【某城市快速路連續(xù)剛構(gòu)箱梁裂縫原因分析】詳述箱梁裂縫處理方法

　　對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的特點進行了介紹，結(jié)合某城市快速路連續(xù)剛構(gòu)橋運營中的裂縫分布現(xiàn)狀，對連續(xù)剛構(gòu)橋的開裂原因進行了深入分析，使大家對該類型橋梁的裂縫產(chǎn)生規(guī)律和形成機理有了全面和深刻的認識，為其在公路和市政工程建設(shè)中的進一步推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
　　
　　隨著高速公路和城市快速路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。特別是這類橋梁具有結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順性好、設(shè)置伸縮縫少和養(yǎng)護簡單等優(yōu)點，越來越多的受到人們的認可。但是在大量修建這類橋梁后，也暴露出一些問題，最突出的就是混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。其開裂的部位大多出現(xiàn)在箱梁的頂板、腹板和底板，裂縫主要表現(xiàn)為縱向裂縫、彎曲裂縫、彎曲剪應(yīng)力裂縫和主拉應(yīng)力裂縫。
　　某城市快速路共有5座大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，在近期檢測中發(fā)現(xiàn)多座連續(xù)剛構(gòu)存在不同程度的病害，有的主跨外側(cè)底板普遍有縱向裂縫，最大裂縫寬度達到1.0mm；有的腹板與翼板交界處有斜裂縫；有的腹板中部分布多條水平裂縫。本文將以其中1＃橋為例（上部結(jié)構(gòu)布置圖見圖1），對這類橋梁運營中的裂縫分布情況進行介紹，對其開裂原因進行深入分析，使大家對該類型橋梁的裂縫產(chǎn)生規(guī)律和形成機理有全面和深刻的認識，為其在公路和市政工程建設(shè)中的進一步推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　 1. 1＃橋箱梁裂縫分布現(xiàn)狀及原因分析
　　1＃橋連續(xù)剛構(gòu)箱梁裂縫主要為底板、頂板縱向裂縫、腹板斜裂縫和水平裂縫、齒板封錨和橫隔板裂縫等。箱梁裂縫分布情況如下：
　　左幅箱梁外裂縫中，腹板水平裂縫共計5條，裂縫寬度在0.06～0.14mm之間；腹板斜裂縫共計11條，裂縫寬度在0.03～0.18mm之間；左幅底板縱向裂縫共計217條，裂縫寬度在0.02～1.03mm之間。
　　左幅箱梁內(nèi)裂縫中，腹板水平裂縫共計16條，裂縫寬度在0.02～0.18mm之間；腹板斜裂縫共計4條，裂縫寬度在0.04～0.1mm之間；頂板縱向裂縫共計14條，裂縫寬度在0.04～0.3mm之間；倒角裂縫共計6條，裂縫寬度在0.03～0.14mm之間；齒板裂縫共計12條，裂縫寬度在0.03～0.12mm之間。
　　右幅箱梁外裂縫中，腹板水平裂縫共計7條，裂縫寬度在0.07～0.14mm之間；腹板斜裂縫共計23條，裂縫寬度在0.02～0.18mm之間；右幅底板縱向裂縫共計210條，裂縫寬度在0.03～0.4mm之間。
　　右幅箱梁內(nèi)裂縫中，腹板水平裂縫共計5條，裂縫寬度在0.05～0.14mm之間；腹板斜裂縫共計2條，裂縫寬度在0.04～0.16mm之間；頂板縱向裂縫共計5條，裂縫寬度在0.04～0.08mm之間；倒角裂縫共計3條，裂縫寬度在0.06～0.2mm之間；齒板裂縫共計2條，裂縫寬度在0.06～0.16mm之間
　　對于箱梁裂縫成因分析如下：
　�。�1）腹板的斜裂縫（見圖2）
　　主要表現(xiàn)特征：腹板斜裂縫主要為分布在中跨箱梁外腹板0~L/5、4L/5~5L/5區(qū)間的斜裂縫，一般斜裂縫分布在箱梁外腹板上部與翼板交界處，腹板中下部以水平裂縫為主。斜裂縫大多從靠近主墩方向的澆接縫開始向后澆塊一側(cè)（跨中方向）擴展，即裂縫呈15~30º左右由主墩向跨中擴展，部分延伸至翼板。
