大跨径连续梁裂缝形成原因及预防措施分析
2023-11-10
大跨径连续梁裂缝形成原因及预防措施分析
2016-07-26 何建华 商品混凝土汪军
［摘 要］大跨径连续梁在交通土建中应用日趋广泛，施工技术日趋成熟，但是也出现了大量各种形式的裂缝病害，本文列举出一些常见裂缝，就其成因和施工中预防措施进行分析，为以后类似工程提供施工经验。
［关键词］连续梁；裂缝；预防措施；分析
工程概况
跨青岛南路特大桥起讫里程为改DK275+083.91-改DK277+866.38，桥梁中心里程为改DK276+475.15，桥长2783.19m。结构形式为66-32m 简支箱梁+1-(60+100+60)m 连续箱梁+1-(48+100+48)m 加劲拱连续箱梁+8-24m 简支箱梁。
该桥位于威海市经区市郊，从小里程到大里程依次跨越珠海路、天东河、青岛南路、博通路、荣成路。连续梁主跨 100m，在改DK277+670.28～改DK277+770.28 段跨越荣成路，线路与被交道相交里程为改DK277+729.90。连续梁起迄里程：改DK277+609.43-改DK277+831.13，跨孔布置为(60+100+60)m 连续梁。
上部构造为 60+100+60m 现浇混凝土连续梁， 100m 主跨跨越荣成路通行净空要求为 5m。箱梁为单箱单室、变高度、变截面结构，中支点梁高 7.85m，跨中 10m 直线段及边跨 15.75m 直线段梁高 4.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端 0.75m。箱梁顶宽 12.2m，底宽 6.7m。
该连续梁在施工过程中，梁体出现了各种形式的裂缝，本文结合现场实际情况，讲述大跨径连续梁裂缝产生原因及预防措施，为今后类似工程施工提供参考。
1 连续梁的斜裂缝
此类裂缝也称作主拉应力裂缝，是目前连续箱梁桥中出现最多的一种裂缝。
裂缝特点：一般发生在支点和四分点附近，在梁轴线附近呈 25º～50º 方向开裂，并逐渐向受压区发展（宽度）和延伸（长度），甚至逐渐向跨中范围内扩展。
产生原因：斜裂缝的产生原因复杂，属剪切、扭转性质产生的主拉应力不足而引起。从破坏性质而言则属脆性破坏，该裂缝的产生对梁体十分不利，施工中我们要从以下几个方面加以控制：
1.1 竖向预应力筋的施工
竖向预应力筋为增强腹板抗剪能力而设置，在竖向预应力筋的施工过程中，由于施工数量多，工作繁琐，重视不够，容易出现各种质量问题。例如：精轧钢旋入锚垫板长度不足或焊接不牢靠导致张拉时被拉脱，漏张、漏灌浆、张拉吨位不足、未能及时灌浆而使预应力筋严重锈蚀；切割多余长度时使用氧焊切割导致应力损失和精轧钢抗疲劳性降低。
竖向束的锚头空白区问题也应十分注意，其分布角度约为 26º，空白区会延伸至腹板，导致靠近翼板加腋处的腹板出现主拉应力裂缝。因此施工中我们要注意锚垫板下螺旋筋和钢筋网片的安装。
大跨径箱梁的预应力竖向钢筋必须布置在腹板的中心线上。大跨径连续箱梁的腹板厚度一般会设计几个梯度进行变化，且均在腹板内侧加厚变薄，施工中工人偏好把竖向预应力筋布置成一条直线，原因是方便纵向预应力筋的布设和非预应力筋的绑扎，且看起来美观，但是这种构造将会导致在腹板中存在一个预偏心而产生附加弯矩，使腹板内侧受拉。尤其当箱梁悬臂板上满布活载而箱室上方空载时，将使腹板产生内侧拉应力，两者叠加后，腹板将会出现顺桥向的内侧纵向裂缝和加剧腹板主拉应力裂缝的发生和发展，这种构造对受力很不利，因而，要求预应力竖向钢筋尽量对腹板截面进行对中布置。
