摘要：现浇混凝土桥面板裂缝成因复杂而繁多，每一条裂缝均有其产生的一种或多种原因，在桥梁施工或运营阶段分析桥面板裂缝成因，并及时有效地进行维修加固对延长桥梁寿命、提升桥梁安全性能、控制成本支出等均具有重要意义。本文以昆明市南二环高架桥提升改造工程为背景，采用有限元软件Midas civil进行计算分析桥梁施工过程中支座不均匀沉降对钢-混组合梁现浇桥面板附加次内力的影响，找出现浇桥面板顶面产生大面积规律斜裂缝病害的原因，并提出处治措施。
关键词：钢-混组合梁、次内力、规律斜裂缝、挠度、支座不均匀沉降、混凝土、现浇桥面板
1引言
近年来，城市人口的急剧增加使车辆日益增多，为保证城市交通互不干扰，减少拥堵，城市高架桥的建设、提升改造在城市的发展过程中显得尤为重要。其中城市高架桥的提升改造工程在施工过程中需要克服的施工问题复杂且繁多，在施工过程中也易产生施工质量问题。
2工程概况
本文以昆明市南二环高架桥提升改造工程为背景（图1），单幅桥净宽11.7m+2×0.5m护栏，高架桥的桥梁全宽26.5m，分左右两幅，双向六车道。该项目提升改造方案为更换上部结构梁板，沿用下部结构。上部结构梁板采用20m跨简支梁（工字钢-混凝土组合梁），桥面板采用现浇C40混杂纤维混凝土板，悬臂处厚度0.18～0.22m，钢梁之间桥面板厚0.22m；下部结构为大跨径预应力盖梁，摩擦桩基础。施工过程中部分桥面板顶部产生大面积规律斜裂缝，发现裂缝的时间约在混凝土浇筑完后2～3天范围内。
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图1 高架桥（工字钢-混凝土组合梁）标准断面
3裂缝发育情况
所有桥跨的结构组合一致，施工方案基本一致，发生病害时全桥已有75跨桥面板施工完毕，有19跨桥面板顶面出现规律斜裂缝。根据现场检测情况，可见发育裂缝与桥梁中心线约45°或135°交角，裂缝发育方向基本一致；裂缝间距基本一致，约12cm；裂缝分布比较密集，除少部分区域没有裂缝发育，全桥面行车道大面积范围布满裂缝（图2），混凝土桥面板裂缝宽0.1～1.6mm不等，大多数缝宽度在0.4～0.8mm区间，裂缝长0.1～6.0m不等，多数裂缝在0.2～2.0m区间。经查阅监理单位钻芯取样记录得知，裂缝深度2.5～11cm，多数为4～6cm。检测时发现有少部分贯通裂缝，板底可见，现象比较特殊。
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图2 单幅现浇桥面板裂缝现场照片
4桥面板裂缝成因分析
荷载的常规动、静作用过大或次应力的产生；施工阶段不按规定堆放施工机具、材料，造成局部加载或卸载频繁，加载卸载过大；结构施工顺序不合理或结构受力模式不符合设计要求；机器振动下的结构疲劳强度不满足要求；在混凝土初凝后、终凝前受到过大震动及附加应力的影响等等，以上情况都可能使桥面板应力集中而发生荷载裂缝。荷载裂缝特征根据荷载的不同而异呈现不同的特点，其分布规律是沿主拉应力的方向开展，其走向与主拉应力方向基本垂直，这种类型裂缝基本出现在受拉力、剪力过大区域或者振动严重部位。根据现场桥面板裂缝情况进行分析，多为桥面板对角方向拉应力造成。
该项目位于城区快速主干道，由于该段落实行封闭施工，改造过程中不少路段出现严重拥堵，通行压力巨大。在工期紧、任务重、压力大的环境下，为了赶工期，早日竣工，改善交通拥堵的状况，出现了未严格按照规定施工顺序及时间节点进行拆除、安装钢梁和浇筑桥面板的情况，桥面板混凝土浇筑后未养护达到规定强度和规定时间受到附加次内力的影响，从而产生大面积规律斜裂缝。
5数据分析及研究
5.1监控量测数据分析
收集、查找桥面板开裂的桥跨对应的下部结构变形、应力监测数据，关键工况下下部结构变形、应力变化稳定。桥墩沉降变化在±4mm以内，沉降变化值随着上部结构的加载卸载上下浮动；桥墩倾斜率变化值均小于±0.001，除去测量误差、环境误差等因素影响外，桥墩倾斜变化稳定，基本无变化；盖梁跨中竖向挠度变形在±4mm范围内、应力实测变化值小于理论值，结构受力无异常变化。
5.2有限元建模分析
为了分析因桩基沉降或者盖梁在相邻桥跨加载和卸载过程中产生的挠度变形对已浇筑桥面板带来的次内力影响，根据施工监控测量数据，进一步假定了几种不利工况，利用“Midas Civil软件”对本桥上部结构进行有限元建模分析。
工况1：桥面板对角支座最大沉降值为4mm，1#～5#梁A端支座沉降值分别为0mm、1mm、2mm、3mm、4mm，1#～5#梁B端支座沉降值为4mm、3mm、2mm、1mm、0mm，呈线性变化（图3）。分析结果显示混凝土桥面板顶部大面积呈现拉应力状态，主拉应力沿桥面板对角方向，最大拉应力为8.27MPa，大于混凝土3d抗拉强度值。
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图3 工况1
