吳宇 ，劉龍文 （寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司，浙江 寧波 315101）

1 橋梁設(shè)計(jì)及施工概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)檐壍澜煌缭揭?guī)劃道路而設(shè)，跨徑組合為（29.042+37+45+50）m，橋長(zhǎng)161.042m，梁頂寬 18.9m～15.916m，梁底寬為13.3m～10.316m。橋梁外側(cè)懸臂長(zhǎng)2.45m，端部厚度0.2m，根部厚度0.5m。橫斷面采用單箱三室截面，梁高3.0m。頂板標(biāo)準(zhǔn)段厚度為0.27m，腹板厚度0.5m～0.65m，底板厚度為0.25m～0.5m。中墩和邊墩支點(diǎn)處設(shè)置橫隔梁，厚度2.0m。

圖1 連續(xù)梁跨中橫斷面圖

主梁設(shè)置縱向單向預(yù)應(yīng)力體系。腹板束采用19-Φs15.2mm鋼束，頂板束采用15-Φs15.2mm鋼束，底板束采用12-Φs15.2mm鋼束。腹板束錨固于梁端或節(jié)段腹板端部，頂板、底板束錨固于箱梁頂板、底板的齒塊上。

1.2 施工方法

①全橋支架體系采用碗扣式滿堂支架形式。支架屬于超過(guò)一定規(guī)模的危大工程，專項(xiàng)施工方案已經(jīng)通過(guò)專家論證。支架地基為原混凝土交通道路，其中中央綠化帶部分換填宕渣后澆筑混凝土進(jìn)行硬化處理。施工單位已在先行施工的其他現(xiàn)澆梁相同地基、碗扣滿堂支架處進(jìn)行過(guò)地基基礎(chǔ)預(yù)壓及支架預(yù)壓，預(yù)壓結(jié)果表明地基承載力、支架體系滿足方案要求。

②采用縱向逐段澆筑、豎向分次施工方法。YX01～YX05連續(xù)梁縱向分為兩個(gè)大節(jié)段。第一節(jié)段長(zhǎng)76.042m，節(jié)段縫留置位置位于YX03～YX04跨內(nèi)、距離YX03墩10m處；第二節(jié)段為YX03～YX05（長(zhǎng)85m）。每個(gè)節(jié)段豎向又分為兩次施工：第一次澆筑底板、腹板至頂板下腋角處，第二次澆筑剩余部分腹板及頂板。

圖2 連續(xù)梁縱向分段施工示意圖

1.3 施工概況

①第一節(jié)段施工情況：8月27日澆筑底腹板混凝土，9月16日澆筑頂板混凝土，10月1日起開(kāi)始預(yù)應(yīng)力施工，直至10月25日全部完成。

②第二節(jié)段施工情況：10月10日澆筑底腹板混凝土，10月23日澆筑頂板混凝土，11月2日起開(kāi)始預(yù)應(yīng)力施工，直至11月16日全部完成。

2 橋梁裂縫情況

10月28日檢查發(fā)現(xiàn)YX04號(hào)墩頂附近梁面、箱室內(nèi)存在較多橫向裂縫。發(fā)現(xiàn)裂縫后，建設(shè)單位委托第三方檢測(cè)單位對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行調(diào)查。主要方法有橋梁線形三維掃描測(cè)量、外觀檢查、裂縫調(diào)查測(cè)量。

2.1 橋梁線形三維掃描結(jié)果

圖3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)量

采用Faro三維激光掃描儀分別獲取梁頂部及底部的三維點(diǎn)云模型，沿左右側(cè)按每跨十分點(diǎn)提取線形點(diǎn)的三維坐標(biāo)。掃描結(jié)果顯示，YX01號(hào)墩～YX03號(hào)墩（第1跨和第2跨）梁底和梁頂線形呈現(xiàn)上拱，YX03號(hào)墩～YX05號(hào)墩（第3跨和第4跨）梁底和梁頂線形在局部呈現(xiàn)下?lián)稀?/p>

2.2 橋梁裂縫調(diào)查測(cè)量結(jié)果

裂縫寬度測(cè)量采用電子裂縫寬度測(cè)量?jī)x，裂縫深度測(cè)量采用超聲波檢測(cè)中的同面法。經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)查和測(cè)量，連續(xù)梁存在三種形式的裂縫：頂板橫向裂縫、腹板豎向裂縫、少量底板橫向裂縫。

