桥梁盖梁裂缝原因分析及处理方法.doc

桥梁盖梁裂缝原因分析及处理方法
中国二十冶集团有限公司 王湫 王瑜
摘 要：本文以某高速公路特大桥为例，阐述了桥梁盖梁裂缝发生的原因和处理方法，为以后类似的工程提供参考。
关键词：大桥、盖梁裂缝、原因分析、处理方法

1、工程概述
某高速公路一座特大桥，桥梁全长1014.04 m，该桥位于R=3003.284 m的平曲线上，内、外侧平曲线由空心板悬臂长度的变化来形成。纵向布置为23×20+1×30+4×37.5+1×30+17×20 m；横向布置为2×[0.5 m（护栏）＋11.0 m（行车道）＋1.0 m（护栏）＋0.5 m（分隔带）]，桥面全宽26.0 m，桥面净宽2×11.0 m，分左右两幅，桥面设单向2％的横坡。设计荷载为汽车－超20级、挂车－120。
上部结构采用C50预应力混凝土空心板。桥面设10 cm厚C25水泥混凝土和6 cm厚沥青混凝土。桥面连续，桥台处设有SG-40型伸缩缝。铰缝、防撞墙采用C25混凝土。下部结构采用桩柱式（3柱）墩台、钻孔灌注桩基础。墩台帽、立柱采用C30混凝土、桩基础均采用C25混凝土，护坡采用7.5#浆砌片石。
2、23#、29#墩盖梁裂缝
在竣工验收前对全线的桥梁进行的定期检查中，发现23#、29#墩盖梁有不同程度的裂缝。盖梁侧面均有较长斜向裂缝，多数已贯穿盖梁顶面。其中右幅23#墩有27条裂缝，超限的有7条，最宽1.9 mm；左幅23#墩15条裂缝，超限4条，最宽0.73 mm；右幅29#墩有13条裂缝，超限4条，最宽3 mm；左幅29#墩有8条裂缝，没有超限。需对桥梁裂缝成因进行分析并进行修补。
裂缝照片见图1。

(照片1）R23#盖梁开裂

(照片2）R23#盖梁开裂

(照片3）R29#盖梁大面积开裂破损（杭州侧）

(照片4）R29#盖梁砼严重开裂(浦东侧)

3、裂缝原因分析
3.1裂缝的类型及发生原因
针对裂缝问题，一方面立刻组织技术人员到现场对整个大桥逐桩进行排查，对提出的问题进行现场确认，同时组织人员调阅存档的施工原始记录，查阅相关资料，与当时的项目部施工人员进行讨论，分析可能导致盖梁裂缝的原因有如下几种：
盖梁较浅的竖向表面短细裂缝一般是由于温差和混凝土收缩引起的,这种裂缝呈中间大两头逐渐变小趋势;宽度较大的竖向深层裂缝是由于局部应力集中造成的竖向劈裂,这种裂缝一般由盖梁顶部向下发展,裂缝宽度呈上头大下头逐渐变小趋势。盖梁最大拉应力位于桥墩顶处上缘,所以盖梁墩顶处上缘沿纵向裂缝与承受的作用力有关,为受力裂缝。盖梁上缘其它部位拉应力处于较低的水平,因此此类裂缝不是受力裂缝,是由于温差和混凝土收缩引起的。此外,在帽梁端头由于受雨水和大气的影响,使钢筋局部锈蚀,而使混凝土产生一些有规则和无规则裂缝,进而腐蚀粉化影响梁的使用寿命。
1）砼收缩引起的裂缝；
混凝土自身特性是产生裂缝的重要因素。由于混凝土的物理、化学性质决定了早期收缩将导致表面裂缝的发生。进入硬化阶段, 由于桥墩盖梁混凝土体积较大, 水化热将使内外产生温差效应, 这是导致盖梁竖向裂缝产生的一个重要原因。由于养护不及时，不到位也会使砼发生自身收缩，使盖梁发生裂缝。
2) 材料和外界环境温度的影响。
水泥的成分变化及各种外加剂如早强剂、减水剂的使用, 以及由于外界环境的变化和影响, 有害离子与混凝土骨料之间的反应, 更容易造成混凝土的开裂。砼浇筑后，水泥水化放热，砼温度先升高，然后降低，温度降低过程伴随体积收缩（热胀冷缩）
3) 设计方面原因。由于设计规范对桥墩顶帽局部受力没有明确的变形裂缝规定, 混凝土开裂问题尚未成为设计控制指标, 并且大多数设计单位普遍采用标准图, 盖梁顶面配筋数量不足，导致盖梁出现裂缝。
4) 施工工艺质量引起的裂缝
施工质量控制不严,标高控制不严,出现支座不平顺现象, 导致桥墩顶帽受力不均, 将加剧竖向裂缝的发展。
5) 荷载作用产生的裂缝
在长期运营外力作用下, 混凝土的徐变将导致混凝土的力学性能下降, 裂缝的发生和发展也是可能的。外部荷载的低周长期作用将导致混凝土材料的低周疲劳条件下抗拉强度的降低, 裂缝更容易发生。
3.2 分析本工程裂缝发生的具体原因
通过查阅施工原始记录，23#墩~29#墩为现浇箱梁，长度为210 m，19#墩~23#墩为四跨一联先简支后连续空心板，长度为80 m，29#墩~35#墩为6跨一联先简支后连续空心板，长度为120 m， 19#墩和35#墩处设置QMF80型异型钢伸缩缝，23#墩和29#墩处设置D160型型钢伸缩缝。出现裂缝的23#和29#盖梁位于空心板和现浇箱梁交接处，由于空心板侧和现浇箱梁侧盖梁高度不一，且考虑现浇箱梁侧施工工作面，此处盖梁分两次浇筑砼，第一次浇筑到现浇箱梁施工高度，待现浇箱梁全部施工完成后再浇筑空心板侧剩余盖梁砼，
23#墩和29#墩第一次浇筑盖梁截面尺寸为：170 cm×130 cm(宽×高)，上下主筋是Φ25二级钢筋，箍筋为Φ10一级钢筋；第二次浇筑盖梁截面尺寸为：59 cm×119.7 cm(宽×高)，主筋是Φ25二级钢筋，砼强度等级为C30，现场搅拌站自行搅拌，二次收浆后开始洒水覆盖养护，养护时间不少于7天。
现浇箱梁是从23#墩到29#墩顺序施工的，共分四段，第一段先施工23#~25#，左幅开始安装模板时间为2006年10月3日，右幅开始安装模板时间为2006年9月15日，经过一段时间的支架预压，经现场实际测量，日沉降量小于设计要求后开始安装钢筋。23跨空心板和30跨空心板采用汽车吊安装，23跨空心板安装时间为2007年6月12日，30跨空心板安装时间为2007年6月13日，2007年6月16日，距离23#墩和29#墩盖梁第二次砼浇筑时间在7天左右
。
具体施工时间见下表：

