贵阳市某匝道桥横梁开裂原因分析及处理方案

苏 龙 ，胡章立 ，杨 絮

（1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550001；2.贵州省建筑设计研究院，贵州 贵阳 550002）

0 前言

贵阳市某匝道第三联孔跨布置为28 m+28.3 m+28 m，联长84.3 m，桥梁结构采用等高预应力钢筋混凝土连续箱梁，结构宽8.9 m，梁高1.6m，箱梁结构宽度比桥面宽度窄70 cm，两侧各预留35 cm外挂式防撞护栏的宽度，匝道桥面宽度均为9.6 m（包括带花池防撞墙）。为了满足下方行车的需求，该桥9#桥墩采用横梁结构形式，支座设置在加长的横梁两端，D9横梁计算跨径为24 m，截面高度为3 m，C50混凝土，预应力混凝土结构，其结构见图1。施工完毕后，横梁在支架和模板拆除过程中，发现其侧面混凝土表面有多条竖向裂缝。

图1 横梁结构示意图（单位：cm）

1 横梁检测及原因分析

为了进一步了解该桥D9横梁裂缝的开展对该结构构件的影响程度，经业主、设计、监理、检测和施工单位共同协商，主要对D9横梁的裂缝开展、混凝土匀质性、钢筋保护层厚度和混凝土强度等指标进行现场检测，对检测数据进行综合分析，分析横梁开裂的原因及处理措施。

1.1 裂缝检测

裂缝检测主要包括以下内容：（1）侧面裂缝分布位置测量，采用钢尺量测侧面裂缝位置，并对其裂缝分布的位置进行分析；（2）侧面裂缝宽度测量，对每条侧面裂缝各取5处典型位置采用裂缝观测仪进行宽度测量；（3）侧面裂缝深度测量，采用超声波平测法测试裂缝宽度最大处的裂缝深度；（4）底部裂缝观测。

检测结果表明，横梁共发现8条裂缝，其两侧的裂缝基本呈对称开展，横梁侧面裂缝表现为中间段较宽、两端逐渐变窄、未端细的形状，裂缝最宽位置位于横梁5#裂缝中段位置，缝宽达0.3 mm，裂缝最深位于横梁1#裂缝处，深度达到153 mm。

1.2 超声波均匀性测试

超声波均匀性测试包括三个方面内容：（1）D9横梁整体的超声均匀性测试，根据实测的声速值对横梁混凝土的密实度、均匀性进行评定。（2）预应力孔道的超声测试，其目的是为了检测预应力孔道是否有明显空隙，根据施工图纸标出预应力孔道直线段位置，采用对测法对预应力孔道位置进行声速测试，将孔道处声速值与横梁整体的实测声速值进行对比，从而判定预应力孔道是否有明显孔隙。（3）纵梁与横梁相交处横隔板超声均匀性测试。

检测结果表明测区混凝土匀质性较好。N2～N5预应力孔道测试的声速数据与整体20 cm×20 cm网格所测声速无明显差异，说明预应力孔道测线处无明显空隙。经施工单位对N3～N5波纹管内钢绞线进行查看，发现钢绞线数量与设计相符，但波纹管内未注浆，故推定预应力孔道测线处声速无异常是由于超声波沿钢束传播（该检测手段不能反映预应力孔道的灌浆程度），而N1预应力孔道测线处声速有较大异常，相对整体20 cm×20 cm网格所测声速明显变小，推定是由于N1孔道测线接近横梁底部，而横梁底部存在横向细小裂缝导致声速明显降低。箱梁和横梁相交处的横隔板混凝土声速无异常，匀质性较好。

1.3 钢筋保护层厚度测试

对横梁两侧采用钢筋扫描仪进行钢筋保护层厚度测试，每侧面测试10处位置的保护层厚度，测试结果表明满足设计要求。

1.4 横梁混凝土强度回弹测试

在横梁的两个侧面各布置10个测区，采用回弹仪对混凝土强度进行测试，推定强度值为51.6 MPa，换算强度平均值为58.7 MPa，满足规范要求。

经过现场检测和调查，发现该横梁的部分预应力锚索未按设计要求进行张拉，导致预应力不够，下缘拉应力超标，导致裂缝开展。

2 横梁处理措施

该横梁施工事故发生后，通过对该横梁强度、保护层厚度、裂缝长度、深度、位置的检测及现场调查，分析裂缝产生的原因是部分预应力张拉不到位。设计方先后考虑了五个处理方案，并进行了完整的结构计算，其中包括：

