李俊德

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋具有跨越能力優(yōu)越、外形美觀、結(jié)構(gòu)受力合理的特點(diǎn)，在跨江跨河橋梁比選中有明顯的優(yōu)勢。但隨著連續(xù)鋼構(gòu)橋被人們熟知，連續(xù)鋼構(gòu)橋的缺陷也暴露，混凝土裂縫不斷出現(xiàn)在建設(shè)和使用過程中。連續(xù)鋼構(gòu)橋混凝土裂縫的出現(xiàn)至今沒有解決的方法，且現(xiàn)有技術(shù)對裂縫的處理效果不理想，因此需采取措施將混凝土裂縫限制在合理范圍內(nèi)，并探索更有效的裂縫處理措施。

1 工程概況

鹿寨二橋的主橋上部構(gòu)造為(50+80+50) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主橋分左右幅布置，采用單箱單室截面，根部梁高4.5 m，單幅頂寬14.5 m，底寬7.0 m，梁板設(shè)2%的橫坡，采用C55混凝土。按照設(shè)計(jì)圖紙要求0#、1#塊采用牛腿托架法一次性澆筑，澆筑方量137.2 m3。主墩6#、7#墩身為空心薄壁墩，順橋向長3.0 m，橫橋向?qū)?.0 m，壁厚0.6 m，墩頂設(shè)有1.5 m厚的實(shí)心混凝土，截面圖如圖1～2所示：

圖1 0#、1#塊一般構(gòu)造圖(單位：cm)

圖2 0#、1#塊截面圖(單位：cm)

2 6#墩左幅裂縫分布情況及檢測

鹿寨二橋6#墩左幅0#、1#塊采用牛腿托架現(xiàn)澆的方式作為現(xiàn)澆支架，支架在安裝現(xiàn)澆段底模板后進(jìn)行了預(yù)壓，預(yù)壓方式為預(yù)應(yīng)力反拉方式，消除了支架及部分底模的永久變形并得出了現(xiàn)澆支架的彈性變形量，均在0#、1#塊施工方案計(jì)算的允許范圍內(nèi)。項(xiàng)目按照設(shè)計(jì)圖內(nèi)容，完成混凝土澆筑，并在澆筑完成3 d后拆模發(fā)現(xiàn)6#墩左幅0#、1#塊現(xiàn)澆段在0#塊腹板的箱內(nèi)、外均出現(xiàn)了分布不均的裂縫，其中0#塊箱梁內(nèi)側(cè)腹板隔板處出現(xiàn)較細(xì)微的不規(guī)則裂縫，腹板外側(cè)出現(xiàn)了2條由橋墩向橋面方向延伸的豎向裂縫，外側(cè)的豎向裂縫寬度較內(nèi)部裂縫略寬，且呈對稱有規(guī)律分布。

為確定裂縫的情況，利用了裂縫綜合測試儀、混凝土碳化深度測量儀、非金屬超聲波儀等儀器進(jìn)行了裂縫檢測，對左幅6#墩0#塊箱內(nèi)及腹板箱外進(jìn)行外觀檢測和特殊檢測，檢測內(nèi)容包括外觀檢測、混凝土回彈檢測、混凝土碳化深度檢測、鋼筋保護(hù)層厚度檢測、典型裂縫深度檢測，檢側(cè)部位及檢測數(shù)量見表1～2以及圖3～4。

表1 檢側(cè)部位及檢測數(shù)量表

(1)左幅6#墩0#塊隔板存在6道裂縫，裂縫總長3.10 m，單道裂縫長度在0.10～1.00 m之間，裂縫寬度在0.04～0.16 mm之間；典型裂縫深度為26 mm。

表2 主梁0#、1#塊箱梁內(nèi)裂縫病害匯總表

圖3 左幅6#墩0#塊隔板6#跨側(cè)裂縫分布圖

圖4 左幅6#墩0#塊隔板7#跨側(cè)裂縫分布圖

(2)左幅6#墩0#塊腹板箱外存在2道泛堿豎向裂縫，裂縫總長4.45 m，單道裂縫長度在1.85～2.60 m之間，裂縫寬度在0.12～0.14 mm之間，典型裂縫深度>63 mm(見表3和圖5)。

