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        橋梁預(yù)應(yīng)力小箱梁質(zhì)量缺陷調(diào)查與分析

        2018-07-10 11:13:06
        四川水利 2018年3期
        關(guān)鍵詞:右幅梁體耐久性

        ,

        (中國水利水電第十工程局有限公司,成都,610072)

        1 工程概述

        成洛互通主線橋左幅全長957.54m,右幅全長669.25m,左幅橋為(2×35+2×53+35)+3×25+3×25+4×25+4×25+4×25+4×25+4×25+(25+3×22.5),右幅橋為(23+27+23)+4×25+4×25+4×25+4×25+4×25+(25+3×22.5)m,左幅橋梁寬度為16.25m,右幅橋梁寬度為20.25m。除(2×35+2×53+35)m跨采用支架現(xiàn)澆連續(xù)梁,其余上部結(jié)構(gòu)均采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁;小箱梁下部橋墩均采用薄壁墩。

        原施工單位在右幅YK1+600處設(shè)置預(yù)制梁場一座,主要為成洛主線橋生產(chǎn)預(yù)制小箱梁。自我部進(jìn)場時,梁場剩余存梁39片,橋面小箱梁安裝已經(jīng)完成左幅第10~20孔及右幅第4~9孔安裝施工。梁場存梁經(jīng)過中鐵西南院檢測合格后使用38片梁,主要安裝在左幅第9~10跨及第21~29孔。

        2 缺陷調(diào)查

        2017年8月13日中鐵西南院在橋梁交工檢測過程中發(fā)現(xiàn)原施工單位的存梁左幅29-2梁體跨中底板與腹板交接處存在長9m裂縫一道,探明裂縫寬度為0.15mm,深度4cm~7cm。隨后,項目公司組織中鐵西南院、監(jiān)理單位、施工單位對主線橋左幅第9~29孔、右幅第4~9孔進(jìn)行了系統(tǒng)性排查。

        原施工單位預(yù)制與安裝的共計135片梁,其中21片梁體均有類似的缺陷,底板與腹板混凝土色差明顯。裂縫主要集中在跨中底板與腹板交接位置,裂縫長度2.5m~20m(其中17片梁裂縫長度10m),裂縫寬度0.1mm~0.18mm(其中21片裂縫寬度小于0.15mm),裂縫深度28.1mm~79.1mm。

        3 驗算過程

        本次驗算為成洛互通主線橋,標(biāo)準(zhǔn)寬25m簡支小箱梁梁體。此次驗算25m簡支箱梁高度為1.4m,頂板為0.2m,腹板為0.18m~0.25m,底板為0.2m~0.25m。以下各項計算,均按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件相應(yīng)指標(biāo)控制。

        3.1 計算內(nèi)容

        (1)持久狀況極限狀態(tài)

        ①抗彎承載能力計算;

        ②抗剪承載能力計算。

        (2)持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算

        ①正截面抗裂驗算——正截面混凝土拉應(yīng)力驗算;

        ②斜截面抗裂驗算——斜截面混凝土主拉應(yīng)力驗算。

        (3)主梁撓度驗算

        3.2 計算方法

        (1)本次驗算采用midas-civil建全橋模型計算。

        全橋共劃分350個節(jié)點,545個單元。

        (2)根據(jù)箱梁的實際施工過程和施工方案劃分施工階段。

        施工階段1:預(yù)制主梁30d;

        施工階段2:存梁90d;

        施工階段3:架梁20d;

        施工階段4:二期施工20d;

        施工階段5:收縮徐變3650d(10年)。

        (3)進(jìn)行荷載組合,求得構(gòu)件在施工階段和使用階段時的應(yīng)力、內(nèi)力和位移。

        (4)根據(jù)規(guī)范中所規(guī)定的各項容許指標(biāo),驗算構(gòu)件是否滿足規(guī)范規(guī)定的各項要求。

        3.3 計算依據(jù)及參數(shù)取值

        (1)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004);

        (2)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004);

        (3)主要材料及設(shè)計參數(shù)根據(jù)設(shè)計文件及規(guī)范取值;

        (4)預(yù)應(yīng)力鋼筋按規(guī)范中提供的鋼絞線參數(shù)確定。

        主要材料及參數(shù)詳情見下表1。

        表1主要材料及參數(shù)

        3.4 荷載取值

        一期恒載主要是箱梁自重?;炷寥葜厝?6kN/m3,箱梁按實際斷面計取重量。

        (1)現(xiàn)澆層不參與結(jié)構(gòu)受力,作為二期恒載輸入。

        (2)防撞護(hù)欄作為二期恒載施加,不參與構(gòu)件受力,防撞墻荷載按實際計算的橫向分布系數(shù)來分配。

        (3)溫度力

        體系最高溫度38.7℃,最低溫度0℃,計算過程中考慮升溫溫差20℃,體系降溫溫差25℃。

        箱梁上、下緣梯度升溫溫度14℃~5.5℃,體系降溫溫度-7℃~-2.75℃。

        安裝溫度15℃~20℃。

        3.5 驗算結(jié)果

        表2主要控制截面抗彎驗算結(jié)果

        表3主要控制截面抗剪驗算結(jié)果

        表4主要控制截面正截面抗裂驗算結(jié)果

        由上表2、表3、表4計算結(jié)果可知,短期組合下邊梁和中梁結(jié)構(gòu)下緣均處于受壓狀態(tài),小于規(guī)范允許值-1.86MPa。長期組合下邊梁和中梁下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力。正截面抗裂驗算滿足規(guī)范要求。短期組合下邊梁和中梁最大主拉應(yīng)力為0.5MPa,小于規(guī)范允許值1.33MPa,斜截面抗裂驗算滿足規(guī)范要求。

