连续刚构桥0#块裂缝处理及预防探讨

李俊德

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011)

0 引言

连续刚构桥具有跨越能力优越、外形美观、结构受力合理的特点，在跨江跨河桥梁比选中有明显的优势。但随着连续钢构桥被人们熟知，连续钢构桥的缺陷也暴露，混凝土裂缝不断出现在建设和使用过程中。连续钢构桥混凝土裂缝的出现至今没有解决的方法，且现有技术对裂缝的处理效果不理想，因此需采取措施将混凝土裂缝限制在合理范围内，并探索更有效的裂缝处理措施。

1 工程概况

鹿寨二桥的主桥上部构造为(50+80+50) m预应力混凝土连续刚构，主桥分左右幅布置，采用单箱单室截面，根部梁高4.5 m，单幅顶宽14.5 m，底宽7.0 m，梁板设2%的横坡，采用C55混凝土。按照设计图纸要求0#、1#块采用牛腿托架法一次性浇筑，浇筑方量137.2 m3。主墩6#、7#墩身为空心薄壁墩，顺桥向长3.0 m，横桥向宽7.0 m，壁厚0.6 m，墩顶设有1.5 m厚的实心混凝土，截面图如图1～2所示：

图1 0#、1#块一般构造图(单位：cm)

图2 0#、1#块截面图(单位：cm)

2 6#墩左幅裂缝分布情况及检测

鹿寨二桥6#墩左幅0#、1#块采用牛腿托架现浇的方式作为现浇支架，支架在安装现浇段底模板后进行了预压，预压方式为预应力反拉方式，消除了支架及部分底模的永久变形并得出了现浇支架的弹性变形量，均在0#、1#块施工方案计算的允许范围内。项目按照设计图内容，完成混凝土浇筑，并在浇筑完成3 d后拆模发现6#墩左幅0#、1#块现浇段在0#块腹板的箱内、外均出现了分布不均的裂缝，其中0#块箱梁内侧腹板隔板处出现较细微的不规则裂缝，腹板外侧出现了2条由桥墩向桥面方向延伸的竖向裂缝，外侧的竖向裂缝宽度较内部裂缝略宽，且呈对称有规律分布。

为确定裂缝的情况，利用了裂缝综合测试仪、混凝土碳化深度测量仪、非金属超声波仪等仪器进行了裂缝检测，对左幅6#墩0#块箱内及腹板箱外进行外观检测和特殊检测，检测内容包括外观检测、混凝土回弹检测、混凝土碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、典型裂缝深度检测，检侧部位及检测数量见表1～2以及图3～4。

表1 检侧部位及检测数量表

(1)左幅6#墩0#块隔板存在6道裂缝，裂缝总长3.10 m，单道裂缝长度在0.10～1.00 m之间，裂缝宽度在0.04～0.16 mm之间；典型裂缝深度为26 mm。

表2 主梁0#、1#块箱梁内裂缝病害汇总表

图3 左幅6#墩0#块隔板6#跨侧裂缝分布图

图4 左幅6#墩0#块隔板7#跨侧裂缝分布图

(2)左幅6#墩0#块腹板箱外存在2道泛碱竖向裂缝，裂缝总长4.45 m，单道裂缝长度在1.85～2.60 m之间，裂缝宽度在0.12～0.14 mm之间，典型裂缝深度>63 mm(见表3和图5)。

