裝配式小箱梁縱向鉸接處橋面裂縫成因分析及防治措施

1、裝配式小箱梁縱向鉸接處橋面裂縫成因分析及防治措施摘要:從混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)、施工和使用方面對(duì)裝配式小箱梁鉸縫處橋面鋪裝縱向開(kāi)裂的原因進(jìn)行分析，探討解決這類(lèi)問(wèn)題的措施和辦法。關(guān)鍵詞:橋面鋪裝縱向開(kāi)裂成因分析防治措施施工中由于盲目套用橋規(guī)中的橋面鋪裝厚度和布筋形式，橋面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象十分普遍?；炷翗蛎驿佈b鉸縫處縱向開(kāi)裂既有早期開(kāi)裂，更多的是使用期開(kāi)裂。下面從混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)使用方面對(duì)小箱梁梁橋面鉸縫處縱向開(kāi)裂的原因進(jìn)行分析，探討解決這類(lèi)問(wèn)題的措施和辦法。1縱向開(kāi)裂的成因分析1.1設(shè)計(jì)方面的原因公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)橋面鋪裝規(guī)定不完善是造成縱向開(kāi)裂的主要原因。采用橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ21-8

2、9)對(duì)混凝土橋面鋪裝的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行受力分析，特別是沒(méi)有考慮晝夜間橋面溫度應(yīng)力的影響，這是產(chǎn)生橋面鋪裝縱向裂縫的關(guān)鍵原因。從溫度應(yīng)力及收縮徐變的影響看，對(duì)于施工質(zhì)量較差的鉸縫處橋面鋪裝，其溫度拉應(yīng)力一般可達(dá)3.38mpa,收縮徐變拉應(yīng)力一般在0.98mpa1.15mpa之間，在通車(chē)前產(chǎn)生的鉸縫處橋面鋪裝縱向開(kāi)裂便是在這兩種應(yīng)力疊加下產(chǎn)生的，疊加應(yīng)力基本上與橋面鋪裝混凝土的拉應(yīng)力極限強(qiáng)度相當(dāng)。鉸接板法進(jìn)行考慮裝配式小箱梁橫向聯(lián)系時(shí)，由于不考慮橫向變矩的影響是偏于不安全的。一般情況下鋼板焊接鉸縫橫向聯(lián)結(jié)處傳遞的拉應(yīng)力為2.2mpa2.5mpa，單獨(dú)作用時(shí)橋面鋪裝能基本抵抗，但與溫度應(yīng)力及收縮徐變疊加后

3、，鉸縫處采用鋼板焊接時(shí)無(wú)法承受拉應(yīng)力作用，造成了鉸縫處在運(yùn)營(yíng)中普遍產(chǎn)生了較多的縱向開(kāi)裂現(xiàn)象。不同的鉸縫形式對(duì)橋面鋪裝的縱向開(kāi)裂分析如下。鉸縫處橋面為淺縫和窄縫時(shí)，一般按鉸縫處在橋面處布設(shè)鉸縫筋，小箱梁間的橫向聯(lián)結(jié)基本沒(méi)有，在橋面承受荷載作用時(shí)，橋面鋪裝在鉸縫處并非是橋梁設(shè)計(jì)理論中僅假定的剪力，實(shí)際上橋面鋪裝在鉸縫處為彎拉作用，而橋面鋪裝的布筋位于上部，下部除了分布稀疏的鉸縫筋，基本上由橋面混凝土承受拉應(yīng)力。鉸縫處橋面鋪裝混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)一般為C40,其抵抗應(yīng)力約為5mpa,在鋼筋網(wǎng)間距較大的情形下開(kāi)裂現(xiàn)象較難避免。此類(lèi)開(kāi)裂極有可能從橋面鋪裝下部開(kāi)始發(fā)展。鉸縫處剛度不均勻?qū)е碌目v向開(kāi)裂：采用鋼