圖4 梁頂線形

圖5 梁底線形

圖6 梁頂掃描云圖

圖7 梁底掃描云圖

①裂縫情況調(diào)查分布統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表。

②頂板裂縫。左箱室、中箱室和右箱室的頂板均發(fā)現(xiàn)數(shù)量較多的橫向裂縫和部分縱向裂縫，且下雨后多數(shù)裂縫存在滲水現(xiàn)象，說(shuō)明裂縫已經(jīng)貫穿頂板。頂板橫向裂縫主要分布于YX01墩～YX03墩（第1跨和第2跨）。

圖8 頂板橫向裂縫實(shí)圖

③腹板豎向裂縫。三個(gè)箱室腹板均發(fā)現(xiàn)豎向裂縫，主要分布于YX02號(hào)墩和YX04號(hào)墩兩側(cè)負(fù)彎矩區(qū)。裂縫寬度最大為0.62mm，裂縫長(zhǎng)度最大為1.70m。裂縫的發(fā)展方向?yàn)樽愿拱迳暇夐_(kāi)始至腹板下緣；裂縫寬度靠近上緣較寬，靠近下緣較窄。部分腹板豎向裂縫在同一塊腹板的兩側(cè)呈現(xiàn)對(duì)稱分布狀態(tài)。

圖9 箱室內(nèi)腹板典型裂縫實(shí)圖

④底板底部裂縫?？偟臄?shù)量較少，第1跨底板發(fā)現(xiàn)2條橫向裂縫，第3跨底板發(fā)現(xiàn)1處滲水和1條縱向裂縫。裂縫長(zhǎng)度較短，寬度較窄，應(yīng)為混凝土收縮裂縫。

3 裂縫分析

通過(guò)建立橋梁空間實(shí)體模型，結(jié)合橋梁實(shí)體檢測(cè)數(shù)據(jù)、施工信息，通過(guò)仿真分析考察箱梁在自重作用下，第二節(jié)段澆筑完成后全橋變形及墩頂負(fù)彎矩區(qū)位置的拉應(yīng)力分布以及混凝土開(kāi)裂情況。

3.1 全橋變形分析

第二節(jié)段混凝土澆筑后，全橋變形分析結(jié)果見(jiàn)圖11。

圖10 底板裂紋實(shí)圖

圖11 YX01～YX05號(hào)墩連續(xù)梁全橋豎向變形圖/m

①縱向分段施工變形分析。全橋分為二個(gè)節(jié)段澆筑，第二節(jié)段混凝土澆筑完成之前，第一節(jié)段的腹板和底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束已經(jīng)張拉。分析結(jié)果表明，第1跨和第2跨豎向呈現(xiàn)上拱變形。第二節(jié)段混凝土箱梁由滿堂支架支撐。如果不考慮支架的支撐作用，其中第3跨跨中最大下?lián)现颠_(dá)到0.45cm，第4跨跨中最大下?lián)现颠_(dá)到2.31cm。

②與實(shí)測(cè)值對(duì)比驗(yàn)證。第二節(jié)段混凝土澆筑完成后，施工單位對(duì)模板標(biāo)高進(jìn)行了混凝土澆筑前后的測(cè)量對(duì)比。測(cè)量點(diǎn)位分別為距離YX04號(hào)墩2m、10m、20m處。實(shí)測(cè)沉降值與計(jì)算的梁體撓度值對(duì)比如圖12所示。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土澆筑完成后，模板整體下?lián)现翟?/4跨位置大于梁體計(jì)算撓度值，在跨中附近接近計(jì)算撓度值。說(shuō)明混凝土在澆筑完成后，存在梁體的整體下?lián)?，并且?/4跨位置下?lián)陷^大，支架剛度可能不足。

3.2 第二節(jié)段縱橋向正應(yīng)力分布

分析結(jié)果見(jiàn)圖13～圖15。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)?跨存在較大下?lián)献冃螘r(shí)，在YX04號(hào)墩墩頂負(fù)彎矩區(qū)會(huì)產(chǎn)生縱橋向的拉應(yīng)力。其中，頂板拉應(yīng)力最大值可達(dá)到6.02MPa，腹板拉應(yīng)力最大值可達(dá)到3.73MPa。均已超出C50混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk。負(fù)彎矩區(qū)頂板正應(yīng)力分布具有以下特征：