表3 左幅6#墩0#块左腹板箱外裂缝病害汇总表

图5 左幅6#墩0#块箱外裂缝分布图

(3)经过材质状况检测结论左幅6#墩0#块左腹板外侧面混凝土碳化深度为0，混凝土强度推定值>60 MPa，抽检部位箍筋保护层厚度在19～36 mm之间。

为准确地找到各裂缝产生的原因，检验病害危害程度，为后期其它0#、1#块施工提前改进措施，并找到合理的裂缝处置方案，建设单位组织召开了“鹿寨二桥0#块腹板裂缝专家咨询会”，邀请了设计、施工等各方专家进行分析、讨论。经现场查看、分析检测结果数据，与会专家认为内外的裂缝产生的原因是多方面的，对于箱内及箱外裂缝产生的原因是不同的：(1)箱内裂缝产生的原因主要是由于0#、1#节段同时浇筑混凝土，混凝土强度标号高，水泥用量大，在混凝土内部产生的水化热致使混凝土内外温差大产生裂缝。(2)箱梁外腹板产生的裂缝主要原因是由于0#、1#节段新浇筑的混凝土与原薄壁墩的旧混凝土为刚结点，而两部分混凝土的龄期相差较大，则产生的混凝土收缩徐变不同，墩身混凝土对0#块混凝土收缩产生约束，使墩顶及墩顶两侧0#块混凝土收缩应力集中而出现裂缝。(3)连续刚构的钢筋骨架没有设置防裂钢筋网，没有能对混凝土起到应有的防裂作用。但产生的裂缝为非结构裂缝，应及时封闭处理。

3 左幅7#墩0#、1#块在施工中采取的预防措施

在总结了左幅6#墩腹板内外产生裂缝的原因后，在对应的7#墩左幅0#、1#块托架现浇施工中采取了如下预防措施：

(1)为减少混凝土产生的水化热进行了混凝土配合比的调整，增加了混凝土配合比中的粉煤灰及矿粉的用量替代原有部分的水泥用量，并选择在夜间进行混凝土浇筑，降低混凝土的入模温度。

(2)设置冷却管，以降低混凝土内部温度，减少混凝土内外温差。在0#块纵向方向布设3排φ30×2 mm的薄壁黑铁管作散热冷却管，采用架立钢筋固定，冷却管沿路线纵向间距为1 000 mm，离墩柱纵向端头距离500 mm，每排设有1个进水口及1个出水口，冷却管竖直方向成“U”布置，冷却管竖向间距为1 000 mm，离腹板边距离为1 000 mm。单排(根)冷却管长度25.73 m，整个0#块冷却管用量25.73×3=77.18 m(见图6)。

(a)平面图

(b)立面图图6 冷却管整体布置图(单位：cm)

(3)由于0#、1#块与薄壁墩接缝在刚结点位置，容易产生裂缝，如将0#块与薄壁墩接缝位置向下转移，将与0#、1#块连接的50 cm长的薄壁墩混凝土归为0#、1#块同时施工，并在薄壁墩连接处设置防裂钢筋网减少收缩徐变的应力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。

经过对裂缝产生的原因进行了深入分析，并在左幅7#墩0#、1#块施工时采取了以上预防措施，完成预防措施后进行了混凝土浇筑，浇筑后进行冷却管循环和表面湿水养护7 d。养护到期后经过检查，左幅7#墩0#、1#块混凝土在箱内及箱外并没有发现与左幅6#墩0#块类似的裂缝产生，避免了各种裂缝的再次出现，使用的预防措施有效。

4 裂缝处理方案

经过专家论证，0#块箱内腹板裂缝产生主要原因是由于水化热导致的温差过大产生裂缝，外侧腹板裂缝由于新旧混凝土龄期相差过大引起的应力集中而产生竖向裂缝。两个位置的裂缝为非结构裂缝，应按规范要求对不同原因产生的裂缝按照裂缝的宽度、裂缝发展的碳化深度采用不同的修补方案进行处理：

(1)根据现场使用检测设备检测并形成检测报告，对报告中主要集中在0#、1#节段腹板内由于水化热的原因产生的裂缝宽度≤0.2 mm的混凝土表层细微裂缝使用表面涂装封闭的方法。主要采用防水封闭修补材料、粘结材料、表面防水涂装材料进行修补。为保证修补区域的美观，先将需要修补的裂缝分好需要修补的区域，将裂缝位置清理干净，保持修补区域的干燥，使用按照配合比配制好的环氧树脂修补剂，利用裂缝表面的毛细渗透作用使修补剂渗透到裂缝内，待修补剂凝结后涂刷粘结剂和表面防水涂料将裂缝完全封闭，表面的防水涂料注意与周边混凝土的色泽一致，保证修补美观。