（1）考虑在D9横梁下加墩柱方案；

（2）考虑D9横梁拆除重建方案；

（3）重新穿束张拉18束方案（9束φs15-12，张拉应力为0.75 fpk、另9束φs15-15，张拉应力为0.78 fpk；

（4）重新穿束张拉18束方案（9束φs15-12，张拉应力为0.75 fpk、另9束φs15-15，张拉应力为0.75 fpk；

（5）重新穿束张拉 20束（20束 φs15-12，张拉应力为 0.75 fpk）。

基于所有预应力孔道均未灌浆，施工现场重新穿束的可行性，以及综合考虑工期、造价和社会影响等因素，设计方最终决定重新穿束张拉20束（20束φs15-12，张拉应力为0.75 fpk）方案为横梁开裂问题的处理方案，并征得现场业主、施工单位的同意，迅速予以落实、实施。

3 横梁复检

施工单位根据检测结果及时按照设计要求对该横梁进行了预应力锚索的张拉工作，为保证横梁的施工质量，张拉完毕后对该横梁进行了复检。

复检结果表明：（1）横梁两侧原有8条裂缝在预应力锚索重新张拉后均明显闭合，仅在原4#裂缝局部长度（约6 cm）可见裂缝痕迹，裂缝痕迹的宽度约为0.07～0.08 mm，由外表检查知，该处裂缝痕迹是因裂缝水泥砂浆脱落所致。（2）通过超声法对该横梁采取措施后整体匀质性进行检测，其声速平均为4 870 m/s，声速标准差98 m/s，声速离差值为2.01，与第一次检测结果相近，根据规范的相关规定，可推定测区混凝土匀质性较好，所测区域密实性较好。

由于横梁裂缝的产生对构件的整体性和耐久性有一定影响，尽管目前已经闭合，但仍然需要按照相关规范要求对裂缝进行封闭处理。

4 裂缝封闭处理

横梁裂缝拟采用赛柏斯（XYPEX）进行封闭处理，使用时以适当的比例与水泥混合后，以灰浆的形式涂刷或喷刷到混凝土基层表面，利用混凝土本身的成分在混凝土内部发生反应，生成不溶性纤维状的结晶物，遍布在混凝土内的微孔和毛细管道中，由于它和水有着良好的亲和性，可在施工后及很长一段时间里，沿混凝土基层的微细小裂缝和毛细孔道管的渗透水向内层反应发展，生成枝蔓状结晶体，填塞细小的渗漏水管道，从而取得提高混凝土强度和堵水防水的效果。

具体施工工艺为：基层处理→基面湿润→制浆→涂刷赛柏斯灰浆→检验→养护→验收。

5 成桥荷载试验检测

在对该横梁预应力重新张拉和裂缝处理完毕后，为进一步了解桥梁及D9横梁在设计荷载作用下的受力情况及变形情况是否满足设计和规范的要求，在竣工验收前对该桥进行了全桥荷载试验检测，其中重点对该横梁进行了承载能力检测。

5.1 静载试验

静载试验选取全桥桥跨及D9横梁进行试验检测评定，主要测试各跨正负弯矩最不利截面在相应控制荷载作用下的变形以及应力情况。试验的主要测试项目有：

（1）主梁最不利截面的挠度、应变测试；

（2）对主梁最不利截面观察可能发生的裂缝并监控其发展情况；

（3）横梁最不利截面的挠度、应变测试。

5.1.1 加载工况

本次试验采用弯矩等效方法进行理论分析，由空间结构分析软件MIDAS/Civil计算得出全桥弯矩包络图，首先确定最大内力构件。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）的规定，进一步在试验构件上确定内力控制断面。工况设置见表1，横梁工况的应变测点和挠度测点布置见图2、图 3。

表1 试验工况设置

图2 D9横梁截面应变测点布置图（单位：cm）

图3 D9横梁挠度测点布置图（单位：cm）

5.1.2 荷载效率系数

经计算，荷载试验方案确定由单向2车道公路-I级设计荷载控制，本次静载试验共采用5辆重约38 t重车进行加载，由此根据MIDAS/Civil计算得到各工况荷载效率，见表2。

