淺談連續(xù)箱梁橋裂縫成因及解決措施
摘要：本文是作者結(jié)合自己多年對路橋工作的經(jīng)驗，對一座鋼筋砼連續(xù)箱梁橋裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，砼結(jié)構(gòu)的裂縫是困擾工程技術(shù)人員的技術(shù)難題，作者提出了控制裂縫的措施；簡要介紹了該橋靜載試驗的主要結(jié)果。
關(guān)鍵詞：橋梁；連續(xù)箱粱；裂縫；靜載試驗
鋼筋砼連續(xù)箱梁具有建筑高度低、造型美觀、承載能力高、造價低和施工方法簡單等優(yōu)點，因此，在高速公路跨線橋中應(yīng)用十分廣泛。但由于種種原因，裂縫現(xiàn)象十分普遍。
某橋上部構(gòu)造采用20m+26m+20m鋼筋砼連續(xù)箱梁，砼強(qiáng)度等級為C4O，橋?qū)抣1.49m，其橫截面見圖1。箱梁施工采用支架現(xiàn)澆，目前，已完成箱梁澆筑、支架拆除及護(hù)欄澆筑等。檢查發(fā)現(xiàn)箱梁正彎矩區(qū)的底板、腹板及翼板出現(xiàn)多條裂縫�！�
l裂縫現(xiàn)象
1．1裂縫描述(見圖2)
1．2裂縫特征
腹板裂縫具有如下特征：①裂縫間距為0．8～1．6m；②裂縫寬度為0.08～0.3mm，個別縫寬達(dá)0．8mm；③裂縫基本垂直于跨徑方向；④跨中附近正彎矩區(qū)裂縫深入底板，并與底板底面裂縫相連；⑤其余裂縫均起于底板或距底板一定距離處；⑥底板范圍內(nèi)的裂縫寬度均小于腹板上裂縫。
2裂縫分析
2．1基巖約束效應(yīng)
腹板及頂板是在底板澆筑完畢14d后才施工的，由于底板砼已經(jīng)完成了早期收縮與徐變，不再參與腹板砼的變形，即形成了基巖約束效應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)，估算基巖約束效應(yīng)產(chǎn)生的最大水平應(yīng)力達(dá)3．70MPa>[]。計算公式如下：
式中：為上層砼澆筑體彈性模量；a為砼線膨脹系數(shù)，�。籘為溫差，取20℃，包括砼收縮引起的當(dāng)量溫差；μ為砼泊松比，取0．167；L為砼澆筑體長度；為基礎(chǔ)水平阻力系數(shù)，由于澆筑間隔期達(dá)14d，故取1．5N／mm3；H為砼澆筑體高度。
如果超過同期砼抗拉強(qiáng)度，腹板砼便會開裂。最大值在跨中附近，所以跨中產(chǎn)生第一批裂縫，把一塊板分成兩塊。分塊后的板中又會產(chǎn)生水平拉應(yīng)力′，但由于板長為原來的一半，因而′減小。如果′小于砼抗拉強(qiáng)度，則不再產(chǎn)生裂縫；否則，還會出現(xiàn)第二批、第三批裂縫，直至板中水平拉應(yīng)力小于砼抗拉強(qiáng)度時才趨于穩(wěn)定。
基巖約束效應(yīng)是產(chǎn)生腹板裂縫的主要原因，因此，除跨中附近正彎矩區(qū)裂縫深入底板外，其余裂縫均起于底板或距底板一定距離處。跨中附近為正彎矩區(qū)，裂縫具有向底板擴(kuò)展的趨勢，因此，底板范圍內(nèi)的裂縫寬度均小于腹板上裂縫。
2．2施工工藝原因
該橋砼施工采用泵送工藝，分2次進(jìn)行澆筑，第一次澆底板，第二次澆腹板及頂板；先澆第三跨，再澆第二、第一跨。正確的施工工藝應(yīng)為：先澆底板及部分腹板，然后再澆其余腹板及頂板；每次澆筑時，應(yīng)先澆第二跨，再依次向邊跨澆筑。采取這種對稱的施工方法可減小基巖約束效應(yīng)，減少裂縫產(chǎn)生。
2．3砼配合比原因
該橋采用的砼強(qiáng)度等級為C4O，配合比為水：水泥：砂：碎石=195：450：661：1174，14d砼強(qiáng)度最低達(dá)40MPa，28d砼強(qiáng)度最低達(dá)50MPa。水泥用量偏大，水化熱溫升增高，增加裂縫產(chǎn)生的可能。
3裂縫控制
裂縫控制的關(guān)鍵是防患于未然，首先應(yīng)盡量避免有害裂縫的產(chǎn)生，如果產(chǎn)生了有害裂縫，應(yīng)采取措施將裂縫的有害程度控制在允許范圍內(nèi)。對于該橋，可采取以下主要措施：
1)增加水平構(gòu)造配筋，提高抗裂性能。盡可能采用小直徑、小間距配筋，鋼筋直徑8～14mm、間距1O0～150mm較合理。