表3 左幅6#墩0#塊左腹板箱外裂縫病害匯總表

圖5 左幅6#墩0#塊箱外裂縫分布圖

(3)經(jīng)過材質(zhì)狀況檢測結(jié)論左幅6#墩0#塊左腹板外側(cè)面混凝土碳化深度為0，混凝土強(qiáng)度推定值>60 MPa，抽檢部位箍筋保護(hù)層厚度在19～36 mm之間。

為準(zhǔn)確地找到各裂縫產(chǎn)生的原因，檢驗(yàn)病害危害程度，為后期其它0#、1#塊施工提前改進(jìn)措施，并找到合理的裂縫處置方案，建設(shè)單位組織召開了“鹿寨二橋0#塊腹板裂縫專家咨詢會(huì)”，邀請了設(shè)計(jì)、施工等各方專家進(jìn)行分析、討論。經(jīng)現(xiàn)場查看、分析檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，與會(huì)專家認(rèn)為內(nèi)外的裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，對于箱內(nèi)及箱外裂縫產(chǎn)生的原因是不同的：(1)箱內(nèi)裂縫產(chǎn)生的原因主要是由于0#、1#節(jié)段同時(shí)澆筑混凝土，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)高，水泥用量大，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱致使混凝土內(nèi)外溫差大產(chǎn)生裂縫。(2)箱梁外腹板產(chǎn)生的裂縫主要原因是由于0#、1#節(jié)段新澆筑的混凝土與原薄壁墩的舊混凝土為剛結(jié)點(diǎn)，而兩部分混凝土的齡期相差較大，則產(chǎn)生的混凝土收縮徐變不同，墩身混凝土對0#塊混凝土收縮產(chǎn)生約束，使墩頂及墩頂兩側(cè)0#塊混凝土收縮應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂縫。(3)連續(xù)剛構(gòu)的鋼筋骨架沒有設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)，沒有能對混凝土起到應(yīng)有的防裂作用。但產(chǎn)生的裂縫為非結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)及時(shí)封閉處理。

3 左幅7#墩0#、1#塊在施工中采取的預(yù)防措施

在總結(jié)了左幅6#墩腹板內(nèi)外產(chǎn)生裂縫的原因后，在對應(yīng)的7#墩左幅0#、1#塊托架現(xiàn)澆施工中采取了如下預(yù)防措施：

(1)為減少混凝土產(chǎn)生的水化熱進(jìn)行了混凝土配合比的調(diào)整，增加了混凝土配合比中的粉煤灰及礦粉的用量替代原有部分的水泥用量，并選擇在夜間進(jìn)行混凝土澆筑，降低混凝土的入模溫度。

(2)設(shè)置冷卻管，以降低混凝土內(nèi)部溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差。在0#塊縱向方向布設(shè)3排φ30×2 mm的薄壁黑鐵管作散熱冷卻管，采用架立鋼筋固定，冷卻管沿路線縱向間距為1 000 mm，離墩柱縱向端頭距離500 mm，每排設(shè)有1個(gè)進(jìn)水口及1個(gè)出水口，冷卻管豎直方向成“U”布置，冷卻管豎向間距為1 000 mm，離腹板邊距離為1 000 mm。單排(根)冷卻管長度25.73 m，整個(gè)0#塊冷卻管用量25.73×3=77.18 m(見圖6)。

(a)平面圖

(b)立面圖圖6 冷卻管整體布置圖(單位：cm)

(3)由于0#、1#塊與薄壁墩接縫在剛結(jié)點(diǎn)位置，容易產(chǎn)生裂縫，如將0#塊與薄壁墩接縫位置向下轉(zhuǎn)移，將與0#、1#塊連接的50 cm長的薄壁墩混凝土歸為0#、1#塊同時(shí)施工，并在薄壁墩連接處設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)減少收縮徐變的應(yīng)力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。

經(jīng)過對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了深入分析，并在左幅7#墩0#、1#塊施工時(shí)采取了以上預(yù)防措施，完成預(yù)防措施后進(jìn)行了混凝土澆筑，澆筑后進(jìn)行冷卻管循環(huán)和表面濕水養(yǎng)護(hù)7 d。養(yǎng)護(hù)到期后經(jīng)過檢查，左幅7#墩0#、1#塊混凝土在箱內(nèi)及箱外并沒有發(fā)現(xiàn)與左幅6#墩0#塊類似的裂縫產(chǎn)生，避免了各種裂縫的再次出現(xiàn)，使用的預(yù)防措施有效。