圖12 計(jì)算撓度和實(shí)測(cè)模板標(biāo)高差對(duì)比

①負(fù)彎矩區(qū)頂板拉應(yīng)力以YX04號(hào)墩中心線對(duì)稱分布；

②頂板拉應(yīng)力的方向垂直于橫橋向，因此會(huì)導(dǎo)致頂板橫向開(kāi)裂；

③在距離墩頂橫墻邊緣50cm范圍內(nèi)，拉應(yīng)力數(shù)值較大，向跨中方向拉應(yīng)力值逐漸減??；

④頂板拉應(yīng)力值大小在橫橋向分布均勻，數(shù)值較為接近。

3.3 第二節(jié)段腹板正應(yīng)力分布

模擬分析見(jiàn)圖16，分析結(jié)果表明，第二節(jié)段腹板在負(fù)彎矩區(qū)為上邊緣受拉，下邊緣受壓。其中負(fù)彎矩區(qū)腹板上邊緣受拉的范圍為距離YX04號(hào)墩橫墻邊緣-9m（往小里程樁號(hào)）至+8m（往大里程樁號(hào)）范圍。

墩頂負(fù)彎矩區(qū)受拉范圍內(nèi)拉應(yīng)力數(shù)值大于C50混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk的范圍為距離YX04號(hào)墩橫墻邊緣-3m（往小里程樁號(hào)）至+2.7m（往大里程樁號(hào)）范圍。此范圍內(nèi)的腹板混凝土具備開(kāi)裂的可能性。

3.4 中腹板與邊腹板應(yīng)力分布對(duì)比

實(shí)際調(diào)查顯示，YX04號(hào)墩頂開(kāi)裂截面的中腹板和邊腹板開(kāi)裂程度不同，因此將中腹板和邊腹板縱橋向正應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果如圖17～圖19所示。

裂縫情況調(diào)查表

圖13 第二節(jié)段箱梁正應(yīng)力分布圖/Pa

圖14 YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)頂板正應(yīng)力分布圖/Pa

圖15 YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)腹板正應(yīng)力分布圖/Pa

圖16 第二節(jié)段腹板正應(yīng)力分布圖/Pa

可以發(fā)現(xiàn)，同一截面縱橋向的拉應(yīng)力分布大小在橫向差異主要體現(xiàn)在：①頂板在中箱室位置的拉應(yīng)力要大于邊箱室；②中腹板的拉應(yīng)力數(shù)值和范圍要大于邊腹板。仿真模擬與現(xiàn)場(chǎng)墩頂負(fù)彎矩區(qū)橫向裂縫的分布位置較為貼近。

3.5 箱梁分層澆筑影響分析

第二節(jié)段箱梁采用的是分層澆筑方式，頂板（包括部分腋腳處腹板）與底腹板澆筑時(shí)間間隔13天。當(dāng)頂板混凝土澆筑時(shí)，底腹板已經(jīng)形成了具備一定混凝土強(qiáng)度的開(kāi)口截面連續(xù)梁。頂板混凝土的澆筑實(shí)際上是對(duì)第一次澆筑結(jié)構(gòu)的二次加載過(guò)程。如果施工支架的剛度不足，那么第一次澆筑的開(kāi)口截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)更多的荷載，就有可能導(dǎo)致其墩頂負(fù)彎矩區(qū)腹板上緣開(kāi)裂。

