小箱梁梁橋面鋪裝縱向開裂分析

小箱梁梁橋面鋪裝縱向開裂分析

在施工過程中，由于橋梁規(guī)則中橋面的鋪設(shè)厚度和形狀以及水面上的織物，水面上的裂縫現(xiàn)象非常常見。混凝土橋面鋪裝鉸縫處縱向開裂既有早期開裂,更多的是使用期開裂。下面從混凝土橋面鋪裝設(shè)計、施工和運營使用方面對小箱梁梁橋面鉸縫處縱向開裂的原因進(jìn)行分析,探討解決這類問題的措施和辦法。1縱向擾動的原因1.1鉸縫處橫向開裂(1)公路橋梁設(shè)計規(guī)范對橋面鋪裝規(guī)定不完善是造成縱向開裂的主要原因。采用橋梁設(shè)計規(guī)范(JTJ21-89)對混凝土橋面鋪裝的設(shè)計來進(jìn)行受力分析,特別是沒有考慮晝夜間橋面溫度應(yīng)力的影響,這是產(chǎn)生橋面鋪裝縱向裂縫的關(guān)鍵原因。從溫度應(yīng)力及收縮徐變的影響看,對于施工質(zhì)量較差的鉸縫處橋面鋪裝,其溫度拉應(yīng)力一般可達(dá)3.38MPa,收縮徐變拉應(yīng)力一般在0.98MPa~1.15MPa之間,在通車前產(chǎn)生的鉸縫處橋面鋪裝縱向開裂便是在這兩種應(yīng)力疊加下產(chǎn)生的,疊加應(yīng)力基本上與橋面鋪裝混凝土的拉應(yīng)力極限強度相當(dāng)。(2)鉸接板法進(jìn)行考慮裝配式小箱梁橫向聯(lián)系時,由于不考慮橫向變矩的影響是偏于不安全的。一般情況下鋼板焊接鉸縫橫向聯(lián)結(jié)處傳遞的拉應(yīng)力為2.2MPa~2.5MPa,單獨作用時橋面鋪裝能基本抵抗,但與溫度應(yīng)力及收縮徐變疊加后,鉸縫處采用鋼板焊接時無法承受拉應(yīng)力作用,造成了鉸縫處在運營中普遍產(chǎn)生了較多的縱向開裂現(xiàn)象。(3)不同的鉸縫形式對橋面鋪裝的縱向開裂分析如下。(1)鉸縫處橋面為淺縫和窄縫時,一般按鉸縫處在橋面處布設(shè)鉸縫筋,小箱梁間的橫向聯(lián)結(jié)基本沒有,在橋面承受荷載作用時,橋面鋪裝在鉸縫處并非是橋梁設(shè)計理論中僅假定的剪力,實際上橋面鋪裝在鉸縫處為彎拉作用,而橋面鋪裝的布筋位于上部,下部除了分布稀疏的鉸縫筋,基本上由橋面混凝土承受拉應(yīng)力。鉸縫處橋面鋪裝混凝土設(shè)計強度等級一般為C40,其抵抗應(yīng)力約為5MPa,在鋼筋網(wǎng)間距較大的情形下開裂現(xiàn)象較難避免。此類開裂極有可能從橋面鋪裝下部開始發(fā)展。(2)鉸縫處剛度不均勻?qū)е碌目v向開裂:采用鋼板鉸接形式,除了其未考慮橫向彎矩的原因外,鉸縫處剛度明顯不均勻也是一個原因。(3)采用深鉸縫的橋面鋪裝,由于深鉸縫混凝土體積較小,小箱梁預(yù)制的時間較長,后澆筑的橋面鋪裝在鉸縫處的開裂一般屬于由鉸縫混凝土收縮開裂而反射到鋪裝層引起。小箱梁梁板側(cè)面與現(xiàn)澆鉸縫混凝土間的粘結(jié)抗裂較弱,一般是較難防止微裂紋產(chǎn)生,這正是鉸縫混凝土與小箱梁間的收縮差異造成了早期裂縫的存在,從而反射導(dǎo)致橋面鋪裝混凝土的開裂。(4)層間錨固筋設(shè)置不均勻的分析:混凝土小箱梁頂部設(shè)置有與橋面鋪裝聯(lián)結(jié)的錨固筋,而鉸縫處頂面一般未考慮由于未設(shè)置水平縫間錨固筋,造成了橋面鋪裝在小箱梁頂面處受到水平的應(yīng)力不均勻,梁板頂面處的錨固筋起到較好的約束橋面鋪裝橫向變形作用,鉸縫處相對于的則為一個約束較弱的薄弱帶。車輛荷載作用時,鉸縫處的橋面鋪裝橫向變形自由度大,成了一個易開裂的薄弱帶,這也是較橋面其他部位易開裂的一個原因。