預應力混凝土空心板縱向裂縫成因分析研究

申紅平

（南京西部路橋集團有限公司，江蘇 南京 211100）

預應力混凝土空心板縱向裂縫成因分析研究

申紅平

（南京西部路橋集團有限公司，江蘇 南京 211100）

預應力混凝土空心板橋由于其構造簡單、受力明確、施工方便、可大批量工廠化集中預制等優點是高速公路中、小跨徑橋梁中的常用橋型。在近年來已建成的高速公路橋梁中,跨徑為10--20m的橋梁大部分都采用裝配式預應力混凝土空心板橋。其在帶來良好經濟效益的同時,也出現了一些典型的病害。其中最為典型的病害是空心板梁底的縱向裂縫。

預應力 混凝土 空心板 縱向裂縫

本文主要針對高速公路橋梁上空心板底板出現縱向裂縫這一主要病害進行研究。橋梁裂縫的產生涉及設計、施工、養護和交通管制等各個方面,是一個錯綜復雜的問題,只有對裂縫進行全面的分析和研究,才能揭示出橋梁病害產生的內涵和機理。這對指導我國后續高速公路橋梁的建設和對已建成高速公路上橋梁的維修及養護,減少和避免空心板底板縱向裂縫的產生,探討有效的應對措施,降低橋梁養護成本,提高橋梁的耐久性和工程質量,有著十分重要的意義。

一、裂縫成因分析

(1)預應力混凝土空心板在冬季預制，施工溫度較低，混凝土強度增長緩慢，如果養護不到位時，混凝土截面早期抗拉強度容易偏低。

(2)縱向預應力鋼絞線主要分布在空心板梁底部，致使底板截面局部削弱，但混凝土與鋼絞線之間存在較大的應力，導致板底局部應力集中。

(3)板底鋼筋布置較為復雜，施工過程中，尺寸偏差導致鋼筋和鋼絞線并列，在混凝土強度沒有保證的情況下，施加預應力對地板混凝土的縱向壓縮必然產生橫向拉應力，在鋼筋和鋼絞線并列的位置會產生縱向裂縫。

(4)在運營過程中，混凝土發生堿骨料反應，混凝土的承載力有所下降。

二、加固措施

裂縫的出現可導致鋼筋生銹，增加構件受侵蝕的機會，因此必須進行加固處理，以消除裂縫對空心板使用壽命的影響。具體加固處理過程如下：

(1)對于寬度大于0．1mm的裂縫，采用環氧漿液灌漿處理。裂縫的化學灌漿補強方法及其主要流程如下：表面清縫處理：用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等雜物，并沿裂縫用鋼鉛鑿成深2～4mm，寬4～6mmV型槽，剔除縫口表面的松散雜物，用氣壓為0．2MPa以上的壓縮空氣清除槽內浮塵，然后用毛刷蘸工業丙酮等有機溶液，把V型槽口和沿裂縫兩側3mm范圍內擦洗干凈，并保持干燥。埋設灌漿嘴：等清縫處理后，騎縫用環氧膠泥粘貼灌漿嘴，灌漿嘴的間距以300mm為宜，原則上縫窄宜密，縫寬可稀。但每一條裂縫至少須有一個進漿孔和排氣孔。封縫：在經甲苯或工業丙酮擦洗干凈的V型槽口內以及裂縫兩側30mm范圍內混凝土表面上，涂抹一層薄薄的E44環氧樹脂基液，待其初凝后，用環氧膠泥抹壓進行封縫處理，再用橡皮刮板將表面刮平整，防止產生小孔和氣泡，待環氧膠泥初凝過后，表面涂刷二度環氧樹脂基液。環氧膠泥在混凝土表面的抹壓厚度控制在2mm左右。試氣密封檢查：待封口膠固化后，沿縫涂一層肥皂水，并從灌漿嘴向縫中通入氣壓為0．2MPa的壓縮空氣，檢查密封效果，對漏氣部位進行補封處理。灌漿：啟灌之前，先接通管道，打開所有灌漿嘴上閥門，用氣壓為0．2MPa以上的壓縮空氣將管道及裂縫吹干凈。灌漿順序自下而上，有一端向另一端依次連續進行。灌漿壓力以控制在0．2～0．4MPa為宜，壓力逐漸升高，防止驟然加壓使裂縫擴大。灌注操作程序為：①接通管道；②將配制好的膠漿注入灌漿灌；③打開貯氣瓶閥門，調節壓力；④打開灌漿的閥門進行灌注；⑤待相鄰貼嘴冒漿時關閥門；⑥用木塞封住灌漿嘴，移至下一灌漿嘴灌注，依次壓灌直至最后一個貼嘴冒漿，并用木塞塞緊，保持恒壓繼續壓灌。當吸漿率小于0．1L／min時，再續灌5～lOmin后即可停止灌漿。封口結束：灌漿后待縫內漿液初凝而不外流，可拆除灌漿嘴，用環氧膠泥對灌漿孔進行封口抹平。