2)嚴(yán)格控制砼原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采取“精料方針”，盡可能減少粗、細(xì)骨料的含泥量。
3)對砼集料配比應(yīng)作細(xì)致分析，強(qiáng)度等級與水化熱及收縮有矛盾，應(yīng)根據(jù)工程條件選擇最優(yōu)方案。
4)采用2次振搗技術(shù)，增加砼密實度，減少內(nèi)部微裂縫，改善砼強(qiáng)度，提高抗裂性，是裂縫控制的重要措施。要求掌握好2次振搗的時間間歇(2h為宜)，否則，會破壞砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使強(qiáng)度性能降低。
5)確保布料點均勻、數(shù)量足夠，保證砼骨料分布的均勻性。嚴(yán)格限制澆筑順序，讓收縮大的部位先自由收縮，再合龍，以減小最終收縮量。
6)產(chǎn)生裂縫的主要因素是水化熱降溫引起的拉應(yīng)力，所以必須盡可能減小人模溫度，薄層連續(xù)澆筑，隨后采取保溫措施，降低內(nèi)外溫差。緩慢降溫尤其重要，可為砼松弛創(chuàng)造條件。同時，砼應(yīng)保持潮濕狀態(tài)，這對增加強(qiáng)度、減少收縮十分有利。
7)增強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施，防止出現(xiàn)較大的驟降溫差，這是防止裂縫的重要條件之一。只要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持濕潤，及時做好隔熱和保溫處理，則裂縫可避免。
8)減小新、老砼澆筑的間隔時間，間隔時間越長，上、下層溫差越大，老砼的彈性模量越高，剛度越大，對新砼的約束作用越大，溫度應(yīng)力狀態(tài)十分不利，極易開裂�！�
4質(zhì)量檢測
為驗證該橋是否滿足正常使用要求，進(jìn)行了靜載試驗。采用5輛30t載重汽車加載。設(shè)中跨跨中和邊跨跨中兩個控制截面，各設(shè)5個撓度測點(布置在底板底面)和2個應(yīng)變測點(上、下游各1個，布置在箱梁腹板下緣)。
試驗中對箱梁底板和腹板的新、舊裂縫擴(kuò)展情況進(jìn)行監(jiān)測，包括中跨跨中截面附近8條裂縫(上、下游各4條)、邊跨跨中截面附近6條裂縫(上、下游各3條)和支座附近1條裂縫。裂縫的最大擴(kuò)展寬度為0．14mm，且卸載后裂縫回縮情況較好。試驗過程中，箱梁腹板未產(chǎn)生新裂縫，底板跨中附近局部產(chǎn)生細(xì)微新裂縫。
該結(jié)構(gòu)雖然承受了試驗荷載，但實測撓度及縱向應(yīng)變值與理論值相比均偏大，撓度最大校驗系數(shù)為1．17，縱向應(yīng)變最大校驗系數(shù)達(dá)1．51，說明裂縫造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度降低。建議對現(xiàn)有裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理�！�
5結(jié)語
目前，我國的土木建筑中，砼結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)地位，而任何一座砼結(jié)構(gòu)都存在不同程度的裂縫。這是一個相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。雖然砼結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們可以接受的材料特征，但是結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌也都是從裂縫擴(kuò)展而開始的。裂縫尤其是有害裂縫給結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度帶來了不同程度的損害，縮短了結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此，應(yīng)積極分析裂縫產(chǎn)生的原因，探索控制裂縫的措施。
