現(xiàn)澆箱梁橋常見裂縫分析與處治措施

（中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

現(xiàn)澆箱梁由于整體性好，跨越能力大，適應(yīng)能力強而被廣泛應(yīng)用。其一般用于高速公路互通匝道橋，如整體式現(xiàn)澆梁橋，或有特殊跨越要求的橋梁，如跨度較大的懸臂現(xiàn)澆梁橋等?；炷亮芽p是現(xiàn)澆箱梁的主要外觀病害，我們通過檢查發(fā)現(xiàn)，無論新建橋梁還是服役一定時期的橋梁，現(xiàn)澆箱梁都或多或少存在一些裂縫，這些裂縫有的是施工原因產(chǎn)生，有的是受荷載作用產(chǎn)生。分析裂縫的成因及對結(jié)構(gòu)安全的影響程度，是橋梁養(yǎng)護工作的首要任務(wù)，是養(yǎng)護設(shè)計的重要依據(jù)，對保證橋梁耐久性及運營安全具有重要意義。

1 現(xiàn)澆箱梁橋的結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)澆箱梁是由頂板、對稱分布的腹板及底板共同構(gòu)成一個或多個封閉的箱室，箱室外頂板稱為翼板。從施工工藝看，現(xiàn)澆箱梁可分為整體式現(xiàn)澆箱梁和懸臂現(xiàn)澆箱梁。整體式現(xiàn)澆箱梁有等截面及變截面兩種形式，懸臂現(xiàn)澆箱梁為變截面?，F(xiàn)澆箱梁一般為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，小跨徑梁箱梁也可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。下面以湖北省內(nèi)多條新建或現(xiàn)役高速公路檢測結(jié)果為基礎(chǔ)，對出現(xiàn)在該類橋上的常見裂縫類型進行歸納總結(jié)，提出處治建議。

2 現(xiàn)澆箱梁常見裂縫類型及產(chǎn)生的原因分析

2.1 底板橫橋向裂縫

該類裂縫一般出現(xiàn)于等截面現(xiàn)澆箱梁中，在新建或現(xiàn)役橋梁中均能發(fā)現(xiàn)。其分布的位置比較隨機，跨中或梁端附近均存在，有的沿橫向鋼筋等間距分布，沒有延伸至腹板，寬度一般小于0.10mm，深度一般未超過保護層厚度。該類裂縫屬于非受力裂縫，原因如下：

①大多數(shù)橫向裂縫出現(xiàn)的位置不在梁體正彎矩最大的區(qū)域，有的距離橋墩較近，而出現(xiàn)橫向裂縫的橋跨，其跨中處并沒有橫向裂縫分布。說明此類裂縫與結(jié)構(gòu)受力關(guān)系不大。

②從箱型截面剪力滯效應(yīng)分析，箱梁承受豎向荷載后，其腹板底部的正應(yīng)力比底板大，因此如果梁體的抗彎承載力不夠，將會先在腹板出現(xiàn)豎向裂縫，而不是僅出現(xiàn)底板橫向裂縫。

③從某些橋梁荷載試驗裂縫監(jiān)測結(jié)果看，底板橫向裂縫寬度在試驗荷載作用下并沒有太大變化，這也表明其為非受力裂縫。

其產(chǎn)生的原因可能是底板橫向鋼筋保護層過薄，導(dǎo)致混凝土收縮開裂，或養(yǎng)生不到位產(chǎn)生的干縮裂縫。

2.2 底板、頂板縱橋向裂縫

該類裂縫在現(xiàn)澆箱梁中較為常見，一般新建橋梁出現(xiàn)縱向裂縫的位置比較隨機，有的靠近腹板，有的分布在中央，這主要是因為受縱向預(yù)應(yīng)力影響及養(yǎng)生不到位產(chǎn)生的混凝土收縮裂縫，縫寬一般小于0.10mm。

