浅谈大跨径钢构梁体裂缝的原因和防治

司裕胤

（贵州陆通监理有限公司,贵州 贵阳 550000）

一、梁体开裂的原因

(一)斜裂缝

1.取消弯起束。在梁桥设计中,比较普遍的做法是取消弯起束,用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉力的设计方案。这种做法虽然方便施工并减薄了腹板的厚度,但竖向预应力筋长度过短,预应力的损失也就过大,有效预应力很难得到有力保证,造成斜裂缝的大量出现,这已为多年的工程实践所证实。

2.主拉应力偏小。现在设计通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力,没有考虑横向的影响。

3.腹板特别是根部区段腹板偏薄,配置普通钢筋偏少。

4.施工操作不规范,有效预应力严重不足,有的竖向预应力筋甚至松动,根本没有张拉力。

5.个别桥梁施工质量差。悬臂施工盲目抢时间,在混凝土初凝时小于节段浇筑时间的情况下,既不对挂篮压重,又自内向外浇筑混凝土,导致挂篮下挠,节段界面上缘开裂,造成新桥即需压浆修补裂缝,在通车后不久出现严重斜裂缝。

(二)纵向裂缝

1.超载。在大跨径桥梁中,超载特别是超重车轴荷载的作用,对横向的影响比纵向更大。这是因为纵向弯矩中,自重占绝大部分;而横向弯矩,主要受活载的影响,轴重超过规范时,很易出现顶板下缘的纵向裂缝。

2.施加过大的纵向预应力。全预应力结构设计中,一般可留2.0Mpa-3.0Mpa的压应力储备。但有的设计人员误认为压力储备留得越大就越安全,其实这种做法既浪费钢束,又会导致纵向裂缝的产生。

3.温差力估计过小。

4.收缩裂缝。由于梁身浇筑在时间上有先后顺序,就会因收缩差而出现纵向裂缝。因此,节段浇筑时间间隔不要过长,截面配筋要考虑收缩影响。

5.支座布置的影响。对于大跨径连续梁,支座中心与腹板中心有一定的横向间距,如果横向预应力比较小,顶板上缘也会出现裂缝。

6.支座形式。墩上正确的横向支座布置,应该是一个固定,一个滑动,才可避免因温度、收缩或活载体作用时出现纵向裂缝。现在有的设计,很注意纵向支座的固定或滑动类型,这是正确的;但有时不注意横向,往往把横向两个支座都布置成固定的,在荷载、温度、收缩的作用下很容易导致开裂。

7.顶板较薄,要布置横向预应力束和普通钢筋,预应力筋的位置较难精确控制,一旦偏差较大,易在顶板下缘出现纵向裂缝。

8.在箱梁自重下腹板内侧有横向拉应力,与其他作用等组合,当配筋不足时会在腹板发生纵向裂缝。

9.变截面箱梁的底板由于施加预应力而产生径向力,当底板横向配筋不足时,会在底板横向跨中下缘及横向两侧底板加腋开始的上缘,出现纵向裂缝。

10.水化热导致开裂。这种现象往往出现在悬浇施工底板较厚的梁根部,尤其是在开气较冷时,拆模时即发现底板下缘存在纵向裂缝。

(三)垂直裂缝

1.有效预应力不足。过早加载,预应力徐变损失大。沿管道预应力损失偏大。底板预应力筋因管道压浆不饱满和浆体离析而锈蚀。

2.对剪力滞影响考虑不够。

3.梁体下挠过大以及斜裂缝过宽过多的影响,促使垂直裂缝出现。

二、裂缝的预防措施及整治方法

(一)裂缝的预防措施

1.保证有足够的斜截面强度.应采用三维箱梁的主拉应力,配置弯起束,同时也应配置竖向预应力束,更要充分考虑预应力损失。对竖向预应力束,应采用二次或多次张拉,确保其有效预应力。采取适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量,加密箍筋,加粗加密纵向水平钢筋等措施。

