预应力混凝土空心板纵向裂缝成因分析研究

申红平

（南京西部路桥集团有限公司，江苏 南京 211100）

预应力混凝土空心板纵向裂缝成因分析研究

申红平

（南京西部路桥集团有限公司，江苏 南京 211100）

预应力混凝土空心板桥由于其构造简单、受力明确、施工方便、可大批量工厂化集中预制等优点是高速公路中、小跨径桥梁中的常用桥型。在近年来已建成的高速公路桥梁中,跨径为10--20m的桥梁大部分都采用装配式预应力混凝土空心板桥。其在带来良好经济效益的同时,也出现了一些典型的病害。其中最为典型的病害是空心板梁底的纵向裂缝。

预应力 混凝土 空心板 纵向裂缝

本文主要针对高速公路桥梁上空心板底板出现纵向裂缝这一主要病害进行研究。桥梁裂缝的产生涉及设计、施工、养护和交通管制等各个方面,是一个错综复杂的问题,只有对裂缝进行全面的分析和研究,才能揭示出桥梁病害产生的内涵和机理。这对指导我国后续高速公路桥梁的建设和对已建成高速公路上桥梁的维修及养护,减少和避免空心板底板纵向裂缝的产生,探讨有效的应对措施,降低桥梁养护成本,提高桥梁的耐久性和工程质量,有着十分重要的意义。

一、裂缝成因分析

(1)预应力混凝土空心板在冬季预制，施工温度较低，混凝土强度增长缓慢，如果养护不到位时，混凝土截面早期抗拉强度容易偏低。

(2)纵向预应力钢绞线主要分布在空心板梁底部，致使底板截面局部削弱，但混凝土与钢绞线之间存在较大的应力，导致板底局部应力集中。

(3)板底钢筋布置较为复杂，施工过程中，尺寸偏差导致钢筋和钢绞线并列，在混凝土强度没有保证的情况下，施加预应力对地板混凝土的纵向压缩必然产生横向拉应力，在钢筋和钢绞线并列的位置会产生纵向裂缝。

(4)在运营过程中，混凝土发生碱骨料反应，混凝土的承载力有所下降。

二、加固措施

裂缝的出现可导致钢筋生锈，增加构件受侵蚀的机会，因此必须进行加固处理，以消除裂缝对空心板使用寿命的影响。具体加固处理过程如下：

(1)对于宽度大于0．1mm的裂缝，采用环氧浆液灌浆处理。裂缝的化学灌浆补强方法及其主要流程如下：表面清缝处理：用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等杂物，并沿裂缝用钢铅凿成深2～4mm，宽4～6mmV型槽，剔除缝口表面的松散杂物，用气压为0．2MPa以上的压缩空气清除槽内浮尘，然后用毛刷蘸工业丙酮等有机溶液，把V型槽口和沿裂缝两侧3mm范围内擦洗干净，并保持干燥。埋设灌浆嘴：等清缝处理后，骑缝用环氧胶泥粘贴灌浆嘴，灌浆嘴的间距以300mm为宜，原则上缝窄宜密，缝宽可稀。但每一条裂缝至少须有一个进浆孔和排气孔。封缝：在经甲苯或工业丙酮擦洗干净的V型槽口内以及裂缝两侧30mm范围内混凝土表面上，涂抹一层薄薄的E44环氧树脂基液，待其初凝后，用环氧胶泥抹压进行封缝处理，再用橡皮刮板将表面刮平整，防止产生小孔和气泡，待环氧胶泥初凝过后，表面涂刷二度环氧树脂基液。环氧胶泥在混凝土表面的抹压厚度控制在2mm左右。试气密封检查：待封口胶固化后，沿缝涂一层肥皂水，并从灌浆嘴向缝中通入气压为0．2MPa的压缩空气，检查密封效果，对漏气部位进行补封处理。灌浆：启灌之前，先接通管道，打开所有灌浆嘴上阀门，用气压为0．2MPa以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌浆顺序自下而上，有一端向另一端依次连续进行。灌浆压力以控制在0．2～0．4MPa为宜，压力逐渐升高，防止骤然加压使裂缝扩大。灌注操作程序为：①接通管道；②将配制好的胶浆注入灌浆灌；③打开贮气瓶阀门，调节压力；④打开灌浆的阀门进行灌注；⑤待相邻贴嘴冒浆时关阀门；⑥用木塞封住灌浆嘴，移至下一灌浆嘴灌注，依次压灌直至最后一个贴嘴冒浆，并用木塞塞紧，保持恒压继续压灌。当吸浆率小于0．1L／min时，再续灌5～lOmin后即可停止灌浆。封口结束：灌浆后待缝内浆液初凝而不外流，可拆除灌浆嘴，用环氧胶泥对灌浆孔进行封口抹平。

