普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁裂縫檢測分析與處治的研究

1、JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT文章編號 : 10020268 (2004) 03005105普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁裂縫檢測分析與處治的研究曹興松周德培(西南交通大學(xué) , 四川 成都 610031)摘要 : 通過四川成南高速公路嘉陵江大橋 (西引橋) 普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁頂 、底 、翼板出現(xiàn)裂縫的問題 , 根據(jù)現(xiàn)場檢測資料分析 , 就其裂縫產(chǎn)生的原因 , 裂縫對橋梁結(jié)構(gòu)的影響及裂縫處治和加固進行探討和實踐 , 并就同種橋梁結(jié) 構(gòu)設(shè)計 、施工工藝 、材料選擇和養(yǎng)護工藝等方面提出預(yù)防與控制裂縫的措施 ,

2、并取得成功經(jīng)驗 , 具有一定的實用價值 。關(guān)鍵詞 : 普通鋼筋混凝土 ; 箱梁 ; 裂縫 ; 預(yù)防與控制中圖分類號 : U448134文獻標(biāo)識碼 : AAnalysi s of Cra cks o n Reinfo rc e d Co ncrete Co ntinuo u s Bo x Be a ma nd Co ntrolling Metho d s StudyCAO Xingsong , ZHOU Depei( Southwest Jiaotong University , Sichuan Chengdu 610031 , China)Ab stract : Many cracks are

3、 discovered on the top , bottom and flank for the box beam of west bridge approach of Jia Ling River Bridgewhich is made of reinforced concrete continuous box beam and located at ChengduNanchong expressway in Sichuan province1This paper analyzes the cause of cracks on the basis of the datum from the

4、 checking and measurement in situ and discusses the effect of the cracks on stability of the bridge1According to the structure design , material , construction and maintain technological process , the methods ofcontrolling crack are put forward , and the effect is very good1The success experiences h

5、ave important practical value1Key word s : Reinforced concrete ; Continuous box beam ; Crack ;Checking and measurement普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁在西部高速公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用 , 但是 , 連續(xù)箱梁普遍出現(xiàn)的裂縫 也引起了同行對箱形結(jié)構(gòu)的極大關(guān)注 。盡管箱梁在設(shè)計中充分考慮了安全系數(shù) , 但在施工過程中或成橋狀 態(tài)下仍出現(xiàn)不同程度的裂縫 。本文針對四川成南高速 公路嘉陵江大橋西引橋普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁在施 工過程中與成橋狀態(tài)下頂 、底 、翼板等部位出現(xiàn)大面 積裂縫進行檢測分

6、析 , 提出一整套處治與加固方案 ,座特 大 橋 , 分 為 主 橋 和 東 、西 引 橋 , 全 橋 總 長 2420112m 。其 中 : 西 引 橋 ( 成 都 岸 ) 全 長 492101m ,共分 成 三 聯(lián) 。第 一 聯(lián) 為 5 20m 鋼 筋 混 凝 土 連 續(xù) 箱 梁 ; 第二聯(lián)為 6 30m 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T 梁 ; 第三聯(lián)為 7 30m 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T 梁 , 每 支簡支 T 梁均采用橋面連續(xù) , 5 20m 鋼筋混凝土連 續(xù)箱梁 , 混凝土設(shè)計等級為 C40 , 采用滿堂支架就地 整體現(xiàn)澆 。在 2000 年 8 月完成第一 、二 、三跨澆筑 ,于

7、2000 年 9 月卸除支架后發(fā)現(xiàn)頂板 、底板 、側(cè)板和并提出預(yù)防與控制其產(chǎn)生裂縫的措施 , 同時 ,該橋取得了成功實踐 , 收到良好的效果 。應(yīng)用于翼板出現(xiàn)大面積的縱 、橫向裂縫 ,裂縫現(xiàn)象比較突出 , 用肉眼觀察 , 和深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范要求值 , 注 。尤以翼板和底板通其裂縫寬度 、長度 引起各界的廣泛關(guān)1嘉陵江大橋概況嘉陵江大橋是成 (都) 南 (充) 高速公路上的一對橋梁的危害 。2箱梁裂縫檢測分析2 li ti0(1)dc =- 12ti211箱梁裂縫的檢測針對頂 、底 、腹和翼板出現(xiàn)如此多的縱 、橫向裂 縫 , 為查明裂縫情況 , 分板裂縫成因及對橋梁的危 害 , 于 2001 年