現(xiàn)役橋梁一般在板中央附近集中出現(xiàn)。頂板縱向裂縫是由于頂板直接受到車輛荷載作用而產(chǎn)生的抗彎裂縫，底板縱向裂縫是由于腹板與頂板協(xié)調(diào)變形向外扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致底板下緣受拉產(chǎn)生裂縫。因此現(xiàn)役橋梁的這種集中在頂板或底板中央?yún)^(qū)域的縱向裂縫，是在車輛荷載長期作用下產(chǎn)生的局部受力裂縫。

2.3 腹板豎向裂縫

該類裂縫在等截面整體現(xiàn)澆箱梁中較為常見。新建的預(yù)應(yīng)力箱梁中，其分布位置比較隨機，有的為等距離分布，原因多為混凝土澆筑完成后沒有及時進行預(yù)應(yīng)力張拉，加之養(yǎng)生不到位，混凝土收縮產(chǎn)生，縫寬一般在0.10mm左右。

現(xiàn)役預(yù)應(yīng)力箱梁若存在上述分布特點的腹板豎向裂縫，基本為同樣的原因產(chǎn)生，即在施工期就出現(xiàn)了。但也有因受力產(chǎn)生的豎向裂縫，一般集中分布于跨中，此時梁端或同時存在斜向抗剪裂縫，這類裂縫則屬于結(jié)構(gòu)性受力裂縫。

鋼筋混凝土箱梁，其腹板豎向裂縫較為常見，由底部向上延伸。由于腹板沒有預(yù)加應(yīng)力，其底部拉應(yīng)力很容易超過混凝土抗拉強度而產(chǎn)生裂縫，嚴重時裂縫延伸至腹板甚至全截面貫通，縫寬一般大于0.15mm，屬于結(jié)構(gòu)性受力裂縫。

2.4 腹板斜向裂縫

該類裂縫在整體現(xiàn)澆箱梁或懸澆箱梁中均存在，有兩種類型：一是梁端附近或1/4L 附近的斜向裂縫，裂縫一般較長，從梁底延伸至梁頂甚至翼板，裂縫角度呈45°，裂縫深度一般超過100mm，嚴重的甚至貫穿腹板。這是典型的梁端抗剪裂縫或主應(yīng)力彎剪裂縫，為結(jié)構(gòu)性受力裂縫。對于等截面現(xiàn)澆箱梁，一般還會出現(xiàn)跨中腹板豎向裂縫。

另一種為懸澆箱梁腹板斜向裂縫，一般裂縫寬度較小，但每個節(jié)段分布的數(shù)量較多，其特點是在1/4 跨處為向跨中傾斜的斜向裂縫，越往跨中傾斜角度越小，到跨中時為水平裂縫。從裂縫的整體分布上看，這主要是由于腹板豎向預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致梁體在縱向預(yù)應(yīng)力及豎向荷載共同作用下產(chǎn)生此類裂縫。

以上兩種裂縫均屬于結(jié)構(gòu)性受力裂縫。

2.5 底板斜向裂縫

該類裂縫位于梁端底板靠近支座處，裂縫傾斜角度由外向內(nèi)，即由底板兩側(cè)向中間發(fā)展，往往多條平行分布。這是由于腹板在受力彎曲的同時向內(nèi)扭曲，使底板下緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，在遠離支座的位置會產(chǎn)生縱向裂縫，在靠近支座的位置由于底板同時受到支座的約束作用，使底板主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生由外向內(nèi)傾斜的斜向裂縫。該類裂縫屬于局部受力裂縫。

2.6 翼板橫向裂縫

該類裂縫在新建、現(xiàn)役橋梁中均存在。一般長度較長，多數(shù)延伸至整個翼板，且分布較均勻。由于翼板更容易受到雨水侵蝕，因此裂縫常伴有滲水、白色結(jié)晶物析出的現(xiàn)象。該類裂縫在施工期產(chǎn)生的可能性較大，因為其本身受到的縱向預(yù)應(yīng)力要小于腹板，即腹板混凝土收縮量大于翼板，加之養(yǎng)生不及時，使翼板收縮量變大產(chǎn)生裂縫。該類裂縫屬于非受力裂縫。