表2 试验工况荷载效应

5.1.3 测试内容与测试方法

（1）应力（应变）测试

箱梁及横梁应力控制截面混凝土表面应力（应变），采用两种测试手段：a.在混凝土表面粘贴SZZX-BXXX智能振弦式数码应变计，匹配SZZX-ZH综合测试仪进行数据采集；b.在混凝土表面粘贴JMZX-212智能弦式数码应变计，匹配JMZX-3003综合测试仪进行数据采集。

（2）桥面挠度

箱梁控制断面桥面挠度采用精密水准仪进行测量。

（3）横梁挠度

横梁控制截面挠度采用百分表进行测量。

5.1.4 实测数据整理及其分析

本桥主梁在加载荷载作用下跨中截面的最大挠度为7.62 mm，D9横梁跨中截面的最大挠度为2.10 mm，小于《评定规程》限值，表明该联桥结构的纵向刚度满足设计荷载公路-I级要求，横梁竖向刚度满足公路-I级荷载要求。

在各工况作用下，主梁挠度校验系数最大为0.95，应变校验系数最大为0.89；D9横梁挠度校验系数最大为0.64，应变校验系数最大为0.79，均在《评定规程》中给出的预应力混凝土桥挠度校验系数的常值范围为0.60～1.00，应变（应力）校验系数的常值范围为0.50～0.90，满足《评定规程》的限值要求。其实测主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度均不大于0.20，符合《评定规程》规定的范围内，说明结构属于良好的线弹性状态。

5.2 动载试验

动荷载试验是为了测定桥梁结构的自振特性或在动力荷载作用下的受迫振动特性，通过动载试验评定该桥的行车性能以及行车安全和舒适度，本次主要测试内容有：

（1）动荷载本身动力特性：动荷载大小、方向、频率及作用规律；

（2）桥梁结构在动力荷载下的强迫振动响应、振幅、动应力、冲击系数。

由动载试验结果得知，无障碍行车试验最大动力系数为1.252，对应的动态应变增量系数为0.252；制动试验最大动力系数为1.175，对应的动态应变增量系数为0.175。行车及制动的各项动力系数均在正常范围内，满足规范及其《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求，桥梁整体动力特性良好，行车性能满足规范要求。

5.3 荷载试验结论

经现场检测，该匝道桥在试验荷载作用下整体工作性能良好，处于弹性工作状态，结构刚度、承载能力满足设计要求，各项检测指标满足规范要求。D9横梁在试验荷载作用下，未出现新的裂缝，原有裂缝闭合后未见重新发展，结构刚度、承载能力满足设计要求。结构验收荷载试验合格，桥梁满足设计荷载标准（公路-Ⅰ级）要求，能交付正常使用。

6 结语

由于该桥横梁在拆模时裂缝即被发现，及时检测，第一时间分析其裂缝产生的原因，加之其处理措施得当、迅速，根据该桥成桥检测试验结果，表明该横梁通过重新穿索的处理方案是合理的，效果是明显的，达到了设计和规范的要求，没有造成任何经济损失。该桥横梁施工事故的处理方法在类似的工程中具有借鉴意义。

[1]贵州工大土木工程试验检测中心股份有限公司.贵阳市某匝道桥D9横梁混凝土施工质量检测报告[R].2011.

[2]贵州省交通规划勘察设计研究院试验检测中心.贵阳市某匝道桥桥梁荷载试验报告[R].2011.

[3]徐日昶.结构振动测试[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,1993.

[4]林鸣,苏龙.贵州某T型梁旧桥的静动载荷载试验分析[J].山西科技,2008(6):110-112.

[5]中华人民共和国行业标准.公路桥梁承载能力检测评定规程（报批稿）[Z].

[6]苏龙,肖池,等.六盘水市白鹤高架桥荷载试验及分析[J].公路工程,2010(10).

[7]姜增国,瞿伟廉.跑车试验测定桥梁结构冲击系数的理论和应用[J].武汉理工大学学报,2002,24(8).

[8]YC4-4/1982,大跨径混凝土桥梁的试验方法[S].