悬臂浇筑连续梁合龙段病害类型及成因分析

■ 江正潭，胡国华

（1.浙江中交通力工程设计有限公司，浙江 杭州 310011；2.平湖市交通运输局，浙江 平湖 314200）

通过调查，发现大部分悬臂浇筑法施工的连续结构桥梁合龙段均存在着或多或少病害，有纵横向裂缝、斜向裂缝、网裂、砼麻面、析盐等各类病害，裂缝的出现部位有顶板、底板、腹板。总体来说，合龙段病害是该类连续结构体系桥梁的常见病害之一，因此合龙段病害将直接影响到桥梁结构的安全性和耐久性问题。如何减少和预防合龙段病害将是该类连续结构体系桥梁的关键性难点技术之一。结合项目组参与的浙江省交通科研项目《斜拉桥连续梁合龙段抗裂延性关键技术及应用》的研究，以下对悬臂浇筑连续梁砼合龙段的病害类型及成因分析发表一些看法，与同行们共同探讨。

一、合龙段病害类型

通过查阅多座已运营桥梁的相关检测资料，对合龙段桥梁病害进行统计、梳理和归纳分析，桥梁合龙段经常出现的主要病害有以下几类：

（1）合龙段箱梁底板外侧存在横向裂缝

该类裂缝位于箱梁底板，裂缝长度长短不一，最长裂缝可达到箱梁底板全宽，部分裂缝可延伸至腹板，裂缝宽度一般小于0.2mm。

（2）合龙段箱梁底板外侧存在纵向裂缝

该类裂缝位于箱梁底板靠近腹板附近，底板跨中部位较少见，裂缝长度长短不一，最长裂缝贯穿合龙段纵向全长，裂缝宽度一般小于0.2mm。

（3）合龙段箱梁顶底板内侧存在纵向裂缝

该类裂缝位于箱梁顶板，主要集中于顶板底面跨中部位较多，裂缝长度长短不一，最长裂缝贯穿合龙段纵向全长，裂缝宽度一般小于0.2mm。

（4）合龙段腹板存在竖向、斜向裂缝

该类裂缝位于箱梁腹板内外侧，裂缝长度长短不一，最长裂缝贯穿合龙段全高，部分裂缝与底板裂缝连通成U型裂缝，宽度无规律性。

（5）合龙段与悬浇段接缝处存在横向裂缝

该类裂缝位于合龙段与相邻段的接缝处，一般裂缝宽度较大，大于0.2mm。

（6）合龙段表面砼存在麻面、网裂、析盐等病害

该类病害主要是存在于合龙段的顶板、腹板和底板等部位。

二、合龙段病害成因分析

综合分析合龙段各类病害出现的形态、位置和时间，合龙段的大部分病害出现是无规律的，有各类形态的裂缝且各部位均有，有些裂缝是在交工验收之前就存在，有些裂缝是出现在运营后。针对合龙段病害的特点，结合合龙段设计原理、施工过程及受力特点，我们认为出现合龙段的各类病害原因主要是由于施工工艺控制不规范和混凝土自身的质量问题而引起的，具体表现有以下几类：

（一）缺乏针对合龙段的设计及施工相关技术规范或指南

目前，《公路桥涵设计通用规范》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》《公路桥涵施工技术规范》中对钢筋混凝土和预应力混凝土结构的受力分析、温度取值、荷载组合等均是在假定混凝土达到设计强度状况下而提出的相应计算公式和各类构造规定。《公路桥涵施工技术规范》中对合龙段的合龙及体系转换仅提出了5条原则性的规定，没有相应的细化或可操作性的规定。而连续梁合龙段属超静定结构，在结构锁定后混凝土未达到设计强度状况下结构已经开始受力，目前上述各规范对于混凝土未达到设计强度状况下的结构受力分析、温度取值、荷载组合等尚缺乏相应的规范规定。合龙段的规范和指南的缺乏往往会导致合龙段在施工过程中混凝土易出现各类病害。

（二）施工工序和施工控制不到位而引起的裂缝

对多座连续梁合龙段施工现场调研后发现，目前许多设计文件对合龙段的施工工序规定比较粗略，难以有效指导现场合龙段施工。同时，各施工单位在合龙施工时的工序极不相同，完全凭自身的经验来组织合龙段施工，具体表现如下：

1.有些施工单位对低温合龙的理解是施工时型钢锁定和合龙混凝土浇筑均是采用低温，有些单位对低温合龙的理解是施工时合龙段混凝土采用低温浇筑即可。同时，对于合龙型钢锁定与砼浇筑的时间间隔控制也各不相同，有的单位把锁定与浇筑时间控制在1天内，有的单位按3～5天控制。

2.对于型钢锁定与配重的关系，有些单位施工时不进行配重，有些单位施工时进行配重。另外，配重和锁定的前后关系也没有统一的模式和标准。

3.中跨合龙时型钢锁定和中墩墩顶固结解除也是没有统一的模式和标准。有些施工单位在中跨合龙前就把中墩的墩顶固结解除，有些施工单位中跨合龙砼达到强度后再解除中墩墩顶固结。