工况2：桥面板对角支座最大沉降值为2mm，1#～5#梁A端支座沉降值分别为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm，1#～5#梁B端支座沉降值为2mm、1.5mm、1mm、0.5mm、0mm，呈线性变化（图4）。分析结果显示混凝土桥面板顶部大面积亦呈现拉应力状态，主拉应力沿桥面板对角方向，最大拉应力为4.15MPa，大于混凝土3d抗拉强度值。
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图4 工况2
5.3分析结论
根据现场下部结构盖梁挠度变化以及桩基沉降综合分析：裂缝的产生的主要因素是施工过程中因高架桥上部结构荷载变化较大、较频繁，在桥面板混凝土浇筑完成初凝后，终凝前，混凝土流动性丧失，强度正处于上升阶段且钢筋与混凝土粘结强度较低期间，相邻跨以及左右幅施工工况的不同导致盖梁挠度变化较频繁致使主梁支座发生不均匀反复沉降，桥面板产生拉应力，导致桥面板出现沿主拉应力方向开展，其走向与主拉应力方向垂直，分布规律的板顶裂缝；次要因素是：桥位桩基基础存在缓慢的弹性变化以及施工机具、材料堆放不合理等外力对混凝土桥面板的交互影响加剧了板顶裂缝的发生。
6本案例桥面板混凝土裂缝的危害
工字钢-混凝土组合梁桥是截面内包含工字钢主梁和混凝土桥面板两种受力材料和构件形式的组合桥梁，采用在截面压缩区用高抗压强度混凝土，截面拉伸区采用高抗拉强度钢材的形式，各片主梁间用钢横梁连接，充分发挥两种材料的优势，并通过连接件（剪力钉）保证两种材料在连接处的协同工作。根据其结构受力体系特点，在桥面钢筋布置、混凝土强度满足设计要求的前提下，施工期间钢筋混凝土桥面板产生裂缝对其结构受力影响较小，但对混凝土桥面板的耐久性有较大的影响。
7处治措施
仔细量测裂缝宽度、长度和形状，确定施工方法、施工位置及施工顺序。基本方案如下：
7.1针对桥面裂缝分布稀疏、面积较小的情况：当混凝土裂缝宽度w＜0.15mm时，采用表面封闭修补法：就是利用混凝土表层微细独立裂缝的毛细作用吸收有一定粘度且兼具良好渗透性的裂缝封闭修补胶液来封闭裂缝缝隙，提高桥面板的耐久性；当裂缝宽度w≥0.15mm的静止型裂缝、贯穿性裂缝以及深而蜿蜒的裂缝时，采用压力注浆修补法来修复：即在一定的时间内以比较高的灌浆压力将用来修补裂缝的无收缩水泥注浆料、改性聚合物水泥注浆料或者无回缩微膨胀水泥注浆料压入裂缝空腔内，用来填实混凝土结构裂缝空间以形成结构整体。
7.2针对桥面裂缝分布密集、面积较大的情况，可将已浇筑桥面板顶面铣刨25mm后重新浇筑一层厚25mm的M50级高性能水泥复合砂浆进行修复，砂浆中设置单层网筋，网筋采用十厘米间距网格的HRB335Φ6的钢筋网。为增强加固层与原构件之间的抗剪切剥离能力，用有机或无机植筋胶凝材料植入原构件的带有直钩或弯钩等固定作用的短钢筋或膨胀螺栓等。保证了网筋和砂浆以及砂浆与原构件混凝土有很好的共同工作性能，封闭桥面裂缝的同时修复因裂缝导致的整体性损失，恢复桥面板的承载能力、刚度以及抗裂性，保证桥面板满足可靠度和承载力的要求。恢复桥面板的整体受力、传荷能力。
该处治方案避免了凿除混凝土桥面板对主梁带来的损伤，在不损失主梁、桥面板结构功能和使用寿命的前提下，避免了拆除重建造成的工期延误、建筑材料浪费、废置工程污染环境等问题，也能有效控制社会、政治等方面的不良影响。
8结语
为避免同样的问题发生，后期施工在桥面板混凝土终凝前避免在相邻跨或左右幅进行大规模的、频繁的加载卸载施工，在保证工期的前提下，合理优化施工方案，加强混凝土养护措施，且在后续施工中未再次发生桥面板裂缝。
对于现浇混凝土桥面板，通过案例分析可以发现：在施工过程中支承端微小的不均匀沉降对混凝土桥面板次内力的影响都是不容忽视的，特别是在混凝土初凝后，终凝前，混凝土流动性丧失、强度正处于上升阶段且钢筋与混凝土粘结强度较低，很小的沉降导致拉应力也会使桥面板产生裂缝，影响结构的耐久性和安全性。
参考文献：
[1]鲍旺祥.钢混组合梁桥的设计实践研究[J].科技创新应用，2018：83-84.
[2]湖南大学.《水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程》[M].中国计划出版社，2016
[3]王博.混凝土桥梁裂缝形成的原因与预防对策[J].河南建材，2019：124-125。
作者简介：田涛（1993—），男，助理工程师，从事公路、桥梁设计与咨询工作。
论文作者:田涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：桥面论文; 裂缝论文; 混凝土论文; 应力论文; 支座论文; 结构论文; 组合论文; 《基层建设》2019年第30期论文;