　　主要產(chǎn)生原因：1）主拉應(yīng)力產(chǎn)生的腹板斜裂縫，主要是由于箱梁橋支座附近剪應(yīng)力過大，腹板抗剪能力不足，以及主拉應(yīng)力方向抗裂安全儲備考慮不充分等因素造成；對于箱梁橋腹板而言，抗剪能力主要是混凝土本身的抗剪能力、縱向彎起束預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的正應(yīng)力和豎向非預(yù)應(yīng)力鋼筋網(wǎng)三部分組成，前兩者防止腹板開裂，后者控制腹板裂縫擴展且補償縱向彎起束預(yù)應(yīng)力空白區(qū)（即主拉應(yīng)力控制的空白區(qū)）；豎向預(yù)應(yīng)力由于預(yù)應(yīng)力筋短，錨具預(yù)應(yīng)力損失大，施工上具有一定的難度，因此，在主拉應(yīng)力較大區(qū)，一旦豎向預(yù)應(yīng)力損失過大，斜截面抗剪承載力將嚴重不足，從而導(dǎo)致腹板出現(xiàn)嚴重斜裂縫；2）錨后拉應(yīng)力產(chǎn)生的腹板斜裂縫，懸臂分段澆筑中，錨頭往往布置在接縫面；由于在接縫面上新澆混凝土之間的抗拉強度降低很多，預(yù)應(yīng)力筋在錨固區(qū)將引起局部高壓應(yīng)力而導(dǎo)致蠕變；由于這種蠕變，錨頭后面將產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果錨后受拉鋼筋配置不足時，則在錨固區(qū)的接縫面就很容易發(fā)生裂縫；3）邊跨端部腹板斜裂縫，邊跨端部往往是在支架上現(xiàn)澆的，此處剪力較大，在施工和體系轉(zhuǎn)換過程中會受到一些次應(yīng)力的影響，也是局部應(yīng)力集中之處；同時，巨大的支座應(yīng)力也主要是依靠腹板傳遞的。邊跨梁端也是預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)域，局部高應(yīng)力所引起的局部徐變（蠕變）也比較大；4）在豎向正應(yīng)力和主拉應(yīng)力共同作用下，腹板會出現(xiàn)水平、斜向組合裂縫。
　�。�2）底板的縱向裂縫（見圖3）
　　主要表現(xiàn)特征：底板縱向裂縫大多位于邊跨的合攏段及附近節(jié)段以及中跨的1/4跨至3/4跨之間，通常主要分布在底板底面中間區(qū)域，沿橫斷面方向呈跨中密、粗而長，兩側(cè)相對較疏、細而短。
　　主要產(chǎn)生原因：1）施工時底板預(yù)應(yīng)力鋼束保護層厚度設(shè)置不適當，加上采用的高強度混凝土用量偏多、水泥漿含量偏大，采用早強劑，導(dǎo)致較大的收縮變形；2）在箱梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)約束（包括底板截面的不均勻收縮和波紋管對混凝土收縮的約束）作用下，導(dǎo)致較大的混凝土收縮應(yīng)力，超過了當時混凝土的抗拉強度，從而導(dǎo)致出現(xiàn)沿波紋管縱向的收縮裂縫；3）由于箱梁橋畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的。由于在箱梁橋底板處的剪應(yīng)力相對較小，所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁橋底板的橫向方向相同，產(chǎn)生的裂縫方向大致與橋軸方向平行。
　　此外底板的齒板受力，曲線配索的橫向受力，預(yù)應(yīng)力筋錨頭處局部應(yīng)力，以及截面分層處和施工接縫處的局部應(yīng)力都有可能產(chǎn)生嚴重的局部應(yīng)力，使底板開裂；箱梁橋混凝土溫度應(yīng)力、剪力滯效應(yīng)以及通車后活載的增加亦是底板縱向裂縫發(fā)生的主要原因。
　�。�3）頂板的縱向裂縫
　　主要表現(xiàn)特征：通常主要分布在頂板底面中間區(qū)域，沿橫斷面方向呈跨中密、粗而長，兩側(cè)相對較疏、細而短。箱梁內(nèi)頂板縱向裂縫大多已封閉，封閉后狀況良好，未再次開裂或繼續(xù)向前擴展，檢測中新發(fā)現(xiàn)的頂板縱向裂縫主要位于第6跨和第8跨現(xiàn)澆段。
