沈根芳,徐建煒,余秋楓

(1.嘉興市交通工程質量安全監(jiān)督站,浙江 嘉興 314001;2.浙江省交通科學研究所,杭州 310006)

0 引 言

近些年,我國的公路建設取得了較快的發(fā)展,修建了大量的公路橋梁,現(xiàn)澆箱梁具有梁高小、剛度大、整體性強、外形美觀、舒適行車性等優(yōu)點,而被廣泛應用在城市立交橋、高速跨線橋、高速匝道橋、航道跨線橋、異型橋等工程中。然而許多箱梁,在通車營運后,在各種因素的影響下,出現(xiàn)了縱向裂縫、豎向裂縫、混凝土破損、露筋、鋼筋銹蝕等一系列病害,危害橋梁的正常營運,縮短橋梁的使用壽命。造成這些病害的原因無外乎是設計、施工、使用等方面的原因。因此,如何從設計、施工質量監(jiān)督等方面入手,來減少現(xiàn)澆箱梁的病害就成了擺在工程質量監(jiān)督部門面前的一大課題。本文結合嘉興某高速公路樞紐內營運的現(xiàn)澆箱梁的病害,進行系統(tǒng)歸納和總結,分析其產生的原因,并提出了一定的防治措施,更好的指導工程質量監(jiān)督工作。

1 工程概況

某高速公路樞紐位于嘉興市境內,共有26座橋梁,共計349跨,橋型分別為預應力混凝土空心板、預應力混凝土小箱梁、等截面鋼筋混凝土連續(xù)箱梁、等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁和變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁。其中,等截面鋼筋砼箱梁、等截面預應力砼箱梁及變截面預應力砼箱梁共計有199跨,占57%。箱梁主要跨徑為20 m,還有少數其他跨徑的調整跨,橋寬在8～16.5 m不等,一般3～4跨一聯(lián),少數5～6跨一聯(lián),截面形式主要為單箱單室和單箱雙室,少數變寬截面為單箱多室,彎橋曲線半徑在80～14 000 m不等,混凝土強度等級均為C50,設計荷載均為汽-超20級,掛-120。

為了解樞紐橋梁在通車營運后技術狀況,對該樞紐內的各類橋梁進行了定期檢查,結果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆箱梁橋存在較多的病害,主要表現(xiàn)為箱梁腹板斜向、豎向裂縫,箱梁底板橫向裂縫,箱梁底板、頂板縱向裂縫,箱梁腹板及底板混凝土空洞,箱梁底板混凝土松散等,見圖1～圖4。

圖1 樞紐5#橋腹板豎向裂縫

圖2 樞紐22#橋底板橫向裂縫并在腹板延伸

圖3 樞紐13#橋底板砼空洞

圖4 樞紐13#橋底板砼松散

2 病害原因分析

造成上述病害的原因主要是設計、施工等方面的因素。設計方面常因工期或經濟的原因在方案設計時精力不足,對結構體系 (如彎橋結構)缺乏仔細的研究和優(yōu)化,結構細部構造粗糙等。施工方面質量低劣,典型的問題有澆筑模板質量差,保護層不足,水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護不當及預應力施加不合理等。

2.1 箱梁腹板斜向裂縫

腹板斜向裂縫也稱主拉應力裂縫,如圖5所示,一般發(fā)生在墩臺支承點至反彎點間的梁段上,與梁軸線成25°～50°角,并隨著時間的推移,裂縫數量會逐漸增加,裂縫區(qū)域也會逐漸向跨中方向發(fā)展。這類裂縫產生原因比較復雜,主要有縱向或豎向預應力不足、或損失過大;抗剪的普通鋼筋特別是腹板中的箍筋和彎起鋼筋設置過少;腹板厚度偏小;施工過程中預應力張拉不足,甚至漏掉而未張拉,或者混凝土強度未到張拉強度而進行張拉;剪力滯效應影響;箱梁內外溫差過大;箱梁的抗彎或抗扭剛度不足;偏心荷載下箱梁畸變應力過大;混凝土混合料及添加劑影響;縱向預應力束直線形布置、跨徑布置不合理等原因引起。

