱梁和混凝土橋面板組合梁體系。梁分左右兩幅設計，半幅橋梁寬度為0.70 m（護欄）+11 m（行車道）+0.7 m（護欄）=12.4 m，左右幅有1.6%的向外橫坡，人行道采用2%的向內橫坡，縱坡為2.79%。橋面為厚度10 cm 的C50 混凝土橋面現澆層，隨后鋪設防水層，在橋面最上部鋪設10 cm 厚的瀝青混凝土。場地巖層分布情況為：第一層為人工填土；第二層為灰黑色的有機粉質黏土；第三層為粗砂，第四層為粉砂質泥巖；第五層為風化巖。地表水主要為河水，地下水主要為基巖裂隙水和孔隙潛水。大橋所處地理位置主要氣候為溫帶大陸性季風氣候，最高溫度38.2 ℃，最低溫度為-36.9 ℃，年平均氣溫4.8 ℃，年平均降水量為477～568 mm，汛期一般出現在6～9月份。

2.1 裂縫成因

聯合椒江二橋的設計與施工工藝剖析，導致混凝土橋面裂痕的重點原因包含如下幾個方面：

1）當外界環境與架構內部溫度不一樣的時候，混凝土產生形變。假如形變遭受制約，則會導致架構內部的張力。當混凝土的張力超出混凝土的拉伸強度時，就會出現溫度裂縫，早期水泥水化熱很容易導致混凝土的溫度升高，混凝土內部和外部溫度差距大，導致混凝土的裂縫發生。

2）外部應力引起的裂紋。在單座橋梁施工中，由于起重機向前和橋面后部懸掛的影響，混凝土橋面出現一定的張拉，如果張拉過大，就會產生裂縫。

3）鑄造段與鑄造段的澆筑時間不同導致收縮張力和裂縫。

2.2 裂縫控制措施

1）考慮混凝土的水化放熱以及構件表面冷卻作用，控制混凝土結構的裂縫很難。優先使用混凝土的坍落度為8～10 cm左右的混凝土，同時減少使用水量、水泥材料選擇水化放熱低的水泥，逐步優化混合比的設計類似的降低水泥水化放熱措施。

2）考慮到混凝土的齡期差對混凝土的收縮龜裂的影響，橋面板混凝土使用低膨脹混凝土來中和混凝土凝結收縮的影響。

3 椒江二橋橋面板混凝土裂縫預防措施

3.1 減小橋面板混凝土收縮徐變

在確認了椒江二號橋混凝土配比之后，展開了C50 干硬性混凝土的收縮徐變實驗，確認了收縮徐變對復合橋面板混凝土齡期影響比較大的混凝土。

橋梁面板現澆混凝土初期緊縮，徐變發生的形變速度比較快，6 個月后，收縮變化趨向于平穩，繼續發生的形變比較小，可予以忽略。

3.2 在后澆縫混凝土以及橋面板施加預壓力

單臺橋面起吊機重量大概是600 kN，行走的時候重心往前移會對移動段橋梁面板形成一個連續增大的正扭矩，吊裝后續橋梁段的時候也等同于增加一個3 000 kN 左右的外界負荷形成的正扭矩，這種狀況都會讓橋梁面板形成拉力，尤其是連接縫位置的混凝土拉應力。前支撐點處在濕連接縫邊界位置，混凝土的拉力比較集中，混凝土的拉力質量比現澆段稍低。為確保混凝土不發生裂痕，橋梁面預應力是由施工時拉索的初張拉和懸臂拼裝時主梁的預應力引起的，可以抵消預應力引起的應力。由于考慮了較大荷載出現的情況，預壓力的存在可以確保橋面混凝土產生的拉力小于其自身的抗拉強度。

3.3 分次張拉斜拉索逐步逼近成橋線形及索力

在達到極限張力之前，在混凝土澆筑過程中，應將當前拉索拉伸3 次。一般情況下，混凝土澆筑完畢后，為防止混凝土接近初凝時的擾動，索力暫不張拉。當混凝土強度滿足要求，張拉梁預應力滿足要求時，對纜索進行放松，對掛籃進行錨固。施工過程中張拉拉索會引起橋面板的相對高度相差過大而產生過大拉應力，從而產生裂縫。椒江二橋采取了分多次張拉的手段確保保證橋面的小升小降，并逐條近似橋梁線形。為預防混凝土因為斜拉索調節使得橋梁面高程變動而形成裂縫，梁板斜拉索采取多次張拉方法，確保橋梁面低起低落，逐步接近橋線形。表1、表2 是椒江二橋斜拉索作業過程中一些拉索多次張拉索力值。

椒江二橋分成南岸與北岸，每個岸均有26 節自然段，伴隨橋梁的逐段吊裝連接，橋梁長度加長，橋身重量加大，后段的拼湊連接對已經吊裝好的前段會產生影響，為達到成橋后橋梁總體線型與高程的要求，每段都會執行二次或者多次張拉來改變調控。從表1 和表2 能夠發現，經過轉變施工技術，分次分段調節斜拉索作用力大小，使橋梁面板標高細微變動以達到規避橋梁面板混凝土發生裂縫的目的。

表1 北主橋斜拉索分次張拉索力表 kN

表2 南主橋斜拉索分次張拉索力表 kN

3.4 對橋面板處拉索錨固區段的受力情況進行改善

在椒江二號橋原設計中，采用了在錨區橋梁面頂部架設鋼筋網的方式。在和設計單位與工程部協商后，在拉索管道周圍安裝形狀完好的鋼筋，以增強管道和主筋間的聯結，優化其所受作用力情況，預防產生裂縫。

4 結語

鋼-混組合梁橋結構形式雖被廣泛采用，但混凝土部分的裂縫產生制約了這類橋梁結構的發展。盡管國內外學者對此類橋梁的裂縫控制進行了專門的研究，但實施效果并不理想。本文通過分析道橋建設過程中常見的裂縫類型以及形成原因，并結合工程實例，分析椒江二橋橋面板混凝土裂縫成因，提出了橋面板混凝土裂縫預防措施。