(2)对主要集中在0#、1#节段腹板外侧，主要由于新旧混凝土收缩徐变不同，产生的裂缝宽度>0.2 mm但是裂缝深度没有超过钢筋保护层厚度的，并且裂缝的范围、长度较小的裂缝，可采用开槽修补法进行裂缝修补：

①采用先将裂缝产生范围进行圈定，保证开槽外观规则整齐，在开槽边界位置使用切割机将边界切割，深度不超过钢筋保护层约为20～40 mm。

②将开槽范围内的破碎混凝土使用机械全部凿除至切割深度。

③使用经过试验审批通过的，具有较低的流动性，具备一定膨胀作用的高强度环氧砂浆进行修补。

④开槽修补完成后，采用粘结材料、表面防水涂装材料进行修补封闭。

(3)用于修补0#、1#节段腹板外侧裂缝>0.2 mm，裂缝的深度超过钢筋保护层厚度的裂缝，使用压浆法将流动性较好的修补剂将裂缝周边封闭。压浆法主要是使用抽空和压浆设备，利用修补腔内的负气压，通过压力和毛细渗透作用将黏度较低而流动性好、强度高的修补剂压入裂缝较深处进行修补。压浆法修补的主要步骤是：

①在裂缝的周围将需要修补的范围圈定，圈定修补范围时注意预留压浆注胶底座的宽度，便于安装注胶底座使注胶底座能够充分与梁体粘结紧密起到密封的作用。

②为保证压浆剂能够充分渗透至裂缝深处，需要将裂缝位置使用打磨机将表面的混凝土清除2～3 mm，局部裂缝较深的位置可用开槽的方式，但开槽的深度不应超过钢筋保护层的厚度，以达到压浆修补的最佳效果。

③将打磨开槽好的位置进行清理，保证打磨和开槽的深度足够，打磨开槽后裂缝表面注意清洁，不能让打磨或开槽后污染物将裂缝堵塞，保证压浆时修补剂能够渗入裂缝深度。

④在裂缝周边标注注胶底座的位置，在预埋注浆底座前先涂刷粘结剂，使预埋的注胶底座与梁体粘结密封，注胶底座安装的间距宜20～30 cm范围，并且在安装注胶底座时注意避开裂缝缝口，以免堵塞缝口造成注浆困难。

⑤注胶底座安装完成后可以使用抽空设备对密封效果进行试验，如发现底座密封效果不好，可以在底座的周边用粘结剂再次进行封闭修补，直到能达到压浆所需的负压强后才能进行压浆。

⑥压浆材料必须做好配比，保证压浆材料具有充分的流动性，达到填补的作用，同时试配的压浆材料要具备现场的可操作性，使现场的配制和压浆留有足够的时间，保证修补剂达到的强度高于结构主体混凝土的强度，外观色泽达到裂缝修补效果。

⑦压浆时先将封闭区域抽空至负压状态，能达到-0.2 MPa以上最佳，压浆时注意要从下部往上压浆，以保证压浆的密实效果，在压浆过程中要控制好压浆的速度，压浆速度宜慢而均匀，压浆过程中通过负压力作用使浆通过毛细作用压到裂缝内，缓慢的压浆可以保证缝隙内的空气排干净，在压浆的同时要继续抽空，保证负压效果不减弱，直到压浆完成为止。在压浆完成后不能立即拆除注入器，必须保持8～24 h的压力(具体的时间要根据试配的压浆剂凝固时间而定)，待压浆液凝固后方可拆除注入器。

⑧压浆完成后将裂缝周边残留的杂物清理干净，并在裂缝位置设置观测点，对后续每次完成的悬臂节段进行观测，在全桥合龙后对观测的数据进行分析，确认裂缝没有进一步发展或重复出现后再对裂缝表面修饰。

