橋梁工程中的連續(xù)剛構(gòu)裂縫與加固探討
2015-08-26
隨著高速公路和城市快速路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。特別是這類橋梁具有結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順性好、設(shè)置伸縮縫少和養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的得到人們的認(rèn)可。但是在大量修建這類橋梁后，也暴露出一些問(wèn)題，最突出的就是混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。其開裂的部位大多出現(xiàn)在箱梁的頂板、腹板和底板，裂縫主要表現(xiàn)為縱向裂縫、彎曲裂縫、彎曲剪應(yīng)力裂縫和主拉應(yīng)力裂縫，本文就剛構(gòu)梁的裂紋防治和加固進(jìn)行分析。
一、裂縫監(jiān)測(cè)及成因分析
在頂板底部距腹板10～15cm處普遍出現(xiàn)縱向裂縫，橋面上部水從裂縫中滲到頂板底部。裂縫開始于與前節(jié)段交接縫60cm～100cm處，裂縫長(zhǎng)度120cm左右，個(gè)別節(jié)段裂縫達(dá)200cm。
為了查明裂縫出現(xiàn)的原因，技術(shù)人員進(jìn)行專門的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，主要是監(jiān)測(cè)頂板縱向預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)頂板開裂部位橫向應(yīng)變值。
1.1成因分析
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在預(yù)應(yīng)力砼發(fā)展的初期，預(yù)應(yīng)力的目的是完全消除在使用荷載下砼的拉應(yīng)力，它被認(rèn)為是一種直到最大設(shè)計(jì)荷載仍不開裂、并處于彈性狀態(tài)的全新的均質(zhì)材料。此類設(shè)計(jì)在全部使用荷載下限制砼的拉應(yīng)力為零，即通常的所謂“全預(yù)應(yīng)力”。因“全預(yù)應(yīng)力”梁會(huì)出現(xiàn)由于偏心預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的過(guò)大的上拱度（恒重荷載產(chǎn)生的撓度僅能抵消上拱度的一部分），這種現(xiàn)象還會(huì)因砼徐變而加劇發(fā)展。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員過(guò)分追求“全預(yù)應(yīng)力”，為了滿足“全預(yù)應(yīng)力”的抗裂要求，過(guò)大的預(yù)壓應(yīng)力引起橫向拉應(yīng)變超出極限值而造成梁體出現(xiàn)縱向水平裂縫。
由于橋頂板縱向預(yù)應(yīng)力束平彎半徑過(guò)小(R=400m 或 500m)，造成橫向應(yīng)變超出了砼的極限拉應(yīng)變值。
?、诖我?頂板預(yù)應(yīng)力束過(guò)于密集，預(yù)應(yīng)力束管道之間的間距為17cm，而管道的直徑為11cm，所以管道之間的砼僅為6cm寬，從而削弱了結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)面積。
1.2監(jiān)測(cè)方案
為了從結(jié)構(gòu)本身杜絕裂縫的出現(xiàn)，項(xiàng)目部采取了在邊跨頂板底面橫向粘貼混凝土應(yīng)變片，在中跨頂板底面及頂面橫向粘貼混凝土應(yīng)變片的方案進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。采用UCAM及YJ-26應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試。
張拉測(cè)試時(shí)間：2011年8月8日下午13:40～17:00，溫度39℃左右。
2、檢測(cè)結(jié)果及裂紋防治措施
2.1檢測(cè)結(jié)果分析
在腹板束張拉過(guò)程中，頂板箱內(nèi)應(yīng)變均較小，橋面受溫度影響產(chǎn)生明顯的拉應(yīng)變。
從實(shí)測(cè)的橫向拉應(yīng)變結(jié)果表明：頂板束水平彎曲產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)變，由于中跨在頂板半高部位靠近平彎預(yù)應(yīng)力束處增加了一層橫向水平鋼筋(見(jiàn)圖8)，分擔(dān)并擴(kuò)散了橫向拉應(yīng)力，頂板底部的拉應(yīng)變比邊跨的拉應(yīng)變大為降低，從根本上阻止了裂縫的開展；
而邊跨則按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了施工，在頂板束張拉過(guò)程中，中跨頂板橋面3、4號(hào)點(diǎn)位拉應(yīng)變較大，頂板箱內(nèi)拉應(yīng)變最大為50，邊跨頂板箱內(nèi)2、3、6號(hào)點(diǎn)位拉應(yīng)變較大。該應(yīng)變值已達(dá)到混凝土極限拉應(yīng)變值，雖然表面尚未出現(xiàn)裂縫但內(nèi)部已經(jīng)開裂。
（2）裂紋防治措施
?、僭诰囗斆?5cm處增設(shè)一層φ16@15cm構(gòu)造鋼筋
?、谠陧敯迨綇潊^(qū)段適當(dāng)加設(shè)U形拉接筋，增加結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力；