圖17 YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)中腹板正應(yīng)力分布圖/Pa

圖18 YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)邊腹板正應(yīng)力分布圖/Pa

圖19 YX04號(hào)墩頂箱梁截面正應(yīng)力分布圖/Pa

將第二節(jié)段模擬開(kāi)口截面連續(xù)梁，頂板混凝土自重采用等效荷載施加于第二節(jié)段腹板頂面，模擬混凝土二次澆注對(duì)于第一次澆筑結(jié)構(gòu)的影響。分析結(jié)果表明，由于底腹板開(kāi)口截面連續(xù)梁的抗彎強(qiáng)度比閉口截面箱梁有較大削弱，因此當(dāng)施工支架剛度不足時(shí)，頂板混凝土二次澆筑后第二節(jié)段梁體下?lián)陷^大，最大下?lián)献冃伟l(fā)生在第4跨跨中，最大下?lián)现颠_(dá)到3.63cm。在YX04號(hào)墩負(fù)彎矩區(qū)腹板上緣產(chǎn)生10MPa的縱橋向拉應(yīng)力。通過(guò)試算可以發(fā)現(xiàn)，第二節(jié)段頂板混凝土澆筑完成后，當(dāng)下層底腹板結(jié)構(gòu)最大下?lián)线_(dá)到16mm時(shí)，YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的腹板上緣混凝土開(kāi)裂應(yīng)變可以達(dá)到2500με，表明此狀態(tài)下頂板已經(jīng)產(chǎn)生了開(kāi)裂現(xiàn)象。

3.6 負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂分析

第二跨現(xiàn)澆梁在混凝土澆筑完成后，如果梁體存在下?lián)献冃?，YX04號(hào)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的頂板及腹板存在縱橋向的拉應(yīng)力。并且拉應(yīng)力在墩頂負(fù)彎矩區(qū)一定范圍內(nèi)的數(shù)值較大，達(dá)到了C50混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，使得墩頂負(fù)彎矩區(qū)具備橫向開(kāi)裂的可能。

①混凝土初凝后，施工支架非彈性變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂

箱梁混凝土在澆筑完成后還未初凝時(shí)期，處于流塑性狀態(tài)，此時(shí)施工支架的彈性變形在混凝土濕重作用下能夠較快完成，保持支架的穩(wěn)定。因此施工支架的彈性變形而導(dǎo)致的梁體下?lián)喜粫?huì)在墩頂負(fù)彎矩區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力。

當(dāng)箱梁混凝土發(fā)生初凝后，其處于一個(gè)抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低、但又凝固的狀態(tài)。

如果施工支架未經(jīng)過(guò)預(yù)壓，存在一個(gè)緩慢發(fā)展的非彈性變形過(guò)程。就有可能造成箱梁在混凝土初凝后的一個(gè)下?lián)献冃?，?duì)混凝土的開(kāi)裂造成不利的影響。

②分層澆筑時(shí)的支架彈性變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂

箱梁采用分層澆筑時(shí)，尤其是分層澆筑時(shí)間間隔較長(zhǎng)的情況下，底板和腹板實(shí)際上已經(jīng)形成了一個(gè)開(kāi)口截面的連續(xù)梁。當(dāng)頂板混凝土二次澆筑時(shí)，實(shí)際上是對(duì)下部底板和腹板的二次加載過(guò)程。即“底板+腹板+支架”共同承擔(dān)頂板混凝土濕重荷載。如果施工支架的剛度不足，彈性變形過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致底板和腹板承擔(dān)更多的荷載，使得下層梁體發(fā)生較大的下?lián)献冃?，從而在墩頂?fù)彎矩區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成負(fù)彎矩區(qū)腹板上緣混凝土橫向開(kāi)裂。

3.7 頂板橫向裂縫原因

箱梁豎向?yàn)榉謱訚仓?，腹板與頂板澆筑時(shí)間間隔較長(zhǎng)，頂板混凝土的收縮受到腹板的約束較大，造成頂板收縮開(kāi)裂。

4 結(jié)構(gòu)安全靜載測(cè)試

為進(jìn)一步驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，委托第三方檢測(cè)單位對(duì)該橋梁進(jìn)行靜載測(cè)試，以檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際受力狀況是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)以及對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)作出總體評(píng)價(jià)。

4.1 控制截面

根據(jù)連續(xù)梁受力特點(diǎn)，選取A～G控制截面進(jìn)行加載效應(yīng)測(cè)試。

圖20 加載控制截面示意

4.2 觀測(cè)內(nèi)容

①撓度：試驗(yàn)跨各控制截面撓度測(cè)點(diǎn)撓度和支點(diǎn)沉降；

②應(yīng)變：試驗(yàn)跨各控制截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變；

③裂縫：加載過(guò)程中，隨時(shí)觀測(cè)有無(wú)新裂縫展開(kāi)，記錄展開(kāi)裂縫走向、長(zhǎng)度及縫寬；已發(fā)現(xiàn)裂縫有無(wú)擴(kuò)展情況，并以裂縫測(cè)寬儀及應(yīng)變計(jì)的形式記錄裂縫開(kāi)展情況。

