小箱梁梁桥面铺装纵向开裂分析

小箱梁梁桥面铺装纵向开裂分析

在施工过程中，由于桥梁规则中桥面的铺设厚度和形状以及水面上的织物，水面上的裂缝现象非常常见。混凝土桥面铺装铰缝处纵向开裂既有早期开裂,更多的是使用期开裂。下面从混凝土桥面铺装设计、施工和运营使用方面对小箱梁梁桥面铰缝处纵向开裂的原因进行分析,探讨解决这类问题的措施和办法。1纵向扰动的原因1.1铰缝处横向开裂(1)公路桥梁设计规范对桥面铺装规定不完善是造成纵向开裂的主要原因。采用桥梁设计规范(JTJ21-89)对混凝土桥面铺装的设计来进行受力分析,特别是没有考虑昼夜间桥面温度应力的影响,这是产生桥面铺装纵向裂缝的关键原因。从温度应力及收缩徐变的影响看,对于施工质量较差的铰缝处桥面铺装,其温度拉应力一般可达3.38MPa,收缩徐变拉应力一般在0.98MPa~1.15MPa之间,在通车前产生的铰缝处桥面铺装纵向开裂便是在这两种应力叠加下产生的,叠加应力基本上与桥面铺装混凝土的拉应力极限强度相当。(2)铰接板法进行考虑装配式小箱梁横向联系时,由于不考虑横向变矩的影响是偏于不安全的。一般情况下钢板焊接铰缝横向联结处传递的拉应力为2.2MPa~2.5MPa,单独作用时桥面铺装能基本抵抗,但与温度应力及收缩徐变叠加后,铰缝处采用钢板焊接时无法承受拉应力作用,造成了铰缝处在运营中普遍产生了较多的纵向开裂现象。(3)不同的铰缝形式对桥面铺装的纵向开裂分析如下。(1)铰缝处桥面为浅缝和窄缝时,一般按铰缝处在桥面处布设铰缝筋,小箱梁间的横向联结基本没有,在桥面承受荷载作用时,桥面铺装在铰缝处并非是桥梁设计理论中仅假定的剪力,实际上桥面铺装在铰缝处为弯拉作用,而桥面铺装的布筋位于上部,下部除了分布稀疏的铰缝筋,基本上由桥面混凝土承受拉应力。铰缝处桥面铺装混凝土设计强度等级一般为C40,其抵抗应力约为5MPa,在钢筋网间距较大的情形下开裂现象较难避免。此类开裂极有可能从桥面铺装下部开始发展。(2)铰缝处刚度不均匀导致的纵向开裂:采用钢板铰接形式,除了其未考虑横向弯矩的原因外,铰缝处刚度明显不均匀也是一个原因。(3)采用深铰缝的桥面铺装,由于深铰缝混凝土体积较小,小箱梁预制的时间较长,后浇筑的桥面铺装在铰缝处的开裂一般属于由铰缝混凝土收缩开裂而反射到铺装层引起。小箱梁梁板侧面与现浇铰缝混凝土间的粘结抗裂较弱,一般是较难防止微裂纹产生,这正是铰缝混凝土与小箱梁间的收缩差异造成了早期裂缝的存在,从而反射导致桥面铺装混凝土的开裂。(4)层间锚固筋设置不均匀的分析:混凝土小箱梁顶部设置有与桥面铺装联结的锚固筋,而铰缝处顶面一般未考虑由于未设置水平缝间锚固筋,造成了桥面铺装在小箱梁顶面处受到水平的应力不均匀,梁板顶面处的锚固筋起到较好的约束桥面铺装横向变形作用,铰缝处相对于的则为一个约束较弱的薄弱带。车辆荷载作用时,铰缝处的桥面铺装横向变形自由度大,成了一个易开裂的薄弱带,这也是较桥面其他部位易开裂的一个原因。1.2施工中的原因1.2.1垂弯曲现象钢筋网垫块布置不均,间距较大,混凝土浇筑时未按设计调整钢筋网,钢筋网下垂弯曲现象比较普遍。部分钢筋网紧贴行车道板,钢筋网起不到应有的作用,桥面铺装在运营后较易破坏,特别是在板间铰接因钢板焊接成刚接时,桥面铺装上部基本上处于素混凝土状态,在复杂的剪弯扭应力作用下,桥面铺装开裂现象就难以避免了。1.2.2配合比不适宜采用泵送混凝土或混凝土搅拌车运输混凝土,这两种施工方法为了保证混凝土的流动性,都选用了塌落度较大的配合比,造成了混凝土的收缩应变较大。有些中小桥施工由于桥面铺装混凝土数量不大,采用自落式搅拌机拌和,随意加水情况普遍,造成了混凝土干缩严重。对于铰缝混凝土施工同样如此,造成了铰缝混凝土质量差,收缩反射现象突出。铰缝比较容易形成早期裂缝,在频繁的荷载作用下逐渐形成通性裂缝。1.2.3小箱梁顶板两侧高中间低混凝土小箱梁由于侧面布置铰缝钢筋,在小箱梁预制时一般由于混凝土中间振捣作用拌合料向两端拱起,造成小箱梁顶板两侧高中间低现象。在浇筑铰缝混凝土时,由于顶部铰缝钢筋绑扎后通常高于小箱梁顶面,施工人员为了使混凝土覆盖铰缝筋,导致铰缝混凝土高出小箱梁顶面,造成铰缝处桥面铺装厚度不足。在浇筑桥面铺装时该处厚度不均匀,收缩不一致,成为又一个导致早期开裂的原因。