?、劢ㄗh設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)較大噸位的縱向預(yù)應(yīng)力時(shí)，充分考慮由于縱向應(yīng)力而引起的橫向應(yīng)力值是否超過(guò)了砼本身的拉應(yīng)力值；
?、芙ㄗh設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力時(shí)，充分考慮波紋管道對(duì)結(jié)構(gòu)本身截面積的削弱程度；
?、萁ㄗh設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)腹板厚度時(shí)，充分考慮能夠承受集中的錨固力，如若腹板太薄或砼強(qiáng)度太低也會(huì)引起預(yù)應(yīng)力束線方向的開裂。為避免砼的開裂，可以用主動(dòng)鋼筋網(wǎng)和豎向預(yù)應(yīng)力筋并借助應(yīng)力箍來(lái)錨固；
?、藿ㄗh施工單位在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，砼要有足夠的齡期,最好在7天之后施加，讓砼有足夠的彈性模量和抗拉應(yīng)力。
3.裂縫整治措施
3.1裂縫灌漿修復(fù)
?、傺乜p對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，清除松散灰漿、砂粒、油垢，使縫隙暢通、干燥。
?、谑褂霉嗫p膠摻入水泥或大白粉作為封閉膠埋設(shè)注嘴和封縫，注漿嘴埋設(shè)在裂縫端部、交叉處和較寬處，間隔300-500mm。
?、劭p膠固化使用壓縮氣體試壓，確認(rèn)灌注通道暢通、密封無(wú)泄漏。
?、軐⒐嗫p膠按規(guī)定比例調(diào)配好，立即裝進(jìn)壓力罐，盡快將其注入到裂縫中。灌漿一般應(yīng)按由寬到細(xì)，由一端按注漿嘴順序；從第一注漿嘴開始灌注，待下一注漿嘴出漿后關(guān)閉本注漿嘴，在下一注漿嘴繼續(xù)壓力灌注，依次進(jìn)行。對(duì)垂直裂縫應(yīng)按由低到高的順序進(jìn)行，縫隙全部注滿后應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)定壓力一定時(shí)間，吸漿率小于50ml/h后停止注漿，關(guān)閉注漿嘴。
⑤膠液固化后，敲去注漿嘴。
3.2粘貼碳纖加固補(bǔ)強(qiáng)
?、僬迟N碳纖加固補(bǔ)強(qiáng)施工方法
a.施工前應(yīng)對(duì)粘貼部位混凝土的表層含水率及所處環(huán)境強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙，在加固部位放線定位。
b.清除被加固構(gòu)件表面疏松部份，至露出混凝土結(jié)構(gòu)層，若有裂縫應(yīng)先行修補(bǔ)，然后用修補(bǔ)材料將其表層修復(fù)平整，粘貼部位的混凝土若表面堅(jiān)實(shí)，也應(yīng)除去浮漿層和油污等雜質(zhì)，并打磨平整，構(gòu)件轉(zhuǎn)角粘貼處打磨成圓弧狀，表面打磨后，應(yīng)用強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)將表面粉塵徹底清除。
c.底膠應(yīng)用滾筒刷或物制的毛刷均勻涂在已用清洗劑擦凈混凝土表面，調(diào)好的底膠應(yīng)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，避免造成浪費(fèi)。
d.經(jīng)清理、打磨后的混凝土表面，若有凹陷處，應(yīng)抹成平面。
e.粘合劑的配制，應(yīng)按粘合劑的配制比例和工藝要求進(jìn)行，調(diào)膠應(yīng)攪拌均勻，無(wú)氣泡產(chǎn)生，防止灰塵等雜質(zhì)混入，且應(yīng)有專人負(fù)責(zé)。
②粘貼碳纖維織物的施工要求
a.裁剪60cm寬的碳纖維織物；
b.將配制好的粘結(jié)劑均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土面上；
c.將裁剪好的碳纖維織物敷在涂好粘合劑基層上；
d.用特制的滾筒沿碳纖維方向在已粘好的碳纖維織物的面上多次滾壓，使粘合劑充分浸透，并使其平整、無(wú)氣泡。
e.在最后一層碳纖維的表面應(yīng)均勻涂抹一道粘合劑；
?、壅迟N碳纖維織物的施工安全要求
a.碳纖維織物為導(dǎo)電材料，施工時(shí)應(yīng)使其遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。
b.各種粘合劑應(yīng)在其說(shuō)明書規(guī)定的環(huán)境溫度中密封儲(chǔ)存，并遠(yuǎn)離火源，且避免日光直射。
c.粘合劑的配制應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，其操作環(huán)境及施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保持良好通風(fēng)，施工人員應(yīng)戴防護(hù)口罩、手套和穿工作服。
4 結(jié)束語(yǔ)
自對(duì)箱梁頂部倒角處鋼筋進(jìn)行了加密和補(bǔ)強(qiáng)，到全橋成橋后，在張拉工序完成后拆除模板，觀察到混凝土表面平整光潔，沒(méi)有出現(xiàn)上述類似裂縫情況，證明采取的防裂措施是有效的。
同時(shí)加固補(bǔ)強(qiáng)方案實(shí)施后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果證明混凝土內(nèi)部裂縫已消除，裂縫灌注飽滿、密封完整，強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求且混凝土的結(jié)構(gòu)性能良好；碳纖維粘貼平整、牢固、無(wú)氣泡、空鼓等現(xiàn)象。