　　主要產(chǎn)生原因：1）施工時頂板預(yù)應(yīng)力鋼束保護層厚度設(shè)置不適當，加上采用的高強度混凝土用量偏多、水泥漿含量偏大，采用早強劑，導(dǎo)致較大的收縮變形；2）在箱梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)約束（包括頂板截面的不均勻收縮和波紋管對混凝土收縮的約束）作用下，導(dǎo)致較大的混凝土收縮應(yīng)力，超過了當時混凝土的抗拉強度，從而導(dǎo)致出現(xiàn)沿波紋管縱向的收縮裂縫；3）由于箱梁橋畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的。由于箱梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，箱梁橫向跨度較大，在荷載作用下，頂板將出現(xiàn)橫向彎距，產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，由于在箱梁橋頂板處的剪應(yīng)力相對較小，所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁橋頂板的橫向方向相同，產(chǎn)生的裂縫方向大致與橋軸方向平行。
　　此外頂板的齒板受力，預(yù)應(yīng)力筋錨頭處局部應(yīng)力，以及截面分層處和施工接縫處的局部應(yīng)力都有可能產(chǎn)生嚴重的局部應(yīng)力，使頂板開裂；箱梁橋混凝土溫度應(yīng)力、剪力滯效應(yīng)以及通車后活載的增加亦是頂板縱向裂縫發(fā)生的主要原因。
　　（4）腹板水平裂縫（見圖2）
　　腹板水平裂縫分布特點是：左幅腹板水平裂縫多出現(xiàn)在中跨箱梁內(nèi)側(cè)靠近跨中的位置，即中跨2/5L至4/5L的區(qū)間，右幅腹板水平裂縫多出現(xiàn)在中跨箱梁外側(cè)4L/5~5L/5區(qū)間及中跨箱梁內(nèi)側(cè)2L/5~3L/5區(qū)間。
　　主要產(chǎn)生原因：1）箱梁懸臂施工前后現(xiàn)澆節(jié)段混凝土收縮速度不一致，在現(xiàn)澆截面兩側(cè)，新澆筑混凝土收縮受已澆筑混凝土段的約束作用，導(dǎo)致較大的混凝土收縮應(yīng)力，超過了當時混凝土的抗拉強度，從而導(dǎo)致出現(xiàn)垂直于澆接縫的水平收縮裂縫；2）豎向正應(yīng)力產(chǎn)生的腹板水平裂縫，在荷載作用下箱梁橋的變形并不完全符合經(jīng)典梁理論周邊剛性假定，會出現(xiàn)截面畸變變形，必然會產(chǎn)生豎向正應(yīng)力。
　�。�5）齒板封錨和橫隔板開裂主要是由于錨固點周圍和橫隔板局部應(yīng)力集中、過大，鋼筋網(wǎng)設(shè)置不合理等原因引起的。
　　2.結(jié)語
　�。�1）該橋于2006年10～12月進行過裂縫封閉灌漿等修補措施，此次檢測發(fā)現(xiàn)裂縫封閉后基本穩(wěn)定，對新發(fā)現(xiàn)的裂縫應(yīng)該繼續(xù)做封閉處理，同時密切關(guān)注橋梁線形、應(yīng)力和裂縫的變化。
　�。�2）對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁裂縫產(chǎn)生的原因應(yīng)該具體問題具體分析，根據(jù)裂縫的形態(tài)、位置、形成時間等信息找出開裂原因，最后有針對性的采取封閉維修或加固改造等措施。
　�。�3）箱梁裂縫產(chǎn)生的原因與設(shè)計、施工、監(jiān)測、運營等多方面都有關(guān)系，在設(shè)計階段應(yīng)該注意的問題有兩個，一是結(jié)構(gòu)尺寸要合理，部分箱梁腹板裂縫與其厚度太薄有關(guān)系，二是非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置要合理，國內(nèi)在這方面普遍不夠重視，設(shè)置非預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量較國外少很多，國外的研究資料表明，必要數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋對于防止混凝土開裂非常有效。此外，改善施工工藝、加強施工監(jiān)控、限制超載車輛的通行等都可以有效防止連續(xù)剛構(gòu)箱梁裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。
　　參考文獻
　　[1] 朱漢華，陳孟沖，袁迎捷. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析與防治，2006（3）.
　　[2] 深圳市道橋維修中心橋梁檢測站. 廣州南沙港快速路五座特大橋箱梁檢查報告，2009（2）.
　　（作者單位：1中國測試技術(shù)研究院廣州分院廣州510030 2深圳市道橋維修中心橋梁檢測站深圳518024）

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