4.3 靜載測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)橋跨在相應(yīng)荷載工況下未出現(xiàn)承載能力不滿足要求的情況。

①靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)滿足《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T233-2015)規(guī)定的試驗(yàn)荷載效率系數(shù)為0.85～1.05的要求。

②撓度測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值和規(guī)范規(guī)定的控制值，且校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，表明試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)承載的要求。

③測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變(變形)最大值符合規(guī)范規(guī)定的相對(duì)殘余應(yīng)變 (變形)容許值不大于20%的規(guī)定，表明試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力正常。

④YX02墩、YX04墩附近截面處頂板及腹板典型裂縫的實(shí)測(cè)擴(kuò)展寬度滿足規(guī)范要求。

5 裂縫處治

裂縫處治以提高橋梁結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備、結(jié)構(gòu)耐久性、恢復(fù)橋梁構(gòu)件使用功能為主。具體措施包括淺層表面裂縫封閉、深層裂縫化學(xué)灌漿、負(fù)彎矩區(qū)腹板粘貼碳纖維布、頂板防水加強(qiáng)四種。

5.1 裂縫封閉

對(duì)于寬度小于0.15mm的裂縫，采用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥進(jìn)行表面封閉處理，防止水氣侵入銹蝕鋼筋。封縫前先對(duì)裂縫部位進(jìn)行清理或在裂縫處開(kāi)“V”形槽，然后用封縫材料將裂縫表面或“V”形槽封閉。

5.2 裂縫灌漿

對(duì)于寬度大于0.15mm的裂縫，采用化學(xué)灌漿填充裂縫的處理措施。一方面灌注漿液、粘結(jié)劑將結(jié)構(gòu)內(nèi)部重新結(jié)合為整體，恢復(fù)應(yīng)有的強(qiáng)度；另一方面，阻斷空氣和水分進(jìn)入梁體，避免鋼筋腐蝕和混凝土碳化，提高結(jié)構(gòu)耐久性和抗?jié)B性。

5.3 粘貼碳纖維布

負(fù)彎矩區(qū)腹板豎向裂縫按照5.1、5.2要求表面封閉或內(nèi)部灌漿處理之后，粘結(jié)碳纖維布，并進(jìn)行表面防腐涂裝。

5.4 負(fù)彎矩區(qū)頂板上表面防水加強(qiáng)

箱梁頂面原設(shè)計(jì)設(shè)有“防水層+細(xì)石纖維混凝土”保護(hù)層，最小厚度4cm。為增強(qiáng)頂板負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂位置的整體受力性能，考慮到箱梁頂面預(yù)埋有軌道道床錨固鋼筋，決定采用C55高標(biāo)號(hào)混凝土代替部分原細(xì)石纖維混凝土保護(hù)層，密配鋼筋網(wǎng)片，間距10cm（縱橋向）×5cm（橫橋向）?？v橋向設(shè)置范圍為墩中心線兩側(cè)10m，橫橋向全覆蓋。

6 結(jié)語(yǔ)

①加強(qiáng)承重支模架質(zhì)量管理。承重支模架作為連續(xù)梁現(xiàn)澆平臺(tái)，對(duì)成橋結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。大跨度連續(xù)梁施工時(shí)間一般較長(zhǎng)，要做好連續(xù)梁各種工況下承重支模架全過(guò)程管理。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)支模架變形情況的監(jiān)測(cè)措施，杜絕由于支模架變形過(guò)大，導(dǎo)致連續(xù)梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

②連續(xù)梁豎向分兩次澆筑要重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)方面：一是后澆筑結(jié)構(gòu)對(duì)先澆筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)二次加載作用，支架驗(yàn)算應(yīng)考慮這一特殊工況；二是先澆筑結(jié)構(gòu)對(duì)后澆筑結(jié)構(gòu)的混凝土收縮有一定的約束作用。

③對(duì)于出現(xiàn)裂縫的連續(xù)梁，要認(rèn)真研究施工情況，嚴(yán)謹(jǐn)分析裂縫產(chǎn)生原因，科學(xué)開(kāi)展結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)評(píng)估和后續(xù)處置。