8、 7 月 3 日至 7 日委托西南交通大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗中心進行現(xiàn)場檢測 。檢測工作包括對邊跨 、次 邊跨 的 底 板 、側(cè) ( 腹) 板 、翼 板 進 行 裂 縫 寬 度 、長 度 、深度進行檢測 , 并繪制裂縫圖 。21111檢測及分析方法首先將裂縫形狀 、走向畫成圖 , 然后用裂縫觀測 儀測量其寬度 , 用鋼尺測量裂縫長度 , 用非金屬超聲波檢測儀測量裂縫深度 。具體在一條裂縫采用三點控 制測量方法即測量一條裂縫的三個控制點的寬度 、 長度 、深度 , 再在裂縫圖上標(biāo)注裂縫寬度 、長度及深 度 。采用平測法確定裂縫寬度 , 如式 (1) 。并根據(jù)檢 測結(jié)果 、裂縫圖 、施工工藝初步分析裂縫成圖

9、以及其其中 , dc 為裂縫寬度 ; li 為不跨裂縫時第 i 次的超聲傳播距離 ; ti0 為測距為 li 時跨裂縫的聲時值 ; ti 為 測距為 li 時不跨裂縫的聲時值 。21112 檢測結(jié)果從檢測數(shù)據(jù) (由于篇幅限制 , 文中只列出部分檢 測數(shù)據(jù)) 可以看出 , 側(cè)板裂縫最大寬度為 013mm , 多 數(shù)裂 縫 寬 度 在 0115 0125mm 之 間 , 最 大 深 度 為105mm , 多數(shù)裂縫深度在 5080mm 之間 ; 翼板裂縫 最大寬度為 013mm , 多數(shù)裂縫寬度在 0115 0125mm之間 , 最 大 深 度 為 105mm , 多 數(shù) 裂 縫 深 度 在 50

10、80mm 之間 ; 底板裂縫最大寬度為 013mm , 多數(shù)裂縫 寬度在 01100120mm 之間 , 最大深度為 79mm , 多數(shù) 裂縫在 3060mm 之間 , 其裂縫分布圖見圖 1 、圖 2 , 裂縫數(shù)據(jù) (部分) 如表 1表 4 。邊跨底板裂縫數(shù)據(jù)表 1區(qū)號裂縫數(shù)量走向最長 (m) 寬度 (mm)深度備注區(qū)號裂縫數(shù)量走向最長 (m)寬度 (mm)深度備注1234567891011121314151617183355220151210111613131211141013H H H H HH、S (2)H、S (2) HH、S (1)H H、S (1)H H HHH、S (2) H、S

11、 (1) H0181101120160161121121121121121121121121121121121121120110115011501100110011001150110115011001200120011001203434524447762956 滲水 滲水 滲水 滲水 滲水 滲水202122232425262728293031323334353637111086612822141H HH、S (1)H HH、S (2)H、S (1) HH HH、S (1)H112112112112112112112112112112019012013001150115517954565032滲

12、水滲水 滲水 滲水 滲水 滲水 滲水與 38 區(qū)交界處有直徑為 40cm 區(qū)域的蜂窩狀1H015 19 11 H 112 0115 70 滲水38 與 33 區(qū)交界處有直徑約 40cm 區(qū)域為蜂窩狀 , 且有落筋注 : H 為橫向裂縫 ; S 為縱向裂縫 , 括號中的數(shù)字為縱向裂縫數(shù)量 。上游次邊跨側(cè)板裂縫數(shù)據(jù)表 2下游次邊跨翼板裂縫數(shù)據(jù)表 3序 長度 距離 寬度深度 (mm)序號長度(m)距離(m)寬度深度 (mm)深度 (mm)深度 (mm)序 長度 距離 寬度序號長度(m)距離(m)寬度號 (m)(m) (mm)上中下(mm) 上 中下號 (m)(m) (mm)(mm) 上上中下中 下0