1.2施工中的原因1.2.1垂彎曲現(xiàn)象鋼筋網(wǎng)墊塊布置不均,間距較大,混凝土澆筑時未按設(shè)計調(diào)整鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)下垂彎曲現(xiàn)象比較普遍。部分鋼筋網(wǎng)緊貼行車道板,鋼筋網(wǎng)起不到應(yīng)有的作用,橋面鋪裝在運營后較易破壞,特別是在板間鉸接因鋼板焊接成剛接時,橋面鋪裝上部基本上處于素混凝土狀態(tài),在復(fù)雜的剪彎扭應(yīng)力作用下,橋面鋪裝開裂現(xiàn)象就難以避免了。1.2.2配合比不適宜采用泵送混凝土或混凝土攪拌車運輸混凝土,這兩種施工方法為了保證混凝土的流動性,都選用了塌落度較大的配合比,造成了混凝土的收縮應(yīng)變較大。有些中小橋施工由于橋面鋪裝混凝土數(shù)量不大,采用自落式攪拌機拌和,隨意加水情況普遍,造成了混凝土干縮嚴(yán)重。對于鉸縫混凝土施工同樣如此,造成了鉸縫混凝土質(zhì)量差,收縮反射現(xiàn)象突出。鉸縫比較容易形成早期裂縫,在頻繁的荷載作用下逐漸形成通性裂縫。1.2.3小箱梁頂板兩側(cè)高中間低混凝土小箱梁由于側(cè)面布置鉸縫鋼筋,在小箱梁預(yù)制時一般由于混凝土中間振搗作用拌合料向兩端拱起,造成小箱梁頂板兩側(cè)高中間低現(xiàn)象。在澆筑鉸縫混凝土?xí)r,由于頂部鉸縫鋼筋綁扎后通常高于小箱梁頂面,施工人員為了使混凝土覆蓋鉸縫筋,導(dǎo)致鉸縫混凝土高出小箱梁頂面,造成鉸縫處橋面鋪裝厚度不足。在澆筑橋面鋪裝時該處厚度不均勻,收縮不一致,成為又一個導(dǎo)致早期開裂的原因。1.2.4早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫早期干縮裂縫橋面鋪裝層的特點是厚度比較薄,但暴露面積大,水分容易蒸發(fā),造成早期干縮裂縫。由于養(yǎng)生不到位造成的干縮裂縫在承受荷載作用后,逐漸發(fā)展而形成影響工程耐久性和安全性的裂縫,在薄弱的鉸縫處情況更嚴(yán)重。1.2.5提高抗混疊車的抗拉受力高速公路的交通組織將車道劃分為行車道和超車道,人為強制地為橋梁荷載分布劃成了一定比例。并使橋梁結(jié)構(gòu)運營始終處于偏載狀態(tài),使行車道的橋面鋪裝承擔(dān)了比超車道大得多(量值可達(dá)3~4倍)的運營應(yīng)力水平,因此加快了行車道混凝土的應(yīng)力疲勞,對于結(jié)構(gòu)和受力薄弱的鉸縫處橋面鋪裝造成了較多的破壞。貨運業(yè)主為追求短期經(jīng)濟效益,通過改變車箱結(jié)構(gòu)如加長、加高等使汽車的載重成倍增加,從而使車輛的軸重及輪壓同樣成倍增加。這些車輛對橋面鋪裝混凝土的破壞嚴(yán)重,同時加劇了行車道橋面鋪裝混凝土病害的發(fā)展速度。2縱向破裂的預(yù)防和控制2.1橋面鋪裝、鋼筋混凝土安裝(1)鉸縫設(shè)計:對比幾種不同形式的鉸縫設(shè)計,淺窄接縫和鋼板聯(lián)結(jié)造成了鉸縫處的缺陷是顯而易見的。要克服由于鉸縫本身引起的開裂問題就必須對有類型的鉸縫形式進(jìn)行改進(jìn),建議采用深接縫或懸臂濕接縫形式,并對接縫間采用鋼筋加強連接。(2)橋面鋪裝的設(shè)計:從鋪裝層的應(yīng)力計算結(jié)果來看,一般鋼筋混凝土橋面的厚度在100mm以上已能滿足要求,考慮超載、偏載和變應(yīng)力疲勞對橋面使用年限的影響,橋面鋪裝厚度一般應(yīng)在100mm~150mm之間。橋面鋪裝層不僅承受正應(yīng)力與層間剪力的作用,還要承受剪扭力與疲勞應(yīng)力的作用。