浅析预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因

Feb1,2006　

浅析预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因

刘诗净,邢红梅

(第二航务工程局三公司,江苏镇江　212003)

摘　要:文章就江苏省杨溧高速公路某标段现浇高标号预应力砼连续箱梁裂缝产生的原因、施工应该注意的事项进行了较为详细的阐述,以供同类型桥梁施工参考。关键词:现浇砼连续箱梁;裂缝;原因

中图分类号:U4451471　　　文献标识码:B　　　文章编号:100323688(2006)0120052204

BriefAnalysisofCausesofCrackinginPrestressedConcrete

ContinuousBoxGirders

LIUShi2jing,XINGHong2mei

(No13Eng1Co1ofWuhanPortConstructionCorp.,Zhenjiang　212003,China)

Abstract:

Thepaperexpoundsonthecausesofcrackinginthecast2in2situhighgradeprestressedconcrete

continuousboxgirdersforasectionofYang2LiExpressHighwayinJiangsuProvinceandprecautionstobetaken.duringtheconstructionofthegirders,whichmaybeusedasreferenceforconstructionofsimilartypeofbridgesKeywords:cast2in2situconcretecontinuousgirder;cracking;cause

　　近年来,现浇预应力砼连续箱梁应用于平原地区的高速公路建设,工艺日趋成熟。但随着桥梁设计、使用要求的不断提高,砼施工中的砼裂缝是常见的一种缺陷。本文就江苏省扬溧高速公路上的某标段高标号现浇预应力砼连续箱梁的施工情况和裂缝产生的原因进行分析和总结,以期为类似工程提供一些参考。

1　工程概况

围内,采用毛片石分层回填分层压实,回填至原地面后再采用10cm碎石+10cm素砼予以处理;跨宁杭线孔利用宁杭线路基(水稳基层已做好),位于边坡上的支架地基须先用人工开挖台阶,然后再在表面浇筑10cm厚砼。

支架采用碗扣式脚手架,纵向步距为112m;横桥向在桥墩处箱梁荷载较大的部位支架跨距选用019m;跨中部分支架跨距选用112m;翼缘板部分荷载较小,支架跨距选用112m,详见图2。整联支架通过横联杆和斜撑相互连接,使之形成一个整体,保证支架有足够的刚度和稳定性。

为了确保现浇箱梁落架后的线形符合设计要求,在支架顶端设置15mm的预拱度,该预拱度包括支架的弹性变形、非弹性变形、箱梁预加应力变形和落架后箱梁的自身挠度变形,自跨中向墩顶按二次三角形布设。