4、板鉸接形式，除了其未考慮橫向彎矩的原因外，鉸縫處剛度明顯不均勻也是一個(gè)原因。采用深鉸縫的橋面鋪裝，由于深鉸縫混凝土體積較小，小箱梁預(yù)制的時(shí)間較長(zhǎng)，后澆筑的橋面鋪裝在鉸縫處的開(kāi)裂一般屬于由鉸縫混凝土收縮開(kāi)裂而反射到鋪裝層引起。小箱梁梁板側(cè)面與現(xiàn)澆鉸縫混凝土間的粘結(jié)抗裂較弱，一般是較難防止微裂紋產(chǎn)生，這正是鉸縫混凝土與小箱梁間的收縮差異造成了早期裂縫的存在，從而反射導(dǎo)致橋面鋪裝混凝土的開(kāi)裂。層間錨固筋設(shè)置不均勻的分析：混凝土小箱梁頂部設(shè)置有與橋面鋪裝聯(lián)結(jié)的錨固筋，而鉸縫處頂面一般未考慮由于未設(shè)置水平縫間錨固筋，造成了橋面鋪裝在小箱梁頂面處受到水平的應(yīng)力不均勻，梁板頂面處的錨固筋起到較好的約束橋面鋪

5、裝橫向變形作用，鉸縫處相對(duì)于的則為一個(gè)約束較弱的薄弱帶。車(chē)輛荷載作用時(shí)，鉸縫處的橋面鋪裝橫向變形自由度大，成了一個(gè)易開(kāi)裂的薄弱帶，這也是較橋面其他部位易開(kāi)裂的一個(gè)原因。1.2施工方面的原因橋面鋼筋網(wǎng)安裝不當(dāng)造成鋼筋網(wǎng)墊塊布置不均，間距較大，混凝土澆筑時(shí)未按設(shè)計(jì)調(diào)整鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)下垂彎曲現(xiàn)象比較普遍。部分鋼筋網(wǎng)緊貼行車(chē)道板，鋼筋網(wǎng)起不到應(yīng)有的作用，橋面鋪裝在運(yùn)營(yíng)后較易破壞，特別是在板間鉸接因鋼板焊接成剛接時(shí)，橋面鋪裝上部基本上處于素混凝土狀態(tài)，在復(fù)雜的剪彎扭應(yīng)力作用下，橋面鋪裝開(kāi)裂現(xiàn)象就難以避免了。122橋面鋪裝混凝土施工質(zhì)量差采用泵送混凝土或混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸混凝土，這兩種施工方法為了保證混凝土

6、的流動(dòng)性，都選用了塌落度較大的配合比，造成了混凝土的收縮應(yīng)變較大。有些中小橋施工由于橋面鋪裝混凝土數(shù)量不大，采用自落式攪拌機(jī)拌和，隨意加水情況普遍，造成了混凝土干縮嚴(yán)重。對(duì)于鉸縫混凝土施工同樣如此，造成了鉸縫混凝土質(zhì)量差，收縮反射現(xiàn)象突出。鉸縫比較容易形成早期裂縫，在頻繁的荷載作用下逐漸形成通性裂縫。123橋面鋪裝層不均勻造成混凝土小箱梁由于側(cè)面布置鉸縫鋼筋，在小箱梁預(yù)制時(shí)一般由于混凝土中間振搗作用拌合料向兩端拱起，造成小箱梁頂板兩側(cè)高中間低現(xiàn)象。在澆筑鉸縫混凝土?xí)r，由于頂部鉸縫鋼筋綁扎后通常高于小箱梁頂面，施工人員為了使混凝土覆蓋鉸縫筋，導(dǎo)致鉸縫混凝土高出小箱梁頂面，造成鉸縫處橋面鋪裝厚度不

