连续刚构桥常见裂缝的起因和预防课件

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1、连续刚构桥常见裂缝的起因和预防（施工方面）,湖北沪蓉西高速公路大跨径连续刚构桥施工工作会,主讲人：蔡国宏 职 称：教授级高工 单 位：交通部公路科学研究院,目 录 一、混凝土的强度特征 二、混凝土构件分类 三、引起混凝土构件开裂的主要原因 四、桥墩（或塔墩）靠承台区段的竖向裂缝 五、连续刚构和连续箱梁桥的裂缝 1、零号块的裂缝 2、箱梁节段间施工接缝处腹板竖向裂缝 3、箱梁腹板斜裂缝 4、箱梁跨中腹板竖向裂缝和与其相连的底板水平裂缝 5、箱梁翼板和底板纵向裂缝 6、箱梁顶板和底板纵向裂缝 7、箱梁底板保护层劈裂破坏 8、锚下混凝土开裂和锚垫板变形 9、齿板及其附近的裂缝 六、现场浇注钢筋混凝土

2、和预应力混凝土连续箱梁桥常见裂缝或事故 七、建议,一、混凝土的强度特征 1、抗压强度高公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所列混凝土强度等级范围为C15C80。有一种活性粉末混凝土抗压强度可从200Mpa到800Mpa。 2、抗拉强度低只为抗压强度的126%（1/8.31/16.7），抗压强度愈高，此项百分比愈低。因此，单纯靠提高混凝土强度等级来防止开裂，效果并不理想。,二、混凝土构件分类 1、素混凝土构件 2、钢筋混凝土构件 3、预应力混凝土构件,三、引起混凝土构件开裂的主要原因 1、荷载包括自重、车辆荷载、人群荷载、施工设施荷载、风荷载、地震荷载、流水压力、冰压力、水浮力、土侧压力、预

3、加应力。 2、变形包括收缩、徐变、水化热、环境温度变化、强迫位移（如基础或支座变位）。构件间或同一构件不同部位间的约束作用、支座摩阻作用。,据调查资料，工程实践中结构物开裂的原因，由“变形”因素或以“变形”为主因素引起的裂缝约占80%，由“荷载”因素引起的裂缝约占20%。 对于超静定结构，如连续刚构、连续梁、拱、桁架，由“变形”因素引起的拉应力远超过静定结构，如简支梁。 但过去人们对“变形”因素的重视程度远不如“荷载”因素。施工阶段出现的裂缝，更是与“变形”因素紧密相关。,四、桥墩（或塔墩）靠承台区段的竖向裂缝,开裂现象：一般出现在第一、二浇注节段，竖向裂缝有一条或多条不符。,开裂原因：承台与

4、桥墩（或塔柱）浇筑混凝土的龄期相差较大（20-30天或更长），承台混凝土的收缩先期基本完成，而桥墩（或塔柱）混凝土浇注后，其混凝土收缩和水化热降温引起的收缩相互迭加，形成颇大的收缩量，这种收缩受到承台接触面（约束面）的约束，在墩身内产生拉应力，导致开裂。 按理最大的约束应力在约束边即桥墩与承台交接处，但通常竖向裂缝下端距约束边尚有一点距离，逐渐向上发展。这是因为桥墩混凝土在约束边处受到承台的“嵌固”作用，推迟或限制该处开裂，这种现象称为“模箍作用”。,防裂措施： 1、降低桥墩混凝土的收缩值和水化热值，配制低收缩、低水化热混凝土。一般采用降低水泥用量、掺加粉煤灰和精矿粉来实现。 2、最大限度降低

5、桥墩混凝土与承台混凝土的龄期差。要求承台浇注完成后5天即浇注桥墩，外地已有成功实例。,五、连续刚构和连续箱梁桥的裂缝,开裂现象：零号块高度大、体积大，一般分二次或多次浇注，其腹板上半段和顶板是最后浇注的，拆模时可在腹板上半段发现竖向裂缝，在顶板发现与之对应的水平缝（图2）。 有的零号块还在底板和横隔板门洞附近出现裂缝。,1、零号块的裂缝,开裂原因：零号块分二次或多次浇注，第一次浇注的混凝土已完成大部分收缩并降温，第二次浇注的混凝土的收缩和水化热降温引起的收缩，会受到第一层已浇混凝土的约束，因而开裂。其原因和承台上方桥墩开裂类似，有的称为“基岩约束效应”。,1、零号块的裂缝,防裂措施： （1）采

6、用低收缩低水化热混凝土。下大力改进配方，降低水泥用量，掺加粉煤灰和矿粉等。 （2）尽可能采用连续一次浇注，万一不得不采用二次浇注，也要尽可能缩短两次浇注的间隔时间。 （3）加强养护。 （4）采用冷却水管控制水化热温度。,1、零号块的裂缝,2、箱梁节段间施工接缝处腹板竖向裂缝,开裂现象：竖向裂缝处于两施工节段之间，严重的缝宽1-2mm甚至更宽（图3）。,开裂原因：（1）悬臂浇注移动支架的整体刚度不够，浇注过程中变形大，吊带调节不灵；（2）混凝土浇注程序不对：先浇注后端（紧靠前一浇注节段），然后逐步向前端浇注，前端的荷载引起悬臂支架变形，导致后端混凝土裂开（图4）。,2、箱梁节段间施工接缝处腹板竖