为确保支架安全,消除地基、碗扣式支架、方木及模板之间的非弹性变形,测定其弹性变形,在铺设好的箱梁底模板上堆载对现浇支架进行等载预压。预压时间一般为5～7

d,当连续2d沉降量为1mm时方可进行卸载。

扬溧高速公路某标段B匝道桥,上部结构为现浇单箱双室预应力砼连续箱梁,桥跨布置为6×2510m+4×2510

m+7×2510m(第二联上跨宁杭线);桥面宽1215m,底宽617m,箱梁高114m,斜腹板,悬臂翼缘板端部板厚15cm、

根部厚45cm;桥面横坡8%,平曲线半径290m(详见图

1),斜桥正做。箱梁内布设纵横双向预应力,其中纵向布置

6束19梁中各布置8束122　现浇箱梁施工

预应力混凝土连续箱梁采用满堂支架进行现浇,其中第二联(跨线孔)为整联浇筑,第一、三联为分段浇筑。

211　地基处理及支架搭设

沉降观测点布置于底板边缘及中线,每断面3点,纵向每跨均按L󰃗4、2、3L󰃗4共3个断面布设。在加载完成后,L󰃗每天至少进行一次沉降观测。B匝道第二联支架弹性变形

4mm左右,非弹性变形5mm左右。

对于一般段落,当原地表清理以后,地基处理采用30

cm灰土+10cm碎石+10cm素砼;在系梁及接桩基坑范收稿日期:2005206221

支架预压时考虑到翼缘板支架承受的荷载较小(1215

kN󰃗m2),因此仅对箱梁底板范围内进行了预压。

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图1　现浇箱梁断面及平面布置图

～8号墩测点为2mm,8～9号墩测点为2mm,9～10号测点为4mm。B匝道箱梁顶板浇筑期间为晴好天气,最高气温30℃,

最低气温18℃。砼的缓凝时间为25～30h,坍落度15～18

cm。213　砼养生

箱梁底、腹板砼凝结后采用不间断洒水养生。箱梁顶板砼浇筑当日白天气温较高,风力较大,日照较强。在砼硬化至可上人时,采用土工布覆盖、不间断洒水方

图2　满堂支架结构横断面示意图

212　箱梁砼浇筑及支架沉降变形

式进行养生,养生持续7d。

214　预应力筋的张拉

当箱梁砼同条件养护试块的强度达到设计强度的95%后进行张拉,张拉顺序严格按图纸要求进行,张拉程序为:横向单根钢绞线张拉按0→0115Ρcon→013Ρcon→Ρcon(锚固);纵向钢束长,伸长量大,分两次进行:第一次0→012Ρcon→

014Ρcon→016Ρcon(锚固);第二次0→016Ρcon→Ρcon(锚固),实

箱梁砼在横断面上分为两次浇筑(详见图3):第一次浇筑底板及腹板,浇筑方量为380m3,第二次浇筑顶板,浇筑方量为370m3。两次浇筑均采用插入式振捣器进行振捣。

测伸长量为两次张拉净伸长值之和。

预应力筋张拉前在箱梁顶板上共布设了9个测点,纵向按墩顶及每跨跨中布设,横向布置于箱梁中部。张拉结束后进行高程观测,跨中张拉起拱值平均为615mm。

图3　现浇箱梁二次浇筑顺序示意图

第一次浇筑砼的顺序为:从6号墩向10号墩逐孔进行;在垂直方向为先底板后腹板。底板砼一次布料一次振捣,腹板砼分两次布料两次振捣。施工历时2015h。浇筑过程中进行了沉降观测,测点布置在每跨底板跨中。浇筑完成后,6～7号墩测点沉降量为4mm,7～8号墩测点沉降为2～9号墩测点沉降为1mm,9～10号测点沉降为3mm,8

mm。

箱梁落架后对箱梁底面进行了高程测量,落架后箱梁跨中挠度14～16mm,与支架所设施工预拱度基本吻合,说明L=25m的现浇箱梁设15mm的预拱度是合理的。

3　箱梁裂缝开展情况及原因分析311　裂缝开展情况

在拆除悬臂翼缘板模板时发现8号墩顶翼缘板底面有横向贯穿裂缝,后经全面检查,第二联现浇砼连续箱梁共有

条裂缝,分布情况见图4。

(1)墩顶横向裂缝(5条):三个独柱墩中横梁处均存在,

第二次浇筑的顺序为纵向平铺,从6号墩向10号墩逐孔进行,横向浇筑顺序为内侧翼缘→顶板→外侧翼缘。施工

仅在圆弧内侧悬臂范围内,悬臂顶面、底面均有,其中8号墩处为上下贯穿裂缝;

(2)顶板悬臂根部纵向裂缝(59条):整联内多处存在,历时1315h。其支架累计沉降:6～7号墩测点为5mm,7

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多数位于横桥向距悬臂边缘218m左右处,即边腹板中心,少数存在于中腹板顶面。

箱梁顶面还存在极少数的不规则细小裂缝。

图4　裂缝分布示意图

　　箱梁顶面裂缝具有一定的规律性,即翼缘横向裂缝多出现在墩顶或墩顶附近靠近曲线内侧处,该处裂缝较长,个别有贯穿现象,纵向束张拉后顶面裂缝已不明显,无法用肉眼观测;纵向裂缝多出现在边腹板顶部,中腹板顶部也有少量裂缝出现。经用仪器检测,箱梁顶面裂缝宽度为0132～0162mm,裂缝最大深度为112～115cm之间。

及中腹板顶面产生纵向裂缝。(2)顶板砼浇筑历经夜晚、中午等一天中温度最高和最低峰时,早晚温差大;同时砼浇筑之后连续两天为阴雨天气,气温有明显下降,水泥水化和环境温度变化的共同作用使砼内外部产生温差,砼内部不受或少受环境温度变化影响,表面受环境温度变化影响则产生裂缝;受箱梁砼缓凝时间影响,砼二次收面后至初凝前为避免对砼产生扰动没及时进行覆盖,受风吹日晒,砼表面游离水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩而产生裂缝。