4 裂縫處理方案

經(jīng)過專家論證，0#塊箱內(nèi)腹板裂縫產(chǎn)生主要原因是由于水化熱導(dǎo)致的溫差過大產(chǎn)生裂縫，外側(cè)腹板裂縫由于新舊混凝土齡期相差過大引起的應(yīng)力集中而產(chǎn)生豎向裂縫。兩個(gè)位置的裂縫為非結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)按規(guī)范要求對不同原因產(chǎn)生的裂縫按照裂縫的寬度、裂縫發(fā)展的碳化深度采用不同的修補(bǔ)方案進(jìn)行處理：

(1)根據(jù)現(xiàn)場使用檢測設(shè)備檢測并形成檢測報(bào)告，對報(bào)告中主要集中在0#、1#節(jié)段腹板內(nèi)由于水化熱的原因產(chǎn)生的裂縫寬度≤0.2 mm的混凝土表層細(xì)微裂縫使用表面涂裝封閉的方法。主要采用防水封閉修補(bǔ)材料、粘結(jié)材料、表面防水涂裝材料進(jìn)行修補(bǔ)。為保證修補(bǔ)區(qū)域的美觀，先將需要修補(bǔ)的裂縫分好需要修補(bǔ)的區(qū)域，將裂縫位置清理干凈，保持修補(bǔ)區(qū)域的干燥，使用按照配合比配制好的環(huán)氧樹脂修補(bǔ)劑，利用裂縫表面的毛細(xì)滲透作用使修補(bǔ)劑滲透到裂縫內(nèi)，待修補(bǔ)劑凝結(jié)后涂刷粘結(jié)劑和表面防水涂料將裂縫完全封閉，表面的防水涂料注意與周邊混凝土的色澤一致，保證修補(bǔ)美觀。

(2)對主要集中在0#、1#節(jié)段腹板外側(cè)，主要由于新舊混凝土收縮徐變不同，產(chǎn)生的裂縫寬度>0.2 mm但是裂縫深度沒有超過鋼筋保護(hù)層厚度的，并且裂縫的范圍、長度較小的裂縫，可采用開槽修補(bǔ)法進(jìn)行裂縫修補(bǔ)：

①采用先將裂縫產(chǎn)生范圍進(jìn)行圈定，保證開槽外觀規(guī)則整齊，在開槽邊界位置使用切割機(jī)將邊界切割，深度不超過鋼筋保護(hù)層約為20～40 mm。

②將開槽范圍內(nèi)的破碎混凝土使用機(jī)械全部鑿除至切割深度。

③使用經(jīng)過試驗(yàn)審批通過的，具有較低的流動(dòng)性，具備一定膨脹作用的高強(qiáng)度環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

④開槽修補(bǔ)完成后，采用粘結(jié)材料、表面防水涂裝材料進(jìn)行修補(bǔ)封閉。

(3)用于修補(bǔ)0#、1#節(jié)段腹板外側(cè)裂縫>0.2 mm，裂縫的深度超過鋼筋保護(hù)層厚度的裂縫，使用壓漿法將流動(dòng)性較好的修補(bǔ)劑將裂縫周邊封閉。壓漿法主要是使用抽空和壓漿設(shè)備，利用修補(bǔ)腔內(nèi)的負(fù)氣壓，通過壓力和毛細(xì)滲透作用將黏度較低而流動(dòng)性好、強(qiáng)度高的修補(bǔ)劑壓入裂縫較深處進(jìn)行修補(bǔ)。壓漿法修補(bǔ)的主要步驟是：

①在裂縫的周圍將需要修補(bǔ)的范圍圈定，圈定修補(bǔ)范圍時(shí)注意預(yù)留壓漿注膠底座的寬度，便于安裝注膠底座使注膠底座能夠充分與梁體粘結(jié)緊密起到密封的作用。