7、向裂缝,预防措施： （1）支架必须具备足够刚度和强度，必须采用相当于实际荷载的荷载预压，除强度满足需要外，其最大挠度应小于或等于2.0cm。（2）支架吊带应便于调节，当发现前端挠度较大时，可给予调回。精轧螺纹钢容易产生脆性破坏，是施工中的不安全因素。（3）采用正确的混凝土浇注顺序，即先浇注前端，从前到后逐步浇注，当全节段混凝土接近浇完时，才浇注节段接缝处混凝土。（4）万一施工中出现节缝开裂现象，必须向上级报告，停下来寻找原因，拟定整改措施，而不应隐瞒实情，用水泥砂浆一抹了之。,2、箱梁节段间施工接缝处腹板竖向裂缝,3、箱梁腹板斜裂缝,开裂现象：主跨和边跨都会出现，多发生在跨径1/4至端部范围，

8、也有与水平缝相连发展到接近跨中的，一般呈2550度倾斜（下图）。,开裂原因：腹板内实际主拉应力超过混凝土极限拉应力。（1）设计方面原因：未算出主拉应力最大部位；主拉应力容许值取用偏高（85年“桥规”所定混凝土轴心抗拉强度设计值偏高，C50为2.45Mpa；2004年“桥规”改为1.83Mpa）；腹板设计过薄。（2）施工方面原因：竖向预应力张拉不足；竖向预应力钢筋管道压浆不密实；竖向预应力筋锚头锈蚀；腹板节段间裂缝使断面削弱导致主拉应力值等急剧增加。,3、箱梁腹板斜裂缝,改进措施：张拉竖向预应力采用测力扳手，严格控制张拉到位，采用二次张拉，防止预应力损失，对预应力管道采用真空压浆技术，严格监控饱

9、满度，封锚前认真清理锚头槽孔，最好能涂抹阻锈剂，并采用低收缩混凝土浇注密实。,3、箱梁腹板斜裂缝,4、箱梁跨中腹板竖向裂缝和与其相连的底板水平裂缝,开裂现象：跨中区域腹板下方竖向开裂、底板水平开裂，二者相连形成 “”形裂缝，有的桥在建成后若干年才出现这种裂缝（下图）。 跨中挠度逐年增加，超过设计中考虑徐变因素的挠度值，有的桥在挠度逐年递增趋势放缓后，又出现递增加快状况。,开裂原因：在恒载、活载诸因素作用下，中跨跨中为正弯矩区，下缘受拉，通过在下缘张拉预应力筋束产生的压应力来抵消上述拉应力，并使下缘保持必要的压应力储备，来防止开裂。当该项压应力不足以抵消拉应力时，箱梁下缘就会出现裂缝。具体原因有

10、： （1）底板纵向预应力束张拉不足，或预应力损失过大； （2）实际的混凝土收缩、徐变超过设计值，收缩、徐变引起的预应力损失； （3）桥梁实际截面尺寸和重量超过设计值，导致徐变影响增加； （4）徐变发展导致箱梁挠度增加，跨中开裂，结构刚度降低（跨中开裂严重后会使其类似“塑性铰”），进一步导致箱梁挠度增加； （5）预应力管道压浆不足，封锚质量不好，会引起锚头和预应力筋锈蚀，导致预应力损失。,预防措施： （1）纵向预应力张拉必须足够，防止预应力损失； （2）设计时充分考虑混凝土徐变因素； （3）采用真空压浆技术，严格控制饱满度，确保压浆饱满； （4）精心操作封锚工艺，封锚前认真清理锚头槽孔，涂抹阻锈

11、剂，用环氧砂浆涂抹锚头，并采用低收缩混凝土浇注密实； （5）设置备用管道和备用束。,5、箱梁翼板和底板纵向裂缝,开裂现象：翼板顺横向预应力钢筋孔道位置开裂（图7-1）。 开裂原因：翼板处于悬臂箱梁桥的受拉区，其拉应力靠施加纵向预应力予以抵消，在箱梁逐段浇注过程中，当前端张拉预应力时，预压应力在箱梁内是按一定斜角（约45度）传布的，在前几段的边缘即翼板部位会出现压应力死角（图7-2）。当在这些压应力死角区域（或预压应力储备很低区域）张拉横向预应力时，在横向预应力钢筋周围产生的拉应力与上述拉应力叠加，引起翼板开裂。,预防措施： （1）在纵向预应力张拉节段后第三节段才能张拉横向预应力筋； （2）分二