圖5 箱梁腹板斜向裂縫示意圖

2.2 箱梁腹板豎向裂縫

現(xiàn)澆混凝土施工的鋼筋混凝土和預應力混凝土連續(xù)箱梁的腹板上往往會出現(xiàn)垂直于梁軸向方向的豎向裂縫。豎向裂縫沿跨徑方向分布,在箱梁跨中部位往往間距較小,而在其他部位間距較大。一類箱梁腹板豎向裂縫是與箱梁底板橫向裂縫相連,即腹板豎向裂縫下端達到箱梁截面下邊緣,如圖6(a)所示。另一類箱梁腹板豎向裂縫是在頂板下梗腋 (箱外)和底板之間腹板的半高處,而且裂縫呈中間寬度較大兩端頭細小的棗核形裂縫,如圖6(b)所示。這兩類病害在曲線的匝道橋梁中尤為常見,并且裂縫寬度較寬,往往會超過規(guī)范限值。這種裂縫對箱梁的結構使用性能影響不大,但將大大影響橋梁的耐久性。箱梁腹板的豎向裂縫主要是由于施工中措施不當引起,即施工過程中約束了水化反應、日照溫差、相對濕度差以及混凝土自身收縮等因素導致的變形。

圖6 箱梁腹板豎向裂縫示意圖

2.3 箱梁底板橫向裂縫

箱梁底板橫向裂縫大致可歸納為三類:(1)發(fā)生在鋼筋混凝土連續(xù)梁的跨中區(qū)段,常常伴隨出現(xiàn)腹板上的豎向裂縫,如圖7(a)所示;(2)出現(xiàn)在節(jié)段施工的預應力混凝土連續(xù)箱梁的相鄰節(jié)段之間的接縫附近,如圖7(b)所示;(3)出現(xiàn)在后張法預應力混凝土連續(xù)箱梁底板齒塊后方區(qū)域,往往伴隨出現(xiàn)腹板的斜裂縫,如圖7(c)所示。

現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁底板橫向裂縫的出現(xiàn)屬于正常受力裂縫,但施工時預壓不夠,支架下沉會加劇這些病害的產生,橫向裂縫的存在一方面降低了截面剛度,另一方面箱梁內如若有積水且沿裂縫滲出,容易導致鋼筋銹蝕,降低了橋梁結構的承載力,對箱梁的耐久性有較大影響。預應力混凝土箱梁節(jié)段接縫附近的底板裂縫是由于波紋管走形引起的,對箱梁結構受力影響不大,但同樣影響結構的耐久性。預應力混凝土箱梁齒塊后的底板橫向裂縫屬于預加力作用產生的受力裂縫,初期發(fā)展很快,且裂縫寬度較大,對結構受力有一定影響。

圖7 箱梁底板橫向裂縫示意圖

2.4 箱梁底板、頂板縱向裂縫

在混凝土箱梁的底板、頂板表面出現(xiàn)沿梁長方向的縱向裂縫,長短不一?？v向裂縫大致可歸納為以下幾類:(1)由于溫差引起的應力 (自平衡應力)高于緩慢提高的混凝土抗拉強度,在底板較厚的梁根部,拆模后即存在的縱向裂縫[1]。(2)頂、底板橫向彎矩過大,無橫向預應力或橫向預應力損失過大而引起裂縫。(3)由于橋面曲線、施工誤差等原因,跨中預應力鋼束產生過大的向下拉崩力,混凝土抗力不足而引起裂縫[2]。這些裂縫的出現(xiàn)對箱梁受力特性有一定的影響,主要是混凝土箱梁在橫向的抗彎剛度與抗扭剛度下降。另外,底板縱向裂縫的出現(xiàn),其后果是底板混凝土分層、剝離崩壞,對橋梁結構安全性造成威脅;頂板縱向裂縫,若貫穿頂板厚度,則對混凝土箱梁的耐久性有影響。

2.5 箱梁腹板及底板混凝土空洞

由于現(xiàn)澆箱梁鋼筋比較密集,同時布置有較多的預應力筋,加之澆筑混凝土時振搗不到位,箱梁的腹板及底板會出現(xiàn)大面積的混凝土空洞,空洞內裸露波紋管或鋼筋。這些病害將減小截面尺寸,進而削弱了截面的抗彎剛度;同時水汽等進入將引起鋼筋、波紋管的銹蝕,大大降低結構的耐久性。

2.6 箱梁底板混凝土松散

由于澆筑混凝土時,模板沖洗不到位,底板模板沾有垃圾,在箱梁澆筑過程中,這些垃圾、雜物摻雜到混凝土中,從而引起混凝土松散現(xiàn)象。這也將減小箱梁的截面尺寸,進而削弱了截面的抗彎剛度。