5 腹板内外裂缝后期持续观测结果

经过分析并按照处理方案处理完成后对裂缝设置的观测点进行观测，随着挂篮悬臂施工继续推进，0#块箱内外裂缝未继续发展也未见新的裂缝产生。因此，根据观测结果可以判定，鹿寨二桥左幅6#墩0#块边箱内外裂缝在随后的各节段施工过程中、施工完成后直至全桥合龙，连续钢构的预应力施加完成均未发现裂缝进一步发展及周边没有其它新裂缝产生，因此可以判定裂缝已经稳定，裂缝产生原因分析准确，处理方案能够达到预期效果。后期再对修补裂缝修饰，使裂缝表面平整光洁且与周围混凝土颜色接近。

6 裂缝预防及处理效果

通过对鹿寨二桥左幅6#墩0#块腹板裂缝的检测，对裂缝产生的原因进行深入分析，制定了防治措施，对产生的裂缝制定了处理方案，并根据处理后预留的观测点对后期裂缝观测结果进行分析，可得出如下结论：

(1)通过修改混凝土配合比，增加粉煤灰和矿粉的掺量，减少高标号混凝土水泥用量，将产生较大的水化热，通过增设冷却水管循环系统降低水泥水化热导致的混凝土内外温差过大而产生温度裂缝，但温度裂缝只是产生箱内裂缝的主要原因，并不是箱外腹板出现裂缝的主要原因，通过在本桥梁其他0#、1#节段的施工过程中增设冷却段后，箱内隔板处没有出现裂缝而得到验证。

(2)通过裂缝产生的原因分析及通过预防措施处理后可以确定0#、1#节段的下半部分新浇筑混凝土与桥墩顶面的旧混凝土接触位置受到旧混凝土已经收缩徐变稳定的影响，限制了下半部分新浇筑混凝土收缩幅度，上部新混凝土收缩幅度大而导致整个0#、1#节段内部混凝土收缩应力不均，产生内部应力集中导致裂缝产生。为降低0#、1#节段与桥墩混凝土龄期及刚结点连接处结构特性的影响，可以采用将0#块与薄壁墩接缝位置向下转移，将部分薄壁墩混凝土归为0#、1#块同时施工，并在薄壁墩连接处设置防裂钢筋网减少收缩徐变的应力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。通过专家论证及设计方面的判定，腹板处出现的裂缝并非因为设计受力不合理或是未按图施工导致的结构裂缝，属于表面的收缩裂缝，按照裂缝的处理方案进行处理，不会影响结构安全。

(3)在悬臂现浇施工初始阶段，0#、1#节段只是完成了混凝土的浇筑，对于设计的纵向、竖向预应力并没有施加，此时的受力状态对防止裂缝产生不利，在后期预应力施加后可以得到改善，并随着施工的推进，桥梁逐步达到设计的受力状态，使0#、1#节段整体属于受压区域，有利于裂缝的闭合，并在后期的裂缝观测记录的数据中得到了验证。

(4)裂缝的处理根据裂缝的宽度、深度均有不同的处理方案，对于裂缝宽度≤0.2 mm，裂缝深度未达到保护层厚度的裂缝采用表面处理的方案；对于处理宽度>0.2 mm的裂缝，裂缝深度小于保护层厚度的裂缝可以采用开槽处理的方案；宽度>0.2 mm，裂缝深度超过保护层厚度的裂缝，可采用压浆法的方案进行处理。通过鹿寨二桥裂缝的处理效果看，处理的质量及外观都获得了较好的效果。

7 结语

本文采用实际案例对连续刚构桥混凝土的裂缝进行探讨与验证，有效地将裂缝限制在合理范围，且所采取的措施对裂缝的处理效果都较理想。本文中连续钢构桥的裂缝处理实例仅有鹿寨二桥两个0#块进行对比分析，对裂缝所采取的样本数量偏少，因此本文的结论难免存在不足之处，但对于同类型的薄壁墩连续刚构桥施工中0#块裂缝的防治、裂缝的处理亦有一定借鉴参考作用。