2.优先选用高标号、低水化热、较小干缩性的粉煤灰硅酸盐水泥;同时要严格控制水泥用量,控制水灰比,配制坍落度较小的混凝土,坍落度宜控制在10cm-14cm。

3.适当添加微膨胀剂、保水剂和减水剂,目的分别是部分补偿大体积混凝土的收缩,避免混凝土失水过快;为防止混凝土失水收缩,对混凝土保湿是关键,可在墙身上先覆盖吸水海绵垫层,再在其上覆盖塑料膜保湿。并按规定要求定时洒水,有条件的尽量采取蓄水养护。

4.选用精细骨料,尽可能选择粒径较大、吸水性较小、含水量较小的粗骨料,一般选用5mm-40mm的花岗石或石灰岩级配良好的碎石,含泥量不超过1%;尽可能选用级配良好、含泥量不超过2%的中粗砂。

5.控制混凝土入槽温度,尽可能减少混凝土内部的温差梯度,并避免高温和冬季低温时浇筑框架箱身混凝土。采取必要的措施控制混凝土内外温差在25℃左右,同时,在箱身内部配置足够的升温设施,随着水化热的变化规律而调节温度,并尽量使内外温度变化保持一致。

6.加强施工质量管理,严格按照规范施工。

(二)整治方法

对缝宽小于0.2mm的表面裂缝宜采用环氧胶泥嵌缝,用高强度结构胶封闭并用水泥胶进行表面处理;对贯穿裂缝采用化学灌浆,并用水泥胶进行表面处理。灌浆材料有封缝用环氧胶泥、粘贴灌浆嘴所用结构胶及灌浆材料。裂缝灌浆埋设的骑缝灌浆嘴,其孔距与排距视裂缝的宽度和通畅情况,及浆液粘度和允许灌浆压力而定。一般孔距和排距为20cm-30cm。在一条裂缝上布有几个灌浆孔(嘴)时,可按由深到浅、由下而上的顺序进行灌浆。灌浆的结束标准是以不吸浆为原则,吸浆率小于0.01L/min,或灌浆持续一定时间(一般为15分钟)亦可作为灌浆结束标准。对细微裂缝,需要用凝结时间较长的浆液;对较宽裂缝,需要用凝结时间较短的浆液。灌浆工艺流程如下:

1.缝面冲洗。电锤打孔后,用压缩空气将孔内粉尘和碎屑吹净。

2.嵌缝止浆。在要嵌缝的部位,沿缝人工画线,宽度5.0cm-10.0cm,并清除此范围内松动的混凝土碎屑及粉尘,然后沿缝用环氧胶泥嵌缝封闭。

3.压气试验、试漏。通过压气,了解灌浆孔(嘴)与裂缝畅通情况及是否漏气,以确定是否可以灌浆或必须重新埋灌浆嘴。灌浆设计压力一般为0.1Mpa-0.3Mpa。

4.配制浆液。

5.灌浆。灌浆前,应将所有孔(嘴)上的阀门全部打开,用压缩空气将孔内、缝内的积水吹净,并争取达到干燥或无水状态,然后灌浆。

6.冲洗管路。灌浆结束后,关闭孔(嘴)口阀门,立即拆卸管路,并用丙酮冲洗管路和设备。

7.封孔。对固化后强度达到或超过混凝土强度的灌化材料,灌浆后灌浆孔内的固结物不必清除;但对强度不太高的堵漏材料,应把灌浆孔内固结物清除干净,再用水泥砂浆封孔。裂缝灌浆一般选气温较低时进行,因为此时裂缝开展最大,浆液易于灌入,且浆材在裂缝内也不会因混凝土收缩而重新被拉开。

[1]倪志刚.卢浦大桥钢结构工程关键技术.中国铁道科学,2005年6期.

[2]潘际炎.大跨度钢桥.钢结构,2000年2期.