②為保證壓漿劑能夠充分滲透至裂縫深處，需要將裂縫位置使用打磨機(jī)將表面的混凝土清除2～3 mm，局部裂縫較深的位置可用開槽的方式，但開槽的深度不應(yīng)超過鋼筋保護(hù)層的厚度，以達(dá)到壓漿修補(bǔ)的最佳效果。

③將打磨開槽好的位置進(jìn)行清理，保證打磨和開槽的深度足夠，打磨開槽后裂縫表面注意清潔，不能讓打磨或開槽后污染物將裂縫堵塞，保證壓漿時(shí)修補(bǔ)劑能夠滲入裂縫深度。

④在裂縫周邊標(biāo)注注膠底座的位置，在預(yù)埋注漿底座前先涂刷粘結(jié)劑，使預(yù)埋的注膠底座與梁體粘結(jié)密封，注膠底座安裝的間距宜20～30 cm范圍，并且在安裝注膠底座時(shí)注意避開裂縫縫口，以免堵塞縫口造成注漿困難。

⑤注膠底座安裝完成后可以使用抽空設(shè)備對密封效果進(jìn)行試驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)底座密封效果不好，可以在底座的周邊用粘結(jié)劑再次進(jìn)行封閉修補(bǔ)，直到能達(dá)到壓漿所需的負(fù)壓強(qiáng)后才能進(jìn)行壓漿。

⑥壓漿材料必須做好配比，保證壓漿材料具有充分的流動(dòng)性，達(dá)到填補(bǔ)的作用，同時(shí)試配的壓漿材料要具備現(xiàn)場的可操作性，使現(xiàn)場的配制和壓漿留有足夠的時(shí)間，保證修補(bǔ)劑達(dá)到的強(qiáng)度高于結(jié)構(gòu)主體混凝土的強(qiáng)度，外觀色澤達(dá)到裂縫修補(bǔ)效果。

⑦壓漿時(shí)先將封閉區(qū)域抽空至負(fù)壓狀態(tài)，能達(dá)到-0.2 MPa以上最佳，壓漿時(shí)注意要從下部往上壓漿，以保證壓漿的密實(shí)效果，在壓漿過程中要控制好壓漿的速度，壓漿速度宜慢而均勻，壓漿過程中通過負(fù)壓力作用使?jié){通過毛細(xì)作用壓到裂縫內(nèi)，緩慢的壓漿可以保證縫隙內(nèi)的空氣排干凈，在壓漿的同時(shí)要繼續(xù)抽空，保證負(fù)壓效果不減弱，直到壓漿完成為止。在壓漿完成后不能立即拆除注入器，必須保持8～24 h的壓力(具體的時(shí)間要根據(jù)試配的壓漿劑凝固時(shí)間而定)，待壓漿液凝固后方可拆除注入器。

⑧壓漿完成后將裂縫周邊殘留的雜物清理干凈，并在裂縫位置設(shè)置觀測點(diǎn)，對后續(xù)每次完成的懸臂節(jié)段進(jìn)行觀測，在全橋合龍后對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)裂縫沒有進(jìn)一步發(fā)展或重復(fù)出現(xiàn)后再對裂縫表面修飾。

5 腹板內(nèi)外裂縫后期持續(xù)觀測結(jié)果

經(jīng)過分析并按照處理方案處理完成后對裂縫設(shè)置的觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，隨著掛籃懸臂施工繼續(xù)推進(jìn)，0#塊箱內(nèi)外裂縫未繼續(xù)發(fā)展也未見新的裂縫產(chǎn)生。因此，根據(jù)觀測結(jié)果可以判定，鹿寨二橋左幅6#墩0#塊邊箱內(nèi)外裂縫在隨后的各節(jié)段施工過程中、施工完成后直至全橋合龍，連續(xù)鋼構(gòu)的預(yù)應(yīng)力施加完成均未發(fā)現(xiàn)裂縫進(jìn)一步發(fā)展及周邊沒有其它新裂縫產(chǎn)生，因此可以判定裂縫已經(jīng)穩(wěn)定，裂縫產(chǎn)生原因分析準(zhǔn)確，處理方案能夠達(dá)到預(yù)期效果。后期再對修補(bǔ)裂縫修飾，使裂縫表面平整光潔且與周圍混凝土顏色接近。