        綜上所述,驗算結(jié)果證明梁體滿足正常使用功能。

        4 原因分析

        4.1 原材料的數(shù)量與質(zhì)量

        為進(jìn)一步了解梁體缺陷,對開裂梁片的鋼筋做超聲波掃描后,確定梁片鋼筋布置與設(shè)計圖紙一致,不存在偷工減料現(xiàn)象,且驗算結(jié)果表明梁體應(yīng)力滿足正常使用要求,鋼筋處于正常工作狀態(tài),質(zhì)量問題也不存在。

        考慮到前施工單位梁體預(yù)制完成時間已經(jīng)較長,在安裝前對梁體強(qiáng)度、外觀都進(jìn)行了全面的檢查,中鐵西南院檢測合格后方才架設(shè)安裝,故混凝土質(zhì)量除一些外觀缺陷外,不存在結(jié)構(gòu)性缺陷,混凝土材料的質(zhì)量問題不存在。

        4.2 施工原因

        因為施工時間已經(jīng)較長無法追溯,在這里只能根據(jù)裂縫的現(xiàn)狀推測可能產(chǎn)生的原因,整理推測出以下幾點與裂縫缺陷的產(chǎn)生有著密切關(guān)系。

        (1)拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,混凝土局部振搗不密實,混凝土收縮產(chǎn)生裂縫,多發(fā)生在混凝土外觀質(zhì)量不好的位置;分層澆筑間隔時間過長,分層混凝土連接質(zhì)量差,導(dǎo)致橫向裂縫。

        (2)冬夏交替中溫度變化、結(jié)構(gòu)恒載和混凝土構(gòu)件自身幾何形狀等綜合因素作用下使混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力增加,當(dāng)拉應(yīng)力增大到受拉區(qū)表面混凝土極限抗拉強(qiáng)度后,便出現(xiàn)裂縫,此裂縫屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫。

        (3)澆筑完成后混凝土表面受外界條件影響,水分損失較快,變形較大,而內(nèi)部水分損失較慢,溫度變化較小,表面積較大的干縮變形將受到混凝土內(nèi)部約束而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫的形成。

        綜上所述,根據(jù)缺陷的現(xiàn)狀,在安裝前并未發(fā)現(xiàn)如此大面積嚴(yán)重的裂縫,而安裝使用后出現(xiàn)如此嚴(yán)重的缺陷,表明鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性嚴(yán)重不足,上述推測正好闡述了導(dǎo)致鋼筋混凝土耐久性不足的原因,所以具有借鑒意義。

        4.3 安裝原因

        我部在梁體架設(shè)安裝施工過程中,嚴(yán)格按施工規(guī)程管理現(xiàn)場人員和機(jī)械設(shè)備操作,由專業(yè)技術(shù)人員按施工方案進(jìn)行現(xiàn)場施工管理,未發(fā)現(xiàn)有任何對梁體破壞的違規(guī)操作,且架設(shè)完成后復(fù)檢結(jié)果,也未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題,因此,安裝過程不存在導(dǎo)致梁體缺陷產(chǎn)生的因素和施工環(huán)境。

        4.4 運營使用原因

        在交工驗收前發(fā)現(xiàn)大面積缺陷裂縫,根據(jù)前文所闡述的問題,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足,安裝架設(shè)完成后,開始受力工作,梁體承受各種動靜施工荷載,所以產(chǎn)生不同形狀、尺寸、深度的裂縫。

        綜上所述,梁體雖然滿足正常使用要求,但是耐久性不足,缺陷急需處理,應(yīng)邀請專業(yè)的施工隊伍進(jìn)行加固,并邀請專家對加固方案進(jìn)行評審,驗證加固方案的合理性。

        5 總結(jié)

        成洛互通主線橋梁體存在缺陷有一定的偶然因素,更多的必然因素還是前期施工不到位。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查與理論分析,梁體不存在結(jié)構(gòu)性缺陷,但是耐久性與原設(shè)計相比大大降低,本文從缺陷現(xiàn)狀追溯施工過程,對此類缺陷有了充分的認(rèn)識。缺陷雖未造成嚴(yán)重的質(zhì)量安全事故,但也影響深遠(yuǎn)。本文旨在探究、分析缺陷的嚴(yán)重程度和產(chǎn)生原因,為防止此類問題產(chǎn)生具有重要意義,總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)是非常必要的,起到防微杜漸的作用。

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