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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学校外硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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大跨径连续梁裂缝形成原因及预防措施分析!  

2016-06-25 10:37:32|  分类: 桥梁工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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。

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 25?~50? 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 26?,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。

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