13、115014001150150018501160170112421003160011501150115012554736060015001750185018501850140017501358184917211195121851419515105171601817012001150118012001121234567810111213141516171140215011600130215021500117014001550180110011600120012001181147016501702150115021502140215021603105312841351234566991718910

14、1112130118012072646460 740185018551908140 7 0160 2130 62 25 61 14 1150 4195 9 0140 8175 注 :表中距離表示裂縫距邊跨的距離 。52下游次邊跨側(cè)板裂縫數(shù)據(jù)表 4寬度 (mm)深度 (mm)寬度 (mm)深度 (mm)長度 (m) 距離 (m)長度 (m) 距離 (m)序號序號上下上中下上下上中下0115012301250185018501700140011001850115013001150155012001801140310041005170612061857100711071307190811001500

15、1400110018501850170011501850185018501850185013581208145818091109190101601110011150111851312514160171551814501200118011801200125012012345678910111213011001220115012001250115011501257559971058787719314151617181920212223242526012001220122012501258285849673差甚遠(yuǎn) 。同時 ,設(shè)計未將不均勻恒載與活載產(chǎn)生的附加彎 、扭的影響充分考慮 ,這也是導(dǎo)致箱梁出

16、現(xiàn)裂縫的 主要原因 。(3) 滿堂支架未按設(shè)計要求采用全段預(yù)壓 ,預(yù)壓重量為箱梁 120 %自重 , 只采用了沉降量類比法設(shè)置支 架和模板 ,就進行澆筑箱梁混凝土 ,導(dǎo)致支架隨著澆筑 混凝土重量的加大發(fā)生不均勻下沉而出現(xiàn)很深的裂縫 。(4) 連續(xù)箱梁骨架鋼筋設(shè)計過多 ,一個肋內(nèi)有 4 排 以上的骨架鋼筋 ,而且每排骨架鋼筋疊加 4 根以上的 鋼筋 ,疊加高度達(dá) 1617cm ,施工難度大 ,導(dǎo)致骨架鋼 筋的安裝位置 、箍筋制作 、安裝等均難達(dá)到設(shè)計要求 ,導(dǎo)致箱梁各肋鋼筋骨架受力狀態(tài)存在著人為的不均勻 與不一致 ,降低承載力 。同時 ,骨架鋼筋內(nèi)的混凝土難 以振實 。箱梁混凝土強度不均勻是一個

17、比較突出的問 題 ,既影響鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 ,也影響箱梁結(jié)構(gòu)的總體剛度 ,使箱梁的實際承載能力降低 。(5) 因箱梁澆筑時在四川屬高溫季節(jié) ,溫度應(yīng)力與 局部集中應(yīng)力產(chǎn)生附加裂縫 ,即由于水泥水化過程中 產(chǎn)生大量的熱能 ,從而使混凝土內(nèi)部溫度升高 ,產(chǎn)生拉 應(yīng)力 。(6) 混凝土徐變 、箱梁拱度增加 、以及濕度引起的 收縮裂縫 。(7) 混凝土澆筑工藝 ( 施工工藝) 問題 ,即 : 箱梁混凝土體積較大 ,且箱體內(nèi)為封閉或多功能室結(jié)構(gòu) ,澆筑 混凝土?xí)r ,由于混凝土收縮變形受到周邊的約束 ,因而 容易產(chǎn)生收縮裂縫 。同時 ,箱梁澆筑時間持續(xù)過長 ,并遭受日光照曬 ,也容易產(chǎn)生溫度裂縫 。