所以采用雙層鋼筋網(wǎng)的布置是較符合橋面鋪裝的實際受力狀況的。(3)層間聯(lián)接構(gòu)造鋼筋:為防止橋面鋪裝沿與橋面小箱梁頂面間發(fā)生剪切破壞,必須加強橋面鋼筋網(wǎng)與主梁橋面板混凝土間的聯(lián)結(jié)。在小箱梁頂面混凝土中預(yù)埋聯(lián)結(jié)“Ω”型構(gòu)造筋,每平方米按8~10個布置,這些鋼筋同時可以作為橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)的架立筋。鉸縫混凝土澆筑時同樣埋設(shè)層間聯(lián)結(jié)“Ω”型構(gòu)造筋,防止鉸縫間成為橋面鋪裝層剪切的薄弱部位。2.2肋鋼筋網(wǎng)的施工(1)做好鋼筋網(wǎng)的定位工作。加強對橋面鋼筋網(wǎng)加工、焊接和安裝精度的要求,應(yīng)采用焊接網(wǎng)或預(yù)制冷軋帶肋鋼筋網(wǎng),不宜使用綁扎鋼筋網(wǎng)。(2)對橋面鋪裝混凝土的施工質(zhì)量嚴(yán)格控制?；炷恋乃冶瓤刂剖顷P(guān)鍵。拌和機械應(yīng)采用強制性攪拌機。(3)采取措施保證橋面鋪裝層的厚度。充分考慮施工中的各種誤差因素,從而確實保證橋面鋪裝的施工質(zhì)量。(4)對橋面鋪裝結(jié)合面加強鑿除清理。以確保鋪裝層與主梁頂面的良好結(jié)合。2.3混凝土芯樣修補檢查對于小箱梁梁橋鉸縫處裂縫的修補,目前采用的通常有三種方法,即灌漿法,植筋法和返修法。(1)灌漿法:將高分子彈性有機材料用壓力灌入混凝土裂縫中的一種自治方法。灌縫材料一般具有粘結(jié)強度高、抗拉、抗壓、抗沖擊強度高、滲透性強、塑性強、不易老化的優(yōu)點。根據(jù)裂縫的寬度和深度不同,一般有壓注灌漿法、擴縫灌漿法和直接灌漿法。檢查裂縫灌漿效果,灌漿材料是否已將裂縫灌滿、灌到位,采取的方法如下。(1)鉆芯取樣:在灌漿修補后的裂縫上隨機抽樣,鉆取一定數(shù)量直徑分別為50mm、100mm的混凝土芯樣。(2)芯樣外觀檢查:用鋼尺檢測芯樣上裂縫長度,用讀數(shù)顯微鏡(精度為0.01mm)檢測裂縫寬度。(3)芯樣破體檢查:沿裂縫將直徑為50mm的混凝土芯樣破開,直接觀察裂縫面是否有漿,漿體是充填裂縫。(4)芯樣劈裂試驗:對直徑為100mm的混凝土芯樣進(jìn)行劈裂抗拉試驗,檢查灌漿質(zhì)量。(2)植筋法:目前對裂縫修補的常用方法,多數(shù)沒考慮設(shè)置傳荷裝置。裂縫修補后,橋面板的整體性得不到恢復(fù),修復(fù)的壽命非常有限,對于設(shè)置傳荷裝置的裂縫修補方法,通常有斜孔植筋和綁帶植筋法。(1)斜孔植筋法。這種裂縫方法具有對橋面破壞小、耐久、能恢復(fù)橋同板整體性、施工簡單、快速等優(yōu)點。(2)綁帶植筋法。對貫穿全板厚的開裂狀的單條裂縫,宜采取綁帶植筋法。修補混合料選用高早強、高韌性、微膨脹、快速修補材料。(3)返修法:對于橋面縱向裂縫損壞比較嚴(yán)重,呈現(xiàn)破碎或網(wǎng)狀開裂時,應(yīng)鑿除重新進(jìn)行返修,重新鋪筑水泥混凝土橋面時應(yīng)注意以下幾個問題。(1)水泥混凝土橋面鋪裝的厚度應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定,使用的材料、鋪裝層結(jié)構(gòu)、混凝土強度、防水層設(shè)置等均應(yīng)符合設(shè)計要求。(2)必須在對原有橋梁橫向聯(lián)結(jié)鋼筋焊接工作完成后,才可進(jìn)行橋面鋪裝工作,以免后焊的