6 裂縫預(yù)防及處理效果

通過對鹿寨二橋左幅6#墩0#塊腹板裂縫的檢測，對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析，制定了防治措施，對產(chǎn)生的裂縫制定了處理方案，并根據(jù)處理后預(yù)留的觀測點(diǎn)對后期裂縫觀測結(jié)果進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：

(1)通過修改混凝土配合比，增加粉煤灰和礦粉的摻量，減少高標(biāo)號(hào)混凝土水泥用量，將產(chǎn)生較大的水化熱，通過增設(shè)冷卻水管循環(huán)系統(tǒng)降低水泥水化熱導(dǎo)致的混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度裂縫，但溫度裂縫只是產(chǎn)生箱內(nèi)裂縫的主要原因，并不是箱外腹板出現(xiàn)裂縫的主要原因，通過在本橋梁其他0#、1#節(jié)段的施工過程中增設(shè)冷卻段后，箱內(nèi)隔板處沒有出現(xiàn)裂縫而得到驗(yàn)證。

(2)通過裂縫產(chǎn)生的原因分析及通過預(yù)防措施處理后可以確定0#、1#節(jié)段的下半部分新澆筑混凝土與橋墩頂面的舊混凝土接觸位置受到舊混凝土已經(jīng)收縮徐變穩(wěn)定的影響，限制了下半部分新澆筑混凝土收縮幅度，上部新混凝土收縮幅度大而導(dǎo)致整個(gè)0#、1#節(jié)段內(nèi)部混凝土收縮應(yīng)力不均，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力集中導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。為降低0#、1#節(jié)段與橋墩混凝土齡期及剛結(jié)點(diǎn)連接處結(jié)構(gòu)特性的影響，可以采用將0#塊與薄壁墩接縫位置向下轉(zhuǎn)移，將部分薄壁墩混凝土歸為0#、1#塊同時(shí)施工，并在薄壁墩連接處設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)減少收縮徐變的應(yīng)力集中，增加表面混凝土的抗裂性能。通過專家論證及設(shè)計(jì)方面的判定，腹板處出現(xiàn)的裂縫并非因?yàn)樵O(shè)計(jì)受力不合理或是未按圖施工導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫，屬于表面的收縮裂縫，按照裂縫的處理方案進(jìn)行處理，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全。

(3)在懸臂現(xiàn)澆施工初始階段，0#、1#節(jié)段只是完成了混凝土的澆筑，對于設(shè)計(jì)的縱向、豎向預(yù)應(yīng)力并沒有施加，此時(shí)的受力狀態(tài)對防止裂縫產(chǎn)生不利，在后期預(yù)應(yīng)力施加后可以得到改善，并隨著施工的推進(jìn)，橋梁逐步達(dá)到設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)，使0#、1#節(jié)段整體屬于受壓區(qū)域，有利于裂縫的閉合，并在后期的裂縫觀測記錄的數(shù)據(jù)中得到了驗(yàn)證。

(4)裂縫的處理根據(jù)裂縫的寬度、深度均有不同的處理方案，對于裂縫寬度≤0.2 mm，裂縫深度未達(dá)到保護(hù)層厚度的裂縫采用表面處理的方案；對于處理寬度>0.2 mm的裂縫，裂縫深度小于保護(hù)層厚度的裂縫可以采用開槽處理的方案；寬度>0.2 mm，裂縫深度超過保護(hù)層厚度的裂縫，可采用壓漿法的方案進(jìn)行處理。通過鹿寨二橋裂縫的處理效果看，處理的質(zhì)量及外觀都獲得了較好的效果。

7 結(jié)語

本文采用實(shí)際案例對連續(xù)剛構(gòu)橋混凝土的裂縫進(jìn)行探討與驗(yàn)證，有效地將裂縫限制在合理范圍，且所采取的措施對裂縫的處理效果都較理想。本文中連續(xù)鋼構(gòu)橋的裂縫處理實(shí)例僅有鹿寨二橋兩個(gè)0#塊進(jìn)行對比分析，對裂縫所采取的樣本數(shù)量偏少，因此本文的結(jié)論難免存在不足之處，但對于同類型的薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋施工中0#塊裂縫的防治、裂縫的處理亦有一定借鑒參考作用。