18、(8) 混凝土配合比 (水灰比) 問題 。 由于箱梁澆筑的外界氣溫較高 ,同時又是采用混凝土泵送 ;混凝土坍落度明顯偏大 ,也是箱梁產(chǎn)生裂縫圖 1邊跨底板裂縫分布圖圖 2 次邊跨翼板及側(cè)板裂縫分布圖發(fā)生裂縫成因分析 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計212規(guī)范(J TJ 02385) 中附錄四有關(guān)計算 , 混凝土收縮為160430M,特別在相對濕度 55 % ,混凝土齡期 36d 時其單跨收縮量 816mm ,這時摩阻力非常大 ,而易產(chǎn)生 收縮裂縫 。裂縫發(fā)生主要有以下原因 :(1) 設(shè)計時未考慮施工過程箱梁受力不同而造成 的 。如連續(xù)梁橋施工過程中和成橋狀態(tài)下彎矩圖完全不同 (見圖 3

19、) ,這極易產(chǎn)生縱向彎曲裂縫 。圖 3 連續(xù)梁成橋狀態(tài)與施工過程中的彎矩圖(2) 箱梁的寬跨比接近于 1 ,從箱梁結(jié)構(gòu)的受力分 析 ,按桿件結(jié)構(gòu)來假設(shè) ,計算結(jié)果與實際受力狀態(tài)將相53的一個重要原因 。(9) 養(yǎng)護條件及工藝問題 混凝土的養(yǎng)護主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件 ,在四川高溫季節(jié) ,尤其重要 。而施工單位在施工完 畢后 ,未及時進行灑水保持表面濕潤養(yǎng)護 ,致使混凝土表面脫水而產(chǎn)生收縮裂縫 。量 ( 011mm的裂縫長度裂縫寬度 011mm的裂縫長度5m6封閉處理m結(jié)論4普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的裂縫現(xiàn)象比較普遍 ,一方面 ,要對出現(xiàn)的裂縫進行分析 、處理 ,另一方面應(yīng) 從設(shè)計入手抓好施

20、工過程中的第一個環(huán)節(jié) ,盡量減少與防止產(chǎn)生裂縫 ,充分發(fā)揮箱梁的結(jié)構(gòu)性能 。(1) 設(shè)計上應(yīng)充分考慮箱梁鋼筋制作 、安裝和澆筑 混凝土的施工難度 ,在保證施工質(zhì)量及安全的條件下 , 根據(jù)施工方法對箱梁進行必要的受力分析 ,對薄弱位 置 ,布置恰當(dāng)?shù)姆穷A(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼筋網(wǎng)來提高局部區(qū)(上接第 50 頁)各橋跨頻率 、對數(shù)衰減率 、阻尼比觀測結(jié)果裂紋以改善結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 。表 13結(jié)語 時域法頻域法頻率 ( Hz)跨數(shù)沖擊部位對數(shù)衰減率阻尼比頻率 ( Hz)橋梁的動力特性參數(shù) ,包括振型 、頻率和阻尼是反映橋梁自身動力特性和健康狀況的重要參數(shù) ,隨著橋 梁的使用 ,當(dāng)橋梁的物理特性發(fā)生變化導(dǎo)致剛度

21、、質(zhì)量或阻尼發(fā)生變化時 ,結(jié)構(gòu)的動力特性參數(shù)也隨著發(fā)生變化 。對帶病害的橋梁表現(xiàn)出裂紋擴展 、剛度降低 、變 形增大 ,這時 ,橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性參數(shù)表現(xiàn)出頻率和剛度下降 , 阻尼增大 , 振幅加大等 。日本曾用統(tǒng)計方 法 ,以橋梁固有頻率和阻尼為依據(jù)來判定橋梁的質(zhì)量 。所以 ,橋梁的動力特性參數(shù)是評定橋梁質(zhì)量以及是否 處于安全工作狀態(tài)的重要指標(biāo)之一 。并為舊橋技術(shù)改 造加固提供可靠的依據(jù) 。隨著我國公路橋梁檢測評定 制度的推行 ,橋梁動載試驗將越來越受到重視 。0114601089011220113801079011150102301014010190102201013010181210006102451109411674121761303121380611505127041