(2)对于缝宽小于0．1mm的裂缝，先用细铁钩将裂缝中的灰尘、砂粒和污物打扫干净，并将缝口散裂的混凝土钩除，再用钢丝刷清除缝口表面面浆并打毛，然后用压缩空气去除缝口浮尘，用工业丙酮清洗缝口后，刷上一层薄薄的环氧树脂基液，再用橡皮刮板将环氧胶泥抹压进缝中。

(3)为防止修复后产生新的裂缝，沿底板纵缝方向，用宽0．12m、长度等同裂缝长度的碳纤维布进行局部加强。加强步骤如下：

① 处理混凝土表面，清除加固表面疏松部分，至露出混凝土结构层，若表面坚实，应除去被粘接面的松散砂粒、已被腐蚀的混凝土组织、浮浆层和油污等杂质，并打磨平整，直至露出集料表面。表面打磨后，应用强力吹风器和用丙酮将表面粉尘彻底清除，使之干燥、干净。②涂底胶，应严格按照厂商提供的配合比和工艺要求进行。调胶使用的工具应为低速搅拌器，搅拌应均匀，尽量减少气泡，并应防止灰尘等杂质进入。涂底胶后的混凝土表面，若有凹陷时，应使用环氧腻子找平。③按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，配置侵渍树脂并均匀抹于所要粘贴的部位，展平粘贴碳纤维布后，用硬橡胶辊及消泡辊子沿纤维方向多次滚压，挤出气泡，促使粘结剂渗透，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维，滚压时不得损伤碳纤维，然后在表面抹一层浸渍胶。④ 最后在粘贴的碳纤维布表面用水泥浆进行防护处理。

空心板底板截面尺寸是影响底板横向拉应力的主要因素。对于空心板而言,尽管设置横隔板和加大横向配筋率均可以不同程度地减小横向应力,但都不是最合理的选择,前者施工上较为麻烦,后者则不经济。追求结构构件的轻型化、经济化是现代桥梁工程的趋势,从中也取得了良好的经济效益,也符合我国现代化桥梁建设的需要;然而各板件不断减薄,意味着结构的安全储备有所降低,而对设计的合理性本身就显得愈加重要。对于薄壁宽幅大空板的设计,由于现行公路桥涵标准图没有涉及,因而设计者应当谨慎采用,特别对于A类预应力混凝土构件,必须对横向应力进行验算。应力和挠度随底板厚度的变化大致成线性关系,随着底板厚度的增加,挠度和纵向应力在增大,横向应力在减小。若底板厚度减小1cm,则可使空心板能承受标准汽车的超载率减小约10%。因此为了减少空心板底板的纵向开裂宜适当增加底板厚度。混凝土抗拉强度降低5%,可使桥梁能承受标准汽车超载率减小约8%,当混凝土的抗拉强度不足时,在超载车辆作用下很容易出现纵向开裂。

结束语

预应力混凝土空心板桥由于其构造简单、受力明确、经济实用、节约模板、减少支模、拆模、缩短工期、降低工程造价、节约施工场地等优点,其在高速公路中小跨径桥型中一直是桥梁设计者的首选之一。我国规范只规定了正截面和斜截面的抗裂验算而忽略了纵截面上的抗裂验算。这对于底板比较薄、比较宽的预应力混凝土桥梁结构,预应力的设计优势没有完全体现出来。这种构件很容易出现纵向开裂。应力和挠度随底板厚度的变化大致成线性关系,随着底板厚度的增加,挠度和纵向应力在增大,横向应力在减小。若底板厚度减小1cm,则可使空心板能承受标准汽车的超载率减小约10%。因此为了减少空心板底板的纵向开裂宜适当增加底板厚度。

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[2]陈勇,李海光,段浪.宽幅预应力空心板梁底纵向裂缝成因分析[J].华东公路,2011,10,20

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1007-6344（2015）11-0024-01