1.2.4早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝早期干缩裂缝桥面铺装层的特点是厚度比较薄,但暴露面积大,水分容易蒸发,造成早期干缩裂缝。由于养生不到位造成的干缩裂缝在承受荷载作用后,逐渐发展而形成影响工程耐久性和安全性的裂缝,在薄弱的铰缝处情况更严重。1.2.5提高抗混叠车的抗拉受力高速公路的交通组织将车道划分为行车道和超车道,人为强制地为桥梁荷载分布划成了一定比例。并使桥梁结构运营始终处于偏载状态,使行车道的桥面铺装承担了比超车道大得多(量值可达3~4倍)的运营应力水平,因此加快了行车道混凝土的应力疲劳,对于结构和受力薄弱的铰缝处桥面铺装造成了较多的破坏。货运业主为追求短期经济效益,通过改变车箱结构如加长、加高等使汽车的载重成倍增加,从而使车辆的轴重及轮压同样成倍增加。这些车辆对桥面铺装混凝土的破坏严重,同时加剧了行车道桥面铺装混凝土病害的发展速度。2纵向破裂的预防和控制2.1桥面铺装、钢筋混凝土安装(1)铰缝设计:对比几种不同形式的铰缝设计,浅窄接缝和钢板联结造成了铰缝处的缺陷是显而易见的。要克服由于铰缝本身引起的开裂问题就必须对有类型的铰缝形式进行改进,建议采用深接缝或悬臂湿接缝形式,并对接缝间采用钢筋加强连接。(2)桥面铺装的设计:从铺装层的应力计算结果来看,一般钢筋混凝土桥面的厚度在100mm以上已能满足要求,考虑超载、偏载和变应力疲劳对桥面使用年限的影响,桥面铺装厚度一般应在100mm~150mm之间。桥面铺装层不仅承受正应力与层间剪力的作用,还要承受剪扭力与疲劳应力的作用。所以采用双层钢筋网的布置是较符合桥面铺装的实际受力状况的。(3)层间联接构造钢筋:为防止桥面铺装沿与桥面小箱梁顶面间发生剪切破坏,必须加强桥面钢筋网与主梁桥面板混凝土间的联结。在小箱梁顶面混凝土中预埋联结“Ω”型构造筋,每平方米按8~10个布置,这些钢筋同时可以作为桥面铺装钢筋网的架立筋。铰缝混凝土浇筑时同样埋设层间联结“Ω”型构造筋,防止铰缝间成为桥面铺装层剪切的薄弱部位。2.2肋钢筋网的施工(1)做好钢筋网的定位工作。加强对桥面钢筋网加工、焊接和安装精度的要求,应采用焊接网或预制冷轧带肋钢筋网,不宜使用绑扎钢筋网。(2)对桥面铺装混凝土的施工质量严格控制。混凝土的水灰比控制是关键。拌和机械应采用强制性搅拌机。(3)采取措施保证桥面铺装层的厚度。充分考虑施工中的各种误差因素,从而确实保证桥面铺装的施工质量。(4)对桥面铺装结合面加强凿除清理。以确保铺装层与主梁顶面的良好结合。2.3混凝土芯样修补检查对于小箱梁梁桥铰缝处裂缝的修补,目前采用的通常有三种方法,即灌浆法,植筋法和返修法。(1)灌浆法:将高分子弹性有机材料用压力灌入混凝土裂缝中的一种自治方法。灌缝材料一般具有粘结强度高、抗拉、抗压、抗冲击强度高、渗透性强、塑性强、不易老化的优点。根据裂缝的宽度和深度不同,一般有压注灌浆法、扩缝灌浆法和直接灌浆法。检查裂缝灌浆效果,灌浆材料是否已将裂缝灌满、灌到位,采取的方法如下。(1)钻芯取样:在灌浆修补后的裂缝上随机抽样,钻取一定数量直径分别为50mm、100mm的混凝土芯样。(2)芯样外观检查:用钢尺检测芯样上裂缝长度,用读数显微镜(精度为0.01mm)检测裂缝宽度。(3)芯样破体检查:沿裂缝将直径为50mm的混凝土芯样破开,直接观察裂缝面是否有浆,浆体是充填裂缝。(4)芯样劈裂试验:对直径为100mm的混凝土芯样进行劈裂抗拉试验,检查灌浆质量。(2)植筋法:目前对裂缝修补的常用方法,多数没考虑设置传荷装置。裂缝修补后,桥面板的整体性得不到恢复,修复的寿命非常有限,对于设置传荷装置的裂缝修补方法,通常有斜孔植筋和绑带植筋法。(1)斜孔植筋法。这种裂缝方法具有对桥面破坏小、耐久、能恢复桥同板整体性、施工简单、快速等优点。(2)绑带植筋法。对贯穿全板厚的开裂状的单条裂缝,宜采取绑带植筋法。修补混合料选用高早强、高韧性、微膨胀、快速修补材料。(3)返修法:对于桥面纵向裂缝损坏比较严重,呈现破碎或网状开裂时,应凿除重新进行返修,重新铺筑水泥混凝土桥面时应注意以下几个问题。(1)水泥混凝土桥面铺装的厚度应符合设计规定,使用的材料、铺装层结构、混凝土强度、防水层设置等均应符合设计要求。(2)必须在对原有桥梁横向联结钢筋焊接工作完成后,才可进行桥面铺装工作,以免后焊的