7、足。在澆筑橋面鋪裝時(shí)該處厚度不均勻，收縮不一致，成為又一個(gè)導(dǎo)致早期開(kāi)裂的原因。124混凝土養(yǎng)護(hù)差的原因所造成橋面鋪裝層的特點(diǎn)是厚度比較薄，但暴露面積大，水分容易蒸發(fā)，造成早期干縮裂縫。由于養(yǎng)生不到位造成的干縮裂縫在承受荷載作用后，逐漸發(fā)展而形成影響工程耐久性和安全性的裂縫，在薄弱的鉸縫處情況更嚴(yán)重。125通車(chē)運(yùn)營(yíng)階段造成的影響高速公路的交通組織將車(chē)道劃分為行車(chē)道和超車(chē)道，人為強(qiáng)制地為橋梁荷載分布劃成了一定比例。并使橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)始終處于偏載狀態(tài)，使行車(chē)道的橋面鋪裝承擔(dān)了比超車(chē)道大得多(量值可達(dá)34倍)的運(yùn)營(yíng)應(yīng)力水平，因此加快了行車(chē)道混凝土的應(yīng)力疲勞，對(duì)于結(jié)構(gòu)和受力薄弱的鉸縫處橋面鋪裝造成了較多的

8、破壞。貨運(yùn)業(yè)主為追求短期經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)改變車(chē)箱結(jié)構(gòu)如加長(zhǎng)、加高等使汽車(chē)的載重成倍增加，從而使車(chē)輛的軸重及輪壓同樣成倍增加。這些車(chē)輛對(duì)橋面鋪裝混凝土的破壞嚴(yán)重，同時(shí)加劇了行車(chē)道橋面鋪裝混凝土病害的發(fā)展速度。2縱向開(kāi)裂的防治措施2.1設(shè)計(jì)方面鉸縫設(shè)計(jì)：對(duì)比幾種不同形式的鉸縫設(shè)計(jì)，淺窄接縫和鋼板聯(lián)結(jié)造成了鉸縫處的缺陷是顯而易見(jiàn)的。要克服由于鉸縫本身引起的開(kāi)裂問(wèn)題就必須對(duì)有類(lèi)型的鉸縫形式進(jìn)行改進(jìn)，建議采用深接縫或懸臂濕接縫形式，并對(duì)接縫間采用鋼筋加強(qiáng)連接。橋面鋪裝的設(shè)計(jì)：從鋪裝層的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來(lái)看，一般鋼筋混凝土橋面的厚度在100mm以上已能滿足要求，考慮超載、偏載和變應(yīng)力疲勞對(duì)橋面使用年限的影響，橋

9、面鋪裝厚度一般應(yīng)在100mm150mm之間。橋面鋪裝層不僅承受正應(yīng)力與層間剪力的作用，還要承受剪扭力與疲勞應(yīng)力的作用。所以采用雙層鋼筋網(wǎng)的布置是較符合橋面鋪裝的實(shí)際受力狀況的。層間聯(lián)接構(gòu)造鋼筋：為防止橋面鋪裝沿與橋面小箱梁頂面間發(fā)生剪切破壞，必須加強(qiáng)橋面鋼筋網(wǎng)與主梁橋面板混凝土間的聯(lián)結(jié)。在小箱梁頂面混凝土中預(yù)埋聯(lián)結(jié)“Q型構(gòu)造筋，每平方米按810個(gè)布置，這些鋼筋同時(shí)可以作為橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)的架立筋。鉸縫混凝土澆筑時(shí)同樣埋設(shè)層間聯(lián)結(jié)“Q型構(gòu)造筋，防止鉸縫間成為橋面鋪裝層剪切的薄弱部位。2.2施工方面做好鋼筋網(wǎng)的定位工作。加強(qiáng)對(duì)橋面鋼筋網(wǎng)加工、焊接和安裝精度的要求，應(yīng)采用焊接網(wǎng)或預(yù)制冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)，不