1.2 纵向弯起预应力束施工
弯起束设置是为了增强结构抗剪能力，能显著减少支点处斜裂缝的发生。尤其在边墩，当梁高较小，竖向预应力筋锚头损失份额太大时，弯起束的作用尤为重要，施工中弯起位置的波纹管定位一定要准确。
1.3 混凝土的浇筑
宜在混凝土初凝之前完成底板及腹板浇筑，初浇混凝土终凝之前完成顶板部位施工，初浇混凝土初凝之后不得使用附着式振捣器，其上层混凝土浇筑宜用插入式捣固器，以避免对混凝土凝结的干扰，同时控制混凝土的浇筑时间。
控制下料速度和分层。混凝土浇筑按水平分层进行，每层混凝土的厚度控制在 30～40cm。安排混凝土浇筑顺序的原则是对称、均衡。模板变形较大处，如翼缘悬臂端，优先于顶板中部，使其较早变形稳定。
在混凝土浇筑中，跑模现象时有发生，这就容易使腹板厚度减小，从而导致主拉应力增大而出现斜裂缝。跑模严重的可以改变齿块位置或喇叭口方向角度，从而产生或加剧腹板裂缝。
连续箱梁因具有薄壁、断面尺寸较大等特征，故温度应力复杂，在混凝土强度、弹性模量等指标还处于增长阶段时，容易出现裂纹，所以养护工作尤其重要。养护不到位会加剧微裂缝的产生，这些微裂缝在荷载等因素下会发展延伸。连续梁斜裂缝常用的处理方法有压灌或封闭裂缝，粘贴碳纤维片，加厚腹板，增加预应力钢束等。但均必须做好细致的加固设计工作，并进行精心施工。
2 预应力混凝土连续梁的正弯矩裂缝
裂缝特点：常见于投入运营一段时间的连续梁，跨中位置常出现。
这种裂缝的产生主要是属预应力不足性质，既可能是设计原因，也可能是施工原因，可能是营运多年后部分预应力已经失效。施工中减少预应力损失的措施：
（1）减少混凝土收缩徐变产生的预应力损失。施工中我们要严格控制张拉时间，严禁在混凝土抗压强度不足设计75% 时张拉，最好在达到 90% 以上再张拉，混凝土龄期必须大于 5 天；
（2）减少预应力筋与孔壁之间的摩擦损失。施工中，我们要注意波纹管的定位及波纹管的平顺控制，波纹管的左右偏移可视为增大管壁摩擦系数。
（3）减少喇叭口和锚具应力损失。施工中喇叭口安装定位时法向一定要垂直于张拉面。
对于预应力混凝土连续梁正弯矩裂缝，在查明原因的基础上，可以采用增加预应力束的方法处理，但很可能要在体外施加预应力，此类性质的加固一般较麻烦，裂缝虽可部分地得以闭合和改善，上拱也可能得到微小的改善，但效果不是非常明显。
3 连续梁纵向裂缝
纵向裂缝也是预应力混凝土梁中出现较多的一种裂缝。
裂缝特点：这种裂缝较多地出现在顶、底板上，顺桥向有的纵向缝已经连续贯通，有的较长，有的较短且不连续。
一般呈现在箱室内，不易发现，即在顶板的底面。常见的原因有：
（1）顺桥向预应力过大，人们常有一种错误观点，认为预压应力留得大一点会比较安全一点。预应力混凝土是一种主动加力体系，过大的预应力也是有害处的，预应力过大在正交向极易产生由泊松比而产生横向拉应变，甚至沿波纹管的方向产生规则性的纵向裂缝，加上管内积水、锈蚀钢束，此类裂缝的危害性极大，一旦发现，应立即处理。因此在施工中我们要严格控制超张拉量，在计算伸长量时要以实验得出的 Ey 为准，实验得出的钢绞线弹性模量一般要大于厂家标识的。每个厂家生产的锚具锚圈口损失是不一样的，应该由实验所得，不能都归于常用的 6% 超张拉里头去。
