大跨度顶进框架桥混凝土裂缝检测分析

【摘 要】

本文主要介绍了超声波裂缝检测仪对框架桥裂缝宽度及深度检测的方法及理论依据，并且依托北京市西外大街西延市政道路工程下穿既有铁路12.5-16-16-12.5m框架桥桥体混凝土裂缝检测实例为背景，为今后城市顶进框架桥桥体混凝土裂缝的原因分析提供了一种可靠的分析手段。

【 关键词 】超声波检测 框架桥 混凝土 裂缝

中图分类号：TU37文献标识码： A

1、引言

进入2000年以后，城市道路拥堵日趋严重，不可避免的推动了道路设计宽度的不断增加，随之对应的顶进框架桥的结构总宽度也越来越大。顶进桥涵跨度不断的增大，导致框架桥的混凝土不可避免的产生各种裂缝。如何对框架桥的裂缝产生的原因进行合理的数据分析，越来越引起各相关单位的高度重视。本文以北京市西外大街西延道路工程下穿既有铁路12.5-16-16-12.5m框架桥桥体混凝土裂缝检测实例为背景。依据相关的基本假定、检测方法及试验数据，分析框架桥结构产生裂缝的原因，为今后类似工程的施工提供经验及数据支持。工程为12.5-16-16-12.5m四孔连体式框架结构，框架桥中心线与铁路中心线的交角为86.1°。主体结构轴线方向长度为10.02m，沿铁路方向（宽度方向）长度为62.14m，前刃角正长为4.51m，后端尾墙正长为3.51m，顶板、底板、边墙和中墙厚度均为1.0m，箱体净高5.9m，结构总高度8.0m。框架桥结构断面尺寸,如下图所示：

2、超声波平测法检测裂缝深度原理

本次裂缝检测采用平测法检测，该方法基本假设：裂缝附近混凝土质量基本一致；跨缝与不跨缝检测，其声速相同；跨缝测读的首波信号绕裂缝末端至接收换能器。在裂缝被测部位以不同的测距同时按跨缝和不跨缝布置测点进行声时测量，其测量步骤为：

2.1、不跨缝声时测量

将T和R换能器置于裂缝附近同一侧，以2个换能器内边缘间距等于100、150、200、250mm……分别读取声时值，绘制时-距坐标图或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程：；

每测点实际传播的距离为: ；

式中:―第i点的超声实际传播距离（mm）；

―第i点的R、T换能器内边缘间距（mm）；

―“时―距”图中的截距或回归直线方程的常数项（mm）；

不跨缝平测的混凝土声速值为：；

2.2、跨缝的声时测量

将T、R换能器分别至于以裂缝为对称的两侧，以100、200、300mm……分别读声值，同时观察首波相位的变化。裂缝深度应按下式计算：

式中: ―不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离（mm）；

―第i点计算的裂缝深度值（mm）；

―第i点跨缝平测的声时值（）；

―各测点计算裂缝平均深度的平均值（mm）；

―测点数；

―不跨缝平测的混凝土声速值；

3、实测方法及实测数据

在本工程的实际施工过程中，待框架桥浇筑完毕后两侧墙拆模后，发现框架桥外墙两侧距底板1.5m左右高度位置处，出现数条长短不一的水平裂缝，为找出裂缝产生的原因，依据《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS:21;2000）的相关规范要求。在本工程中应用刻度放大镜（TWH-02 日本产）和裂缝检测仪（SW-LW-101）测量裂缝宽度，用超声波检测仪（ZBL-U520）检测裂缝深度。由各相关单位现场抽检裂缝，检测数据反映当日荷载情况下所对应的抽检测区中裂缝的深度情况。对框架桥顶进前后两个有代表意义的工况进行裂缝检测分析：

1)、框架桥尚未进行顶进，对东西两侧内墙抽取6条典型裂缝检测。

2)、框架桥顶进就位，累计进尺33.5m，对东西内墙两侧抽取6条裂缝进检测。

3.1．裂缝形态检测

通过对框架桥详细检测，裂缝形态及分布情况如下：

在东侧内墙发现7条水平裂缝，1条竖向裂缝，7条水平裂缝均位于距离底板1.42m左右的高度位置处，裂缝宽度在0.18mm-0.6mm之间，长度在17.0cm-119.0cm之间，1条竖向裂缝宽度在0.1mm之内。东侧外墙有3条水平裂缝，裂缝所在位置也是位于距底板1.5m处，长度在0.7m左右，由于框架桥外侧已经进行了沥青防潮处理，无法对其进行详细检查。空顶结束后检测，外墙裂缝已进行封闭。在西侧内墙也发现7条水平裂缝，7条水平裂缝位于距离底板1.47m左右的高度位置处，裂缝宽度在0.38mm-0.82mm之间，长度在22-73.2cm之间，西侧外墙没有发现裂缝。