(3)翼缘板支架未进行预压,顶板砼浇筑时箱梁底、腹

部分细小裂缝主要是在顶面二次抹面之后至砼终凝之前产生的,其余裂缝也均在支落架之前产生。预应力张拉之后所有裂缝不再发展,横向裂缝宽度减小,且无新裂缝产生。

312　裂缝产生原因分析

板处的支架已完成了大部分的沉降变形,即翼缘板支架比底、腹板支架的同期沉降量大。砼浇筑过程中,第一次浇筑的槽形梁的下沉与翼缘板的下沉不协调,造成两次浇筑界面处和翼缘板横向石子骨架被剪松,在悬臂根部形成纵向裂缝。

(4)本桥桥面横坡i=8%,同时砼初凝前自流动性较大(坍落度14～18cm),由于重力作用总存在一个下滑力“拉

经江苏省高速公路众桥梁专家现场会诊,认为本桥存在的裂缝经处理后,不会影响工程结构的承载能力、使用功能和耐久性。

从裂缝宽度、长度、深度以及分布区域,结合施工方案和设计图进行综合分析,认为裂缝由支架变形、砼收缩、温度、砼浇筑顺序、材料、养生、结构构造配筋、环境等多种因素产生,其中支架变形、浇筑顺序和砼收缩是产生裂缝的主要原因。

31211　箱梁顶面纵向裂缝

松水泥浆体和骨料结合面”的趋势,致使二次收面后至初凝前砼密实程度不足,而本桥箱梁顶板砼浇筑仅采用插入式振捣器进行一次振捣,未用平板振捣器进行复振,从而造成水泥浆体和骨料结合面上的微裂缝继续发展,逐渐的发展成可见的宏观裂缝,即箱梁砼顶面的纵向裂缝。

31212　箱梁横向裂缝

纵向裂缝主要是由砼收缩、温差及支架不均匀沉降所引起。

(1)箱梁用C50砼,使用宁国“海螺”早强型水泥,水

泥用量488kg󰃗m3,掺加了116%的南京友西科技有限责任公司的UC󰂫型早强缓凝高效减水剂,砼具有缓凝(35h)、早强(R7≥50MPa)的特性,采用泵送,坍落度大,在硬化的过程中同时伴随了高水化热的产生、体积的快速收缩等现象。箱梁分两次浇筑,两次浇筑时间间隔11d,当顶板砼在迅速地硬化时,腹板砼已完成了大部分的硬化和收缩,即二者此时硬化、收缩速率不同,腹板砼约束了顶板砼收缩,腹板和顶板界面处产生拉应力,而此时顶板砼早期强度低,当拉应力增加达到砼抗拉强度时,矛盾便在处理薄弱的

横向裂缝主要是由于砼浇筑顺序不合理、支架差异沉降所引起。

(1)砼两次浇筑不是按规范要求先跨中后墩顶,而是从

一端向另外一端逐孔顺序推进,墩顶部位已浇筑的顶面砼将因第一次浇筑的槽形梁的逐步下挠,造成已成形砼的石子骨架被拉松,产生横向微裂缝。砼凝固过程中的收缩促使微裂缝发展,形成墩顶横向裂缝。

(2)从预压期沉降观测资料揭示,支架的沉降差异较

大,跨中比中墩附近沉降量大3～5mm,且离散性偏高;同

两次浇筑结合面处将能量进行一定的释放,即翼缘板根部时,支架的弹性变形较大,超过3mm的观测点占总观测点

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的55%以上。顺桥向跨中与墩顶处支架总是存在差异沉降。砼浇筑从一端向另一端逐孔顺序推进,且采用了长效缓凝措施(第一次浇筑砼缓凝长达40h,第二次浇筑缓凝15h),跨中箱梁砼对墩顶处横梁砼产生拉力,则墩顶处的“伸长”和“转角”变形必然恶化,从而导致横向裂缝的产生和发展。

(3)由于箱梁两层浇筑间隔时间长(11d),当顶板砼

未出现上述裂缝,主要措施为:

(1)加强支架构造,提高支架刚度:满堂支架顺桥向的

间距由原来的112m调整为112m+019m间隔布置,横桥向间距均加密至019m;对翼缘板支架进行预压,同时增加支架的预压时间和提高沉降观测精度(精密水准仪),确保预压稳定。

