从质量监督的角度分析现浇箱梁病害的原因和防治

沈根芳,徐建炜,余秋枫

(1.嘉兴市交通工程质量安全监督站,浙江 嘉兴 314001;2.浙江省交通科学研究所,杭州 310006)

0 引 言

近些年,我国的公路建设取得了较快的发展,修建了大量的公路桥梁,现浇箱梁具有梁高小、刚度大、整体性强、外形美观、舒适行车性等优点,而被广泛应用在城市立交桥、高速跨线桥、高速匝道桥、航道跨线桥、异型桥等工程中。然而许多箱梁,在通车营运后,在各种因素的影响下,出现了纵向裂缝、竖向裂缝、混凝土破损、露筋、钢筋锈蚀等一系列病害,危害桥梁的正常营运,缩短桥梁的使用寿命。造成这些病害的原因无外乎是设计、施工、使用等方面的原因。因此,如何从设计、施工质量监督等方面入手,来减少现浇箱梁的病害就成了摆在工程质量监督部门面前的一大课题。本文结合嘉兴某高速公路枢纽内营运的现浇箱梁的病害,进行系统归纳和总结,分析其产生的原因,并提出了一定的防治措施,更好的指导工程质量监督工作。

1 工程概况

某高速公路枢纽位于嘉兴市境内,共有26座桥梁,共计349跨,桥型分别为预应力混凝土空心板、预应力混凝土小箱梁、等截面钢筋混凝土连续箱梁、等截面预应力混凝土连续箱梁和变截面预应力混凝土连续箱梁。其中,等截面钢筋砼箱梁、等截面预应力砼箱梁及变截面预应力砼箱梁共计有199跨,占57%。箱梁主要跨径为20 m,还有少数其他跨径的调整跨,桥宽在8～16.5 m不等,一般3～4跨一联,少数5～6跨一联,截面形式主要为单箱单室和单箱双室,少数变宽截面为单箱多室,弯桥曲线半径在80～14 000 m不等,混凝土强度等级均为C50,设计荷载均为汽-超20级,挂-120。

为了解枢纽桥梁在通车营运后技术状况,对该枢纽内的各类桥梁进行了定期检查,结果发现现浇箱梁桥存在较多的病害,主要表现为箱梁腹板斜向、竖向裂缝,箱梁底板横向裂缝,箱梁底板、顶板纵向裂缝,箱梁腹板及底板混凝土空洞,箱梁底板混凝土松散等,见图1～图4。

图1 枢纽5#桥腹板竖向裂缝

图2 枢纽22#桥底板横向裂缝并在腹板延伸

图3 枢纽13#桥底板砼空洞

图4 枢纽13#桥底板砼松散

2 病害原因分析

造成上述病害的原因主要是设计、施工等方面的因素。设计方面常因工期或经济的原因在方案设计时精力不足,对结构体系 (如弯桥结构)缺乏仔细的研究和优化,结构细部构造粗糙等。施工方面质量低劣,典型的问题有浇筑模板质量差,保护层不足,水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等。

2.1 箱梁腹板斜向裂缝

腹板斜向裂缝也称主拉应力裂缝,如图5所示,一般发生在墩台支承点至反弯点间的梁段上,与梁轴线成25°～50°角,并随着时间的推移,裂缝数量会逐渐增加,裂缝区域也会逐渐向跨中方向发展。这类裂缝产生原因比较复杂,主要有纵向或竖向预应力不足、或损失过大;抗剪的普通钢筋特别是腹板中的箍筋和弯起钢筋设置过少;腹板厚度偏小;施工过程中预应力张拉不足,甚至漏掉而未张拉,或者混凝土强度未到张拉强度而进行张拉;剪力滞效应影响;箱梁内外温差过大;箱梁的抗弯或抗扭刚度不足;偏心荷载下箱梁畸变应力过大;混凝土混合料及添加剂影响;纵向预应力束直线形布置、跨径布置不合理等原因引起。