序号
部 位
砼浇筑时间
温 度
现浇箱梁施工
施工时间
1
23#墩左幅盖梁
第一次浇筑砼
06.7.27
室外平均
温度＞20℃
23~25#左幅
模板安装
2006.10.3
2
23#墩右幅盖梁
第一次浇筑砼
06.8.4
23跨空心板安装
2007.6.12
3
29#墩左幅盖梁
第一次浇筑砼
06.8.28
30跨空心板安装
2007.6.13
2007.6.16
4
29#墩右幅盖梁
第一次浇筑砼
06.8.20

5
23#墩左幅盖梁
第二次浇筑砼
07.6.3
室外平均
温度＞20℃

6
23#墩右幅盖梁
第二次浇筑砼
07.6.5

7
29#墩左幅盖梁

第二次浇筑砼
07.6.7

8
29#墩右幅盖梁
第二次浇筑砼
07.6.9

通过查阅施工原始记录发现，在整个盖梁的施工过程中，均按照正常的施工工序和过程进行，各项检测项目均合格。从盖梁施工完毕到交工验收整个过程中，都没有裂缝发生，说明该裂缝为收缩裂缝、温度裂缝的可能性很小，检查桥梁支座，支座水平，不存在受力不均现象。通过观察裂缝，23#、29#盖梁两个侧面均有较多斜向裂缝，贯穿至盖梁底部，最大缝宽3 mm,且表现为上宽下窄，属于典型的受力裂缝。
经过引发裂缝的原因分析，考虑可能是伸缩缝不能正常伸缩引起，伸缩缝安装是先铺好沥青砼路面，再切缝安装伸缩缝，通过现场伸缩缝处检查，盖梁伸缩缝处塞满了各种建筑垃圾，通过上面对施工过程的分析和裂缝分布的分析，推断出盖梁裂缝是由于建筑垃圾塞满了L型盖梁与小箱梁之间预留的伸缩缝，梁板伸缩收到限制，导致盖梁开裂，此结论得到有关专家们的认同。
4、裂缝的处理方法
首先将引起盖梁裂缝的伸缩缝中杂物清理干净，确保梁板能正常伸缩，不对盖梁产生水平力，其次分表面细小裂缝和受力裂缝两部分分别进行处理。
4.1 表面细小裂缝 
盖梁表面的细小裂缝（小于0.2 mm）多是由于温度裂缝、水化收缩裂缝以及由于碳化引起的收缩裂缝。这一类裂缝对混凝土的承载力不构成影响，短时间内不会影响其安全性。但对结构的耐久性却构成危害，通过涂装保护法来达到保护目的的，对缝宽小于0.12 mm的裂缝采用裂缝修补胶涂刷封闭，缝宽≥0.12 mm的裂缝采用低压灌浆。
4.1.1裂缝封闭施工
首先对需进行作业的裂缝位置进行定位，用钢丝刷等工具清除表面灰尘、白灰及松散的浮渣等污物，再用毛刷蘸酒精等有机溶剂，把缝两侧20~30 mm处擦拭干净并保持干燥。然后用环氧树脂胶泥进行封闭。先在裂缝两侧（宽20~30 mm）涂一层环氧树脂基液，后抹一层厚1 mm左右、宽50~60 mm的环氧树脂胶泥，抹胶泥时应防止产生小气孔和气泡，保证封闭可靠。
4.1.2裂缝灌浆施工
1)清缝，打磨裂缝表面，清除缝口表面的松散杂物，用0.2 MPa气压压缩空气清除裂缝打磨范围，用丙酮进行清洗，擦清表面。
2)标注灌胶底座的位置，确定灌胶底座的位置和间距，在裂缝端部、裂缝交叉处和裂缝较宽处设置灌胶嘴，底座间距为25~40 cm。
3)埋设灌浆嘴
4)封缝，裂缝同时封闭，防止裂缝相互贯通而跑气跑胶。