12、次张拉横向预应力筋。,6、箱梁顶板和底板纵向裂缝,开裂现象：顶板跨中或跨中至加腋终点下方开裂（图8-1）。 开裂原因：未设横向预应力筋；横向预应力筋未在板跨跨中下弯，因而在跨中截面产生正弯矩，促使其开裂（图8-1）；纵向预应力筋张拉过大；混凝土收缩、水化热和表面温度下降。 预防措施：正确设计横向预应力筋，使其在跨中下弯，正确施工；严格控制顶板纵向预应力筋张拉值；采用低收缩、低水化热混凝土。,图8-1,（1）顶板纵向裂缝,6、箱梁顶板和底板纵向裂缝,开裂现象：底板顺纵向预应力筋（管道位置）开裂（图8-1）。 开裂原因：底板预应力筋束管道下方设计尺寸偏小，或实际施工的尺寸小于设计值；底板横向钢筋偏

13、小偏稀；混凝土收缩、水化热降温。 预防措施：底板纵向预应力管道下方应有足够尺寸；底板内应布设足够的防收缩钢筋；采用低收缩、低水化热混凝土。,图8-1,（2）底板纵向裂缝,6、箱梁顶板和底板纵向裂缝,开裂现象：合龙段顶、底板各有数条纵向裂缝，一般不向相邻节段扩散（图8-2）。 开裂原因：合龙段混凝土与相邻节段混凝土之间的收缩差和水化热降温。 预防措施：合龙段更应采用低收缩、低水化热混凝土；加强养生，克服板的下方不便浇水养生的困难。,（3）箱梁合龙段顶、底板纵向裂缝,图8-2,7、箱梁底板保护层劈裂破坏,损坏现象和原因：箱梁底板在纵向呈曲线形，其纵向预应力筋也呈曲线布设，张拉时会产生向下的径向分力

14、，当底板未设置足够数量抵抗此径向分力的防崩钢筋时，便会产生劈裂，造成严重事故（图9）。,图9,预防措施： （1）在底板中布置纵向预应力筋主束的同时，为保证底板上下层的纵横向构造钢筋构成整体骨架，应布置“平衡钢筋”（ 形钢筋或称防崩钢筋）将上、下层横向钢筋连成整体。 （2）底板中预应力孔道下方的混凝土保护层应有足够厚度。 （3）待混凝土达到设计要求后才张拉纵向预应力。,7、箱梁底板保护层劈裂破坏,8、锚下混凝土开裂和锚垫板变形,开裂现象：锚垫板周围混凝土开裂，锚垫板内凹。 开裂原因：混凝土强度不够，锚下配置局部加强钢筋不够。 预防措施：混凝土达到设计要求的张拉强度后再行张拉，仔细审查锚下配筋图，

15、若不足则予以加强，并严格按设计图施工。,9、齿板及其附近的裂缝,开裂现象：齿板尾部及与之相连的顶板底板出现裂缝，甚至出现齿板尾部混凝土崩落。（图10-2） 开裂原因：张拉预应力筋束时，弯道内筋束对混凝土产生径向冲切力，预应力筋束弯道结束段的混凝土太薄，钢筋配置不足，导致混凝土冲坏。 预防措施：齿板尾部 应有足够的尺寸，并配 置足够的抗冲切力和拉 力的钢筋。,（1）齿板尾部裂缝,9、齿板及其附近的裂缝,开裂现象：顶板或底板锚前出现顺纵向预应力筋束方向的裂缝，锚后出现水平向或斜向裂缝（图10-1）。 开裂原因：锚前混凝土虽纵向受压，但横向受拉；锚后混凝土受拉，且锚侧混凝土受剪；设计中将齿板设于顶板

16、或底板而未紧贴腹板；锚前和锚后未设抵抗局部拉应力和剪切力的钢筋。,（2）齿板前和齿板后的裂缝,预防措施：齿板应紧贴腹板设置，以改善其受力状况；齿板、齿板前和齿板后应配置足以抵抗局部拉应力和剪切力的钢筋。,六、现场浇注钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁桥常见裂缝或事故,1、由支架问题引起的 （1）现象和原因： 支架强度和稳定不足，导致支架坍垮的重大事故； 支架变形过大（支架整体刚度不足，或对软地基未做处理致使支架沉降），导致连续梁浇注混凝土后，跨中下方和墩顶上方梁体开裂，梁体变形。严重者需整孔拆除重建。,（2）预防措施： 支架设计必须充分满足预定荷载作用下的强度和稳定性，支架安装必须完整，绝不采用有锈蚀缺损或变形缺损的杆件，绝不漏装前后左右方向的斜撑杆件。 支架的地基处理应规范，地基处理完毕后应做地基承载力试验，确保支架沉降在允许范围内。 支架安装完毕后必须按梁身重量的1.2倍进行预压，消除支架变形，经总监理工程师认可后方可施工。 拆架顺序：先翼板后底板，从跨中对称往两边拆，跨度大于20m时，支架