2.7 腹板水平裂縫、網(wǎng)狀裂縫

該類裂縫為混凝土表面的干縮裂縫，由于鋼筋保護層過薄或施工期間養(yǎng)生不到位產(chǎn)生。其深度一般未超過混凝土保護厚度。該類裂縫屬于非受力裂縫。

3 裂縫的處治措施

從以上分析可知，腹板斜向裂縫、跨中集中分布的腹板豎向裂縫為結(jié)構(gòu)性受力裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。頂板、底板中央較密集的縱向裂縫，底板支座附近斜向裂縫為局部受力裂縫，影響結(jié)構(gòu)使用性能及耐久性。底板、翼板橫向裂縫，腹板水平裂縫、網(wǎng)狀裂縫為非受力裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性。

對這七類現(xiàn)澆箱梁裂縫，其處治方式可遵循“把握重點、分類處治”的原則。即先評估和處理影響結(jié)構(gòu)安全及使用性能的裂縫問題，以保證運營安全，再對一般裂縫進行封閉，以保證結(jié)構(gòu)耐久性。在養(yǎng)護預(yù)算有限的情況下，可優(yōu)先處治結(jié)構(gòu)性受力裂縫等重點病害。

對于結(jié)構(gòu)性受力裂縫的處治，一般考慮對結(jié)構(gòu)進行整體性加固，如梁端腹板粘貼鋼板、底板粘貼碳纖維布或碳板，或設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力體系等。具體實施時應(yīng)會同設(shè)計、檢測、施工等單位有關(guān)技術(shù)人員，對結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況進行綜合評估，對維修加固方案進行論證并通過專家評審；維修加固的施工還需加強過程監(jiān)管，對關(guān)鍵指標進行必要的檢測，確保施工質(zhì)量。

對于局部受力裂縫，可進行預(yù)防性加固處理，如粘貼碳纖維布、碳板等。

對于非受力裂縫，可對裂縫進行封閉處理，如封縫、灌縫，具體用哪種方法視裂縫寬度的大小決定，一般對于寬度超限的裂縫，采用壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠或其他灌縫材料，對于未超限裂縫，采用封縫法[1]。對存在結(jié)構(gòu)性受力裂縫的梁體進行維修加固前，也需要先對其裂縫進行封縫或灌縫處理。

除了制定有效的裂縫處治措施，確保施工質(zhì)量也是十分重要的。對于大型橋梁維修加固項目，急需建立和完善施工質(zhì)量保證體系，以確保加固成果能夠達到設(shè)計預(yù)期。我國雖未出臺橋梁維修加固的質(zhì)量評定及驗收辦法，但可考慮在項目審批及設(shè)計時就提前確定關(guān)鍵施工項目的檢測指標及驗收標準，對過程檢測及監(jiān)管提出具體要求。

4 結(jié)語

現(xiàn)澆箱梁廣泛應(yīng)用于高速公路互通匝道橋及有特殊跨越要求的橋梁中，其常見裂縫類型有以下七類：腹板豎向裂縫、斜向裂縫，為結(jié)構(gòu)性受力裂縫；底板及頂板縱向裂縫，底板支座附近斜向裂縫，為局部受力裂縫；底板橫向裂縫，腹板水平裂縫、網(wǎng)狀裂縫，翼板橫向裂縫為非受力裂縫。裂縫的處治可遵循“把握重點、分類處治”的原則，對結(jié)構(gòu)性受力裂縫，可采取整體加固措施；對局部受力裂縫，可進行局部預(yù)防性加固；對非受力裂縫，可采取封縫或灌縫的方法進行處理。橋梁維修加固應(yīng)重視加固效果及質(zhì)量，完善施工質(zhì)量保證體系，加強過程監(jiān)管，確保維修加固成果滿足設(shè)計要求。