5)密封检查，封缝材料固化后进行检查，从灌浆最中通入气压为0.2 MPa压缩空气，检查密封效果。对漏气部位进行补封处理。
6)配浆
7)灌浆，观察胶水注入量，加压后前2小时每20分钟观察一次并做记录，加压24小时后拆除注射器，记录最终注胶量，取芯检查，判断注胶量是否到位。
8)养护，养护一昼夜，若温度过低，则相应延长养护时间。
4.2受力裂缝 
这类裂缝是由于结构受力引起，直接影响结构的安全性和耐久性。在结构计算的基础上，采用粘贴钢板（压力注胶法）与构件混凝土粘接成一体，对结构进行补强。 
4.2.1工艺流程：
粘钢区域砼表面处理 钻孔植埋螺杆 待粘贴钢板打孔与表面处理 安装镀锌
钢板 封边 灌注结构胶
4.2.2施工工序
1）表面处理，根据施工图纸的要求并结合现场测量定位，在需粘贴钢板加固砼表面放出钢板位置大样，凿除需粘贴砼表面的表层砂浆2~5 mm，使粗骨料外露，表面不平的地方凿平，再用钢丝刷清除表面浮浆，剔除表层疏松物，最后用无油压缩空气吹除表面粉尘，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。
2）直埋螺栓，依照设计图纸的要求，放出需钻孔的位置，对照原盖梁图纸，避免钻孔时碰及钢筋，用压缩空气清理孔内浮尘，在用丙酮清孔，在孔内灌注2/3孔深的结构胶，用丙酮清洗螺栓，之后安装锚固螺栓。
3）钢板打孔与表面处理，首先对待粘贴的钢板进行下料和打孔，然后对钢板的粘贴面进行除锈和粗糙处理，粗糙度越大越好，打磨纹路与钢板受力方向垂直。
4）安装钢板，将钢板固定在螺栓上，并保证钢板与砼表面的间隙在3 mm以上，以确保灌注胶层的厚度。
5）封边,将注入最粘结在钢板的注入孔上，再在钢板角点处及钢板边缘插入排气管，排气管间距30~40 cm，在螺杆上罩上盖碗，然后用钢板封边胶封闭钢板边缘，完成封边。
6）灌注结构胶，待封边胶固化后，用泵将粘钢灌注胶从注入嘴灌注到钢板和砼的空隙中，灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中，用橡皮锤敲打钢板以确认是否灌注密实。
通过上述处理，桥梁盖梁裂缝没再继续发展，恢复了结构的强度、刚度和稳定性，通过了业主的检测并顺利通过竣工验收。
5、结语
经过以上分析可以得出，在施工过程中特别应注重施工原始记录和施工影像资料的收集和保存工作，在本工程实例中正是通过查阅第一手施工资料，为正确找出裂缝原因提供了关键的技术支持。在施工过程中，看似细小的部分，对最后整个的施工质量的影响是巨大的，所以在施工过程中，必须要加强管理，严格控制，以避免类似事件的再次发生。

参考文献：
1、《公路桥梁施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
2、《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）
3、钢筋混凝土桥墩顶帽竖向开裂原因分析及加固对策（李新乐、窦慧娟）铁道建筑，2007
4、桥梁加固设计施工技术(刘来君,赵小星)人民交通出版社,2004