10、宜使用綁扎鋼筋網(wǎng)。對(duì)橋面鋪裝混凝土的施工質(zhì)量嚴(yán)格控制?；炷恋乃冶瓤刂剖顷P(guān)鍵。拌和機(jī)械應(yīng)采用強(qiáng)制性攪拌機(jī)。采取措施保證橋面鋪裝層的厚度。充分考慮施工中的各種誤差因素，從而確實(shí)保證橋面鋪裝的施工質(zhì)量。對(duì)橋面鋪裝結(jié)合面加強(qiáng)鑿除清理。以確保鋪裝層與主梁頂面的良好結(jié)合。2.3裂縫的維修對(duì)于小箱梁梁橋鉸縫處裂縫的修補(bǔ)，目前采用的通常有三種方法，即灌漿法，植筋法和返修法。灌漿法:將高分子彈性有機(jī)材料用壓力灌入混凝土裂縫中的一種自治方法。灌縫材料一般具有粘結(jié)強(qiáng)度高、抗拉、抗壓、抗沖擊強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)、塑性強(qiáng)、不易老化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)裂縫的寬度和深度不同，一般有壓注灌漿法、擴(kuò)縫灌漿法和直接灌漿法。檢查裂縫灌漿效

11、果，灌漿材料是否已將裂縫灌滿、灌到位，采取的方法如下。鉆芯取樣:在灌漿修補(bǔ)后的裂縫上隨機(jī)抽樣，鉆取一定數(shù)量直徑分別為50mm、100mm的混凝土芯樣。芯樣外觀檢查：用鋼尺檢測(cè)芯樣上裂縫長(zhǎng)度，用讀數(shù)顯微鏡(精度為0.01mm)檢測(cè)裂縫寬度。芯樣破體檢查：沿裂縫將直徑為50mm的混凝土芯樣破開(kāi)，直接觀察裂縫面是否有漿，漿體是充填裂縫。芯樣劈裂試驗(yàn)：對(duì)直徑為100mm的混凝土芯樣進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)，檢查灌漿質(zhì)量。植筋法：目前對(duì)裂縫修補(bǔ)的常用方法，多數(shù)沒(méi)考慮設(shè)置傳荷裝置。裂縫修補(bǔ)后，橋面板的整體性得不到恢復(fù)，修復(fù)的壽命非常有限，對(duì)于設(shè)置傳荷裝置的裂縫修補(bǔ)方法，通常有斜孔植筋和綁帶植筋法。斜孔植筋法。這種

12、裂縫方法具有對(duì)橋面破壞小、耐久、能恢復(fù)橋同板整體性、施工簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)。綁帶植筋法。對(duì)貫穿全板厚的開(kāi)裂狀的單條裂縫，宜采取綁帶植筋法。修補(bǔ)混合料選用高早強(qiáng)、高韌性、微膨脹、快速修補(bǔ)材料。返修法:對(duì)于橋面縱向裂縫損壞比較嚴(yán)重，呈現(xiàn)破碎或網(wǎng)狀開(kāi)裂時(shí)，應(yīng)鑿除重新進(jìn)行返修，重新鋪筑水泥混凝土橋面時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。水泥混凝土橋面鋪裝的厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，使用的材料、鋪裝層結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度、防水層設(shè)置等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。必須在對(duì)原有橋梁橫向聯(lián)結(jié)鋼筋焊接工作完成后，才可進(jìn)行橋面鋪裝工作，以免后焊的鋼筋引起橋面水泥混凝土在接縫處發(fā)生裂紋。澆筑橋面水泥混凝土前使原橋面板表面粗糙，清洗干凈，按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)縱向接縫鋼筋網(wǎng)或橋面鋼筋網(wǎng)，然后澆筑。3結(jié)語(yǔ)對(duì)橋面鋪裝縱向開(kāi)裂的預(yù)防措施應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工和交通管制多方面著手，全方位綜合治理，才能取得明顯的效果。對(duì)不同的裂縫損害，一般來(lái)說(shuō)鉸縫處橋面鋪裝采用灌漿法是比較簡(jiǎn)單易行的辦法，但對(duì)貫穿性縱向裂縫需采取植筋補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)于橋面鋪裝損害嚴(yán)重時(shí)，重新返修是