3.2、裂缝深度检测

1)、顶进前裂缝深度检测

在框架桥顶进前，在东西内墙上各选择3条典型裂缝，对裂缝深度进行检测：在东侧内墙发现的7条水平裂缝均位于距离底板1.42m左右的高度位置处，裂缝宽度在0.18mm～0.60mm之间，长度在17.0cm～119.0cm之间，所选择进行检测的3条裂缝中，最大深度为45.1mm。在西侧内墙处发现的7条水平裂缝，位于底板1.47m左右的高度位置处，裂缝宽度在0.38mm～0.82mm之间，长度在22cm～73.2cm之间，所选择进行检测的3条裂缝中，裂缝最大宽度为58.2mm。查看施工图纸，边墙厚度为1.0m，钢筋保护层厚度为52mm，可知裂缝为表层裂缝，没有贯通。顶进前裂缝深度测试统计数据如下表：

表1顶进前裂缝深度检测结果

2）顶进就位裂缝深度检测

框架桥顶进就位，累计进尺33.5m，对东西两侧各选取3条裂缝进行深度检测。为保证检测结果又可比性，能充分显示裂缝深度的变化，深度测试位置仍选择顶进前所进行检测的裂缝的同一位置。

所进行检测的6条裂缝中，4条裂缝深度都有不同深度的愈合，最大愈合深度为27.5mm，愈合百分比为60.9％，最低位0.2mm，另外2条西侧裂缝，最大深度变化量也仅为5.3mm，变化微小。根据统计，所进行检测的裂缝在框架桥顶进就位后，66.7％的裂缝有不同程度的愈合，33.3％裂缝处于基本稳定状态，没有大的变化。裂缝的最大深度由顶进前的58.2mm降低为选择的43.6mm，降低了25％。裂缝深度测试统计表如下：

表2 顶进就位后裂缝深度检测结果

表3 顶进前后裂缝深度数据比较

4、裂缝产生原因分析

通过对检测数据的采集对比分析，首先对原结构进行了重新校算，其结果符合规范要求。另外由于裂缝出现时，大部分设计荷载还未施加，可以排除裂缝由于外荷载引起。由裂缝的表征可判断为断断续续的水平裂缝，裂缝中间较宽，两端较窄，呈梭形，出现在靠近模板的边缘部位，没有明显的弯曲和冲剪变形特征，也未发现地基不均匀沉降引发的裂缝表现。经多方面分析、研究查阅有关资料，分析裂缝产生的原因为：

1）、在墙体施工及养护期间，正处于夏季高温期，墙身砼浇筑时间为当日下午13点开始。当天施工地最高气温31℃,最低气温18℃。墙体1.5m处砼的浇筑时间在下午三点半左右，在浇筑后1-2小时内，由于气温较高，水分沿模板连接边缘位置大量蒸发，干燥失水较多，这会加大混凝土的收缩，既在靠近模板的边缘位置出现裂纹。

2）、框架桥浇筑顺序为：底板与墙身分次浇筑混凝土，先浇筑底板混凝土，待其凝固后在浇筑墙身和顶板。养护时，施工单位采用从底板向下沿墙体浇水养护，顶板水量充分，降温较快，收缩比墙身小，故顶板没有裂缝出现，墙身新浇筑的混凝土产生较大的水化热，与底板的温差较大，当墙身混凝土降温收缩时，受到底板的牵制，就出现水平裂纹现象。

3）、施工时，墙体混凝土的浇筑顺序为：从边墙的纵向两端向中间50cm一层分层进行浇筑，由于浇筑时间较长，超过2小时。在室外温度较高的外界条件下，浇筑墙体上部及顶板混凝土浇筑时，底部的混凝土已经呈现局部初凝现象，继续浇筑可能产生塑性裂缝。

5．结论及建议

通过对该框架桥顶进前，空顶后，顶进就位时的裂缝深度检测，可以得出以下结论：框架桥东西内墙上的裂缝属于表层裂缝，没有贯通。对原结构进行重新校算后，其结构符合规范要求：由于模板拆除后出现裂缝时，大部分设计需求荷载还未施加，可排除是由于外荷载引起，裂缝为非受力裂缝。空顶结束后，框架桥边墙未受外荷载，裂缝深度变化很微小。裂缝在框架桥顶进就位后出现不同程度的愈合，也说明框架桥受外荷载后，裂缝有愈合趋势。桥体顶进结束后，及时对两侧内墙的裂缝进行防水、封闭处理。框架桥投入运营后，由运营管理部门定期对边墙表面情况进行检查，查看运营荷载条件下裂缝是否有变化。

6、参考文献

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[3]沈祖炎,土木工程与计算机仿真[J].计算机仿真.1998，5(1).

[4]冯卫星,王克丽.地道桥结构设计与施工[M].河北:河北科学技术出版社.2002.

[5]北方交大隧道教研室,地道桥结构设计[M].北京:人民铁道出版社.1978.

作者简介：

李鑫，男，46岁，1990年8月参加工作，毕业于内蒙古交通学校道路与桥梁程专业,在工作后，于2003年经成人高考取得北京工业大学道路与桥梁程专业毕业证书，经济师职称，现为北京市公联公路联络线有限公司普通员工