图5 箱梁腹板斜向裂缝示意图

2.2 箱梁腹板竖向裂缝

现浇混凝土施工的钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁的腹板上往往会出现垂直于梁轴向方向的竖向裂缝。竖向裂缝沿跨径方向分布,在箱梁跨中部位往往间距较小,而在其他部位间距较大。一类箱梁腹板竖向裂缝是与箱梁底板横向裂缝相连,即腹板竖向裂缝下端达到箱梁截面下边缘,如图6(a)所示。另一类箱梁腹板竖向裂缝是在顶板下梗腋 (箱外)和底板之间腹板的半高处,而且裂缝呈中间宽度较大两端头细小的枣核形裂缝,如图6(b)所示。这两类病害在曲线的匝道桥梁中尤为常见,并且裂缝宽度较宽,往往会超过规范限值。这种裂缝对箱梁的结构使用性能影响不大,但将大大影响桥梁的耐久性。箱梁腹板的竖向裂缝主要是由于施工中措施不当引起,即施工过程中约束了水化反应、日照温差、相对湿度差以及混凝土自身收缩等因素导致的变形。

图6 箱梁腹板竖向裂缝示意图

2.3 箱梁底板横向裂缝

箱梁底板横向裂缝大致可归纳为三类:(1)发生在钢筋混凝土连续梁的跨中区段,常常伴随出现腹板上的竖向裂缝,如图7(a)所示;(2)出现在节段施工的预应力混凝土连续箱梁的相邻节段之间的接缝附近,如图7(b)所示;(3)出现在后张法预应力混凝土连续箱梁底板齿块后方区域,往往伴随出现腹板的斜裂缝,如图7(c)所示。

现浇钢筋混凝土连续箱梁底板横向裂缝的出现属于正常受力裂缝,但施工时预压不够,支架下沉会加剧这些病害的产生,横向裂缝的存在一方面降低了截面刚度,另一方面箱梁内如若有积水且沿裂缝渗出,容易导致钢筋锈蚀,降低了桥梁结构的承载力,对箱梁的耐久性有较大影响。预应力混凝土箱梁节段接缝附近的底板裂缝是由于波纹管走形引起的,对箱梁结构受力影响不大,但同样影响结构的耐久性。预应力混凝土箱梁齿块后的底板横向裂缝属于预加力作用产生的受力裂缝,初期发展很快,且裂缝宽度较大,对结构受力有一定影响。

图7 箱梁底板横向裂缝示意图

2.4 箱梁底板、顶板纵向裂缝

在混凝土箱梁的底板、顶板表面出现沿梁长方向的纵向裂缝,长短不一。纵向裂缝大致可归纳为以下几类:(1)由于温差引起的应力 (自平衡应力)高于缓慢提高的混凝土抗拉强度,在底板较厚的梁根部,拆模后即存在的纵向裂缝[1]。(2)顶、底板横向弯矩过大,无横向预应力或横向预应力损失过大而引起裂缝。(3)由于桥面曲线、施工误差等原因,跨中预应力钢束产生过大的向下拉崩力,混凝土抗力不足而引起裂缝[2]。这些裂缝的出现对箱梁受力特性有一定的影响,主要是混凝土箱梁在横向的抗弯刚度与抗扭刚度下降。另外,底板纵向裂缝的出现,其后果是底板混凝土分层、剥离崩坏,对桥梁结构安全性造成威胁;顶板纵向裂缝,若贯穿顶板厚度,则对混凝土箱梁的耐久性有影响。

2.5 箱梁腹板及底板混凝土空洞

由于现浇箱梁钢筋比较密集,同时布置有较多的预应力筋,加之浇筑混凝土时振捣不到位,箱梁的腹板及底板会出现大面积的混凝土空洞,空洞内裸露波纹管或钢筋。这些病害将减小截面尺寸,进而削弱了截面的抗弯刚度;同时水汽等进入将引起钢筋、波纹管的锈蚀,大大降低结构的耐久性。