通过调查发现，目前国内预应力箱梁合龙段的施工工序没有统一的模式和标准，设计文件中对施工工序也是规定较粗略，造成施工工序及施工控制等完全凭着施工单位的经验去执行。从受力结构上来分析，合龙过程也是结构从静定向超静定转换的过程，不同的合龙工序引起的结构内力是不一样的，特别是温度应力及墩顶固结的解除等因素影响最明显。因此，施工工序和施工控制不到位也容易引起合龙段的开裂。

（三）设计阶段没有结合合龙段施工和运营中的受力特点而有针对性地对合龙段砼进行特殊设计，而是采用与其他节段相同的混凝土材料

1.通过对合龙段施工工序及工艺调查分析可发现，合龙段在施工过程中存在着结构体系由静定结构向超静定结构转换过程。超静定结构受力受温度、收缩及徐变等影响非常大，受力较复杂；同时，在施工过程中合龙段的砼强度也是由弹塑性向正常砼强度过渡的过程，这时往往砼强度较低，不易抵抗各类结构受力。因此，需要针对合龙段的施工受力特点有针对性地进行砼材料的设计，否则也易造成合龙段开裂。

2.通过对合龙段正常营运情况下的受力分析可发现，合龙段的受交变荷载、温度及徐变等影响要相比其他节段大，合龙段的应力变化幅度较大，在预应力配置不合理的情况下合龙段还可能会出现少量拉应力。另外，由于合龙段梁高底且梁较宽，对合龙段的梁体的横向受力也较其他节段不利，因此设计时也需要针对合龙段的长期受力特点而有针对性地进行砼材料的设计，否则也易造成合拢段开裂。

（四）合龙段混凝土材料及养护不当等问题

1.有些病害如合龙段与两侧悬臂浇筑端之间的缝，主要是由于施工过程中砼配合比不合理或合龙段砼养护不当等而导致收缩过大而引起的。

2.有些病害如表面砼存在麻面、网裂、析盐等，主要是由于合龙段的砼配合比不合理、养护不当等等引起的砼自身病害，也会影响合龙段的耐久性。

（五）合龙段结构受力复杂，梁体顶底板及腹板尺寸偏小，倒角构造设置及预应力筋配置不合理等也会引起合龙段出现各类裂缝

箱梁在正常运营状况下除了受纵向力外还受横向力及扭曲应力等，结构受力较复杂，有些在运营过程中的裂缝如底板横向裂缝和腹板的斜向裂缝等主要是由于设计梁体截面偏小，预应力配置不合理及运营过程中大交通量和重交通等长期交变荷载作用下也会引起箱梁的开裂。

三、改善合拢段质量的主要工程措施

通过上述合龙段裂缝类型描述及成因分析，要改善合龙段的工程质量，减少各类病害的发生，在今后的桥梁设计和建设中，针对合龙段，需从以下几方面措施加以改进，综合治理：

（一）设计阶段要根据合龙段的施工工序，细化合龙段各工序的验算及设计

日前，大部分的设计图纸主要是针对全桥合龙前后各阶段工况进行结构模拟和验算，往往把合龙段作为一个工况来假定分析验算，但连续结构桥梁，合龙是由多个不同的子工况逐步完成的，合龙的各个子工况涉及到了温度、结构受力模式等不同等，受力假定及受力分析非常复杂，易被设计人员忽视，这样就容易造成设计阶段验算的疏漏。

（二）设计和施工阶段应重视温差对结构影响，并采取相应的措施加强控制

考虑到合龙段在合拢前后，结构是从静定向超静定转变的过程，不同温差会产生不同的结构内力，因此在设计阶段应对合龙的升降温差有一个明确的范围要求，尽可能缩小温差范围，优化结构受力。施工过程中，应结合当地的常年气温数据及提前的天气预报严格按设计提供的温差范围来合理选择合龙期的时间节点、浇筑砼时间节点，并应采取各类措施加强合拢段养护期温差控制。

（三）合龙段宜选用高性能混凝土，以减少病害的出现

考虑到合龙段结构内力受温度、合龙工序、养护过程等影响较大，整体受力较复杂且砼方量少的特点，浇筑合拢段宜优先选用早强、微膨胀及抗裂性好的高性能混凝土。

四、结论

综上分析，针对悬臂浇筑的连续结构桥梁合龙段有以下几点结论：（1）合龙段出现各类病害还是比较普遍现象，大部分病害出现是无规律的。（2）合龙段出现的裂缝主要还是由于温差及施工工艺控制不到位引起的。（3）目前在设计上对合龙段的受力分析还不够细化，规范的规定也比较宽泛。（4）考虑到合龙段，砼方量少，采用高性能混凝土对解决合龙段的病害问题是一种比较有效的措施。