(2)對于縫寬小于0．1mm的裂縫，先用細鐵鉤將裂縫中的灰塵、砂粒和污物打掃干凈，并將縫口散裂的混凝土鉤除，再用鋼絲刷清除縫口表面面漿并打毛，然后用壓縮空氣去除縫口浮塵，用工業丙酮清洗縫口后，刷上一層薄薄的環氧樹脂基液，再用橡皮刮板將環氧膠泥抹壓進縫中。

(3)為防止修復后產生新的裂縫，沿底板縱縫方向，用寬0．12m、長度等同裂縫長度的碳纖維布進行局部加強。加強步驟如下：

① 處理混凝土表面，清除加固表面疏松部分，至露出混凝土結構層，若表面堅實，應除去被粘接面的松散砂粒、已被腐蝕的混凝土組織、浮漿層和油污等雜質，并打磨平整，直至露出集料表面。表面打磨后，應用強力吹風器和用丙酮將表面粉塵徹底清除，使之干燥、干凈。②涂底膠，應嚴格按照廠商提供的配合比和工藝要求進行。調膠使用的工具應為低速攪拌器，攪拌應均勻，盡量減少氣泡，并應防止灰塵等雜質進入。涂底膠后的混凝土表面，若有凹陷時，應使用環氧膩子找平。③按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，配置侵漬樹脂并均勻抹于所要粘貼的部位，展平粘貼碳纖維布后，用硬橡膠輥及消泡輥子沿纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，促使粘結劑滲透，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維，滾壓時不得損傷碳纖維，然后在表面抹一層浸漬膠。④ 最后在粘貼的碳纖維布表面用水泥漿進行防護處理。

空心板底板截面尺寸是影響底板橫向拉應力的主要因素。對于空心板而言,盡管設置橫隔板和加大橫向配筋率均可以不同程度地減小橫向應力,但都不是最合理的選擇,前者施工上較為麻煩,后者則不經濟。追求結構構件的輕型化、經濟化是現代橋梁工程的趨勢,從中也取得了良好的經濟效益,也符合我國現代化橋梁建設的需要;然而各板件不斷減薄,意味著結構的安全儲備有所降低,而對設計的合理性本身就顯得愈加重要。對于薄壁寬幅大空板的設計,由于現行公路橋涵標準圖沒有涉及,因而設計者應當謹慎采用,特別對于A類預應力混凝土構件,必須對橫向應力進行驗算。應力和撓度隨底板厚度的變化大致成線性關系,隨著底板厚度的增加,撓度和縱向應力在增大,橫向應力在減小。若底板厚度減小1cm,則可使空心板能承受標準汽車的超載率減小約10%。因此為了減少空心板底板的縱向開裂宜適當增加底板厚度。混凝土抗拉強度降低5%,可使橋梁能承受標準汽車超載率減小約8%,當混凝土的抗拉強度不足時,在超載車輛作用下很容易出現縱向開裂。

結束語

預應力混凝土空心板橋由于其構造簡單、受力明確、經濟實用、節約模板、減少支模、拆模、縮短工期、降低工程造價、節約施工場地等優點,其在高速公路中小跨徑橋型中一直是橋梁設計者的首選之一。我國規范只規定了正截面和斜截面的抗裂驗算而忽略了縱截面上的抗裂驗算。這對于底板比較薄、比較寬的預應力混凝土橋梁結構,預應力的設計優勢沒有完全體現出來。這種構件很容易出現縱向開裂。應力和撓度隨底板厚度的變化大致成線性關系,隨著底板厚度的增加,撓度和縱向應力在增大,橫向應力在減小。若底板厚度減小1cm,則可使空心板能承受標準汽車的超載率減小約10%。因此為了減少空心板底板的縱向開裂宜適當增加底板厚度。

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[2]陳勇,李海光,段浪.寬幅預應力空心板梁底縱向裂縫成因分析[J].華東公路,2011,10,20

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1007-6344（2015）11-0024-01