3 防治措施

3.1 嚴把設計關

嚴把施工圖設計文件審查和施工圖設計交底工作,對設計未考慮或欠妥的地方予以指出,并要求其改進。要求設計人員要充分考慮溫差因素,盡量采用空間計算程序分析,準確模擬支座等約束?？山ㄗh設計人員增加箱梁的正、負彎矩區(qū)及腹板的鋼筋配置,并對腹板外緣宜適當增加豎向分布的縱向水平鋼筋[3]。

3.2 加強施工過程的質量監(jiān)督

(1)加強重點、難點工作的巡查力度

現(xiàn)澆箱梁很大部分都是在現(xiàn)場就地澆筑,當支架高度較高,承受荷載較大時,支架的安全性和穩(wěn)定性對主梁的質量影響大。支架地基的不均勻沉陷,將直接影響上部結構的質量,在箱梁底板、腹板出現(xiàn)裂縫,所以,支架設計和安裝的質量控制是監(jiān)督工作的重點和難點,必須加大巡查力度。同時,模板的質量及安裝,鋼筋材料、綁扎、安裝及保護層厚度控制,混凝土配合比,預應力筋管道安放、張拉及壓漿等關鍵點位、關鍵工序等若控制不好,也將產生上述病害,故非常有必要加強巡查力度。

(2)充分發(fā)揮監(jiān)理的作用

工程質量監(jiān)督機構應與工程監(jiān)理加強合作。監(jiān)督人員應轉變從傳統(tǒng)的對工程監(jiān)理的錯誤認識,不要把工程監(jiān)理看作是削弱自身權利的對象,去除對他們的抵觸情緒,應把工程監(jiān)理看作是有利于保證工程質量,為減輕自身工作負擔和壓力的不可缺少的好幫手。工程監(jiān)理是有利于監(jiān)督機構能夠隨時隨地了解和掌握施工現(xiàn)場工程情況不可缺少的眼線、耳目;是有利于促進工程質量提高不可或缺的施工現(xiàn)場戰(zhàn)斗員。因此,工程質量監(jiān)督機構應與工程監(jiān)理建立相互依靠、相互信任、相互協(xié)作的伙伴關系,讓工程監(jiān)理的作用得到充分發(fā)揮。

(3)積極推薦引入新設備、新工藝

從上述病害可以看出,現(xiàn)澆箱梁的大部分病害都是由于預應力張拉、管道壓漿不規(guī)范所引起。預應力施工中,張拉和壓漿是一個十分重要的兩道工序,必須嚴格按照設計要求施工。由于人為等因素,施加在鋼絞線上的預應力偏離設計要求,管道壓漿不密實,無法有效保護預應力結構等問題屢見不鮮。預應力智能張拉壓漿系統(tǒng) (如圖8和圖9)成功解決了預應力張拉壓漿施工過程中存在的這些問題,通過計算機軟件控制實現(xiàn)預應力張拉壓漿全過程自動化,杜絕人為因素干擾,能有效確保預應力施工質量[4]。工程質量監(jiān)督機構應積極推薦引入該類新設備、新工藝,以確保工程質量。

圖8 預應力智能張拉系統(tǒng)

圖9 大循環(huán)智能壓漿控制系統(tǒng)

4 結 語

現(xiàn)澆箱梁應用廣泛,由于設計、施工、使用等方面的原因,結構病害頻現(xiàn),危害橋梁的正常營運,縮短橋梁的使用壽命。工程質量監(jiān)督機構應根據其自身的職責,從質量監(jiān)督的角度入手,將箱梁的病害消滅在源頭上,真正打造出百年大計的優(yōu)質工程。

[1]樓莊鴻.論預應力混凝土梁橋的裂縫[J].公路交通科技,2000,17(6):49-52.

[2]姜海波,趙人達.富力桃園大橋箱梁合龍區(qū)域裂縫成因分析及加固[J].橋梁建設,2007,(6):72-74.

[3]浙江省交通運輸廳.中小跨徑橋梁典型病害防治手冊[M].北京:人民交通出版社,2011.

[4]王欣.預應力智能張拉壓漿系統(tǒng)在施工中的應用[J].山西建筑,2012,38(20):182-183.