2.6 箱梁底板混凝土松散

由于浇筑混凝土时,模板冲洗不到位,底板模板沾有垃圾,在箱梁浇筑过程中,这些垃圾、杂物掺杂到混凝土中,从而引起混凝土松散现象。这也将减小箱梁的截面尺寸,进而削弱了截面的抗弯刚度。

3 防治措施

3.1 严把设计关

严把施工图设计文件审查和施工图设计交底工作,对设计未考虑或欠妥的地方予以指出,并要求其改进。要求设计人员要充分考虑温差因素,尽量采用空间计算程序分析,准确模拟支座等约束。可建议设计人员增加箱梁的正、负弯矩区及腹板的钢筋配置,并对腹板外缘宜适当增加竖向分布的纵向水平钢筋[3]。

3.2 加强施工过程的质量监督

(1)加强重点、难点工作的巡查力度

现浇箱梁很大部分都是在现场就地浇筑,当支架高度较高,承受荷载较大时,支架的安全性和稳定性对主梁的质量影响大。支架地基的不均匀沉陷,将直接影响上部结构的质量,在箱梁底板、腹板出现裂缝,所以,支架设计和安装的质量控制是监督工作的重点和难点,必须加大巡查力度。同时,模板的质量及安装,钢筋材料、绑扎、安装及保护层厚度控制,混凝土配合比,预应力筋管道安放、张拉及压浆等关键点位、关键工序等若控制不好,也将产生上述病害,故非常有必要加强巡查力度。

(2)充分发挥监理的作用

工程质量监督机构应与工程监理加强合作。监督人员应转变从传统的对工程监理的错误认识,不要把工程监理看作是削弱自身权利的对象,去除对他们的抵触情绪,应把工程监理看作是有利于保证工程质量,为减轻自身工作负担和压力的不可缺少的好帮手。工程监理是有利于监督机构能够随时随地了解和掌握施工现场工程情况不可缺少的眼线、耳目;是有利于促进工程质量提高不可或缺的施工现场战斗员。因此,工程质量监督机构应与工程监理建立相互依靠、相互信任、相互协作的伙伴关系,让工程监理的作用得到充分发挥。

(3)积极推荐引入新设备、新工艺

从上述病害可以看出,现浇箱梁的大部分病害都是由于预应力张拉、管道压浆不规范所引起。预应力施工中,张拉和压浆是一个十分重要的两道工序,必须严格按照设计要求施工。由于人为等因素,施加在钢绞线上的预应力偏离设计要求,管道压浆不密实,无法有效保护预应力结构等问题屡见不鲜。预应力智能张拉压浆系统 (如图8和图9)成功解决了预应力张拉压浆施工过程中存在的这些问题,通过计算机软件控制实现预应力张拉压浆全过程自动化,杜绝人为因素干扰,能有效确保预应力施工质量[4]。工程质量监督机构应积极推荐引入该类新设备、新工艺,以确保工程质量。

图8 预应力智能张拉系统

图9 大循环智能压浆控制系统

4 结 语

现浇箱梁应用广泛,由于设计、施工、使用等方面的原因,结构病害频现,危害桥梁的正常营运,缩短桥梁的使用寿命。工程质量监督机构应根据其自身的职责,从质量监督的角度入手,将箱梁的病害消灭在源头上,真正打造出百年大计的优质工程。

[1]楼庄鸿.论预应力混凝土梁桥的裂缝[J].公路交通科技,2000,17(6):49-52.

[2]姜海波,赵人达.富力桃园大桥箱梁合龙区域裂缝成因分析及加固[J].桥梁建设,2007,(6):72-74.

[3]浙江省交通运输厅.中小跨径桥梁典型病害防治手册[M].北京:人民交通出版社,2011.

[4]王欣.预应力智能张拉压浆系统在施工中的应用[J].山西建筑,2012,38(20):182-183.