（2）横向预应力束布设不当。由于顶板厚度较薄，既要布置横向预应力束，又要布置非预应力钢筋，布置尺寸的精确掌握比较困难。在具体施工中，横向预应力束往往“顺着穿过去”就行，没有起到位置控制的作用，造成预应力束偏心矩的实际偏差较大，使得易在顶板下缘出现纵向裂缝；横向预应力施加不足时，也会产生顶板纵向裂缝。因此张拉时要严格控制。
4 底板混凝土保护层劈裂
裂缝特点：劈裂位置大部分在跨中 L/4 处左右，相邻施工单元交接处。裂缝延伸至底板波纹管。
底板混凝土劈裂原因很多，可分为：
（1）底板预应力束布置过密；
（2）勾筋、防崩钢筋缺少或设置不当，勾筋没勾住下层钢筋，上下层钢筋未连成整体；
（3）波纹管接头过于粗大，且处于同一截面，造成该处截面消弱严重；
（4）波纹管接头不平顺，出现折角，张拉时产生较大向下分力；
（5）底板预应力束张拉集中。
施工中我们要注意：
（1）防崩钢筋的设置。底板波纹管密集，普通钢筋和齿块钢筋密集，切不可因位置冲突或操作困难少放防崩钢筋，勾筋一定要勾住下层钢筋节点。
（2）波纹管一定要定位好，保证线形正确，接头处理要平顺，不可用胶带缠出明显节点。
（3）特殊原因割掉的钢筋尤其是腹板箍筋要在附近补上。
（4）张拉底板预应力束时要有计划分批张拉、压浆。待上批水泥浆达到一定强度再张拉下一批。
5 横隔板过人洞裂缝
裂缝特点：呈放射性。这类裂缝形成原因是应力集中。
施工时不可因过人洞处钢筋密集种类繁多且短小而少放钢筋。
6 锚下混凝土开裂
特点：锚垫板周围混凝土开裂，锚垫板内凹。
这类裂缝形成原因是张拉时混凝土强度不足。
施工时严禁在混凝土强度达不到规范要求或者龄期不大于 5 天时张拉。锚下钢筋网片和加强筋必须设置。
7 齿板及其附近的裂缝
7.1 齿板尾部裂缝
裂缝特点：齿板尾部及与之相连的顶板底板出现裂缝，甚至出现齿板尾部混凝土崩落。
这类裂缝形成原因是张拉预应力筋束时，弯道内筋束对混凝土产生径向冲切力，预应力筋束弯道结束段的混凝土太薄，钢筋配置不足，导致混凝土冲坏。
施工时我们应注意齿块浇筑时应浇筑出足够的尺寸，不可匆匆收尾。齿块配筋数量要重点检查。齿块抗冲切力和拉力的钢筋一般都要延伸到底板一段距离，切不可认为离的远了就可有可无了。
7.2 齿块前和齿块后的裂缝
裂缝特点：底板、顶板或锚前出现顺纵向预应力筋束方向的裂缝，锚后出现水平向或斜向裂缝。
这类裂缝形成的原因绝大部分是设计原因，锚前混凝土虽纵向受压，但横向受拉；锚后混凝土受拉，且锚侧混凝土受剪；设计中将齿板设于顶板或底板而未紧贴腹板；锚前和锚后未设抵抗局部拉应力和剪切力的钢筋。施工中要严格检查齿块钢筋数量。
8 结束语
连续梁裂缝控制需要十分精准，关系到主体工程的质量好坏，施工要精心设计，做好前期调研，确保施工方案的可行性、便捷性。精细施工，建立严格检查制度才能有效预防裂缝病害的发生。
[作者简介]何建华（1973—），男，湖南攸县人，工程师，主要从事项目管理工作。