(2)规范砼施工工艺:砼浇筑严格执行先跨中后支点、

在迅速地硬化时,底、腹板砼已完成了大部分的硬化和收缩,即二者此时硬化、收缩速率不同,腹板砼约束了顶板砼收缩,在翼缘板下缘产生拉应力,初期顶板砼抗拉强度较低,当该拉应力大于砼的抗拉应力时,在现悬臂下缘出现裂缝,随着砼的凝固收缩,裂缝逐渐发展为贯穿裂缝。

4　裂缝处理方案

由低处向高处推进的顺序;根据实际需要,调整砼的缓凝时间;顶板砼振捣采用插入式振捣器和平板式振捣器相结合的工艺,对墩顶处加强复振;砼二次收面后及时覆盖塑料薄膜,当砼硬化至可以上人时改用土工布覆盖,然后洒水养护,养护期间在横坡最低处砌筑挡水埂,从而确保饱水养护。

(3)加强墩顶处箱梁顶板和翼缘板的纵向钢筋:󰂡16钢

根据专家意见,裂缝处理时应根据裂缝的宽度以0115

mm为准分别采取不同的处理方法。由于箱梁顶面还有一

层6cm厚的桥面铺装,所以结合现场的实际施工情况,对箱梁顶面、底面的裂缝分别采取以下处理方法:

(1)箱梁顶面裂缝的处理方法:将箱梁顶面冲洗干净,

筋间距由15cm调整为12cm。

(4)缩短两次砼浇筑间隔时间,尽量不要超过5d,至多不能超过7d。

6　有待进一步实践探讨的问题(1)分析翼缘板根部砼顶面的纵向裂缝的产生原因时,

对裂缝部位凿成V形槽,深度以不低于裂缝深度为准,宽度3～5cm;当所有裂缝部位全部凿开后,再将箱梁顶面全部凿毛,然后浇筑桥面铺装层,使其与箱梁砼整体化。

为了增强桥面铺装层砼的抗裂性能,在砼中掺加聚丙烯纤维,掺量为110～112kg󰃗m3。

(2)箱梁翼缘板底面的横向裂缝:采用封缝处理,即北京特希达科技有限公司提供的自动低压树脂注入法,简称“速灌工法”,其工艺流程如下:

裂缝表面清理→调粘底座胶→粘结注胶底座→环氧树脂封缝→灌缝胶称量→注入灌缝胶→养护→表面清除

“速灌工法”是把镶有弹性橡胶膜及注入口的注胶底座每隔一定距离粘贴在裂缝上,其余整条裂缝表面均用封缝胶封闭,然后向灌胶底座的注胶入口内注入灌缝树脂。灌缝树脂在鼓胀膜缓慢而均匀弹性收缩压力作用下,可将裂缝中积存的空气压入砼结构的毛细孔中,通过砼的自然“呼吸”作用排除体外,避免了“气阻”现象的产生,确保灌缝修补的施工质量,并通过砼构件的毛细作用,可以将灌缝树脂充分渗透到裂缝深处。

封缝处理于7月份进行,处理之后效果显著,封缝处与箱梁周围砼的色差较小。

5　施工注意事项及改进措施

有人认为箱梁底板和翼缘板的横桥向分配梁应通长布置,即箱梁底板底模水平线以上部分的翼缘板支架与下部分离,以减少翼缘板模板支架沉降的敏感性,从而避免翼缘板根部纵向裂缝。

由于受现场施工条件的,后续箱梁施工时未对支架结构进行调整,但是取得了同样的效果,所以哪种方案更可行还需要进一步实践。

(2)关于预应力梁体与桥面铺装层砼是否整体化有不

同的观点。本桥采取了整体化,而另一种观点则认为两者整体化后桥面铺装层易发生裂缝而导致破坏,理由是连续梁在中墩处是负弯矩区,上缘受拉,如桥面铺装层与连续箱梁形成整体后,铺装层就参与了受力,按应力分布图式(三角形)可知,越是距中性轴远的部分,所受的拉力就越大,更重要的是连续箱梁具有预应力储备,而桥面铺装层是普通砼,故而桥面铺装首当其冲。这两种相互矛盾的方案有待实践证明。参考文献:

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经过对裂缝产生原因的分析,在后续现浇连续箱梁施工中主要从增强现浇支架刚度、优化施工方案、规范施工操作及加强构造筋等方面进行了改进和调整,取得了理想的效果,其后施工的B匝道桥第一联、第三联和另外五座桥均

省交通厅,20001

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