预制预应力箱梁混凝土裂缝的成因与处理

■乐雪萍

(百年建设集团有限公司，南昌330029)

预制预应力箱梁混凝土裂缝的成因与处理

■乐雪萍

(百年建设集团有限公司，南昌330029)

后张法预制箱梁在大型桥梁工程中被广泛运用，因为后张预应力工艺简单，施工方便，节省材料，可是在现场施工中，混凝土裂缝难免会发生，本文根据工程实例，对预制预应力箱梁浇筑后张拉前出现的裂缝成因进行了分析，并对裂缝提出了具体的处理方法。可供类似情况的预制梁处理提供参考。

预制箱梁裂缝原因分析处理措施

0 引言

某大桥上部结构设计为n×25m装配式预应力混凝土连续箱梁。梁体采用C50砼，项目部在预制预应力混凝土箱梁的施工过程中，发现多片粱在拆模后腹板、底板出现不同程度的裂缝。

1 裂缝情况介绍

2 裂缝的成因分析

裂缝大致可分为两大类:荷载作用下的裂缝和非荷载作用下的裂缝。裂缝均在拆模之后出现，在此期间结构无任何受力，因此可以判断这些裂缝为非结构裂缝，从而排除是由于结构受力而产生的裂缝,这个阶段可能导致结构发生变形的因素有：设计、基座沉降变形、温度、混凝土、施工方法、环境等。当这些因素导致的变形受到外界约束或不协调变形时，结构内部就会产生拉应力，当拉应力超过抗拉强度后便会产生裂缝。

图1 裂缝宽度测试仪现场检测

具体针对本桥，从开始浇筑到产生裂缝，由于许多因素是交织在一起的,很难明确区分某条裂缝具体是由哪种因素引起的，在先后通过基座浇筑前和浇筑后的测量结果排除了基座沉降变形，同一个项目其他桥梁所用已施工相同箱梁通用图排除了设计原因。对施工现场的混凝土质量、所用的施工工艺、同样的预制场地的分析后，排除了这几种情况造成裂缝的可能，最终确定是由于温差过大导致裂缝的产生。

经了解现场施工过程，高度怀疑是混凝土浇筑完成后，箱梁拆模前后现场用现抽的井水直接进行养生。经现场测温，用井水直接养生的温度在5℃～8℃之间，而浇筑后混凝土水化热温度达到20℃～65℃。混凝土表面温度下降很快，温度的下降造成混凝土表面收缩。对腹板、底板而言，由于其表面与外界接触面积大，同时腹板、底板的厚度相对来说比较小，表面与外界接触，湿度大，当温度下降时，腹板、底板变形收缩小，底面与预制台座接触，底面受到预制台座的弹性约束，表面混凝土产生的拉应力过大，因此产生裂缝。

3 防范对策

（1）在温差较大的预制场预制箱梁时要注意温度或风力影响，做好保温养护工作。特别是浇筑完混凝土的最初几天更为重要。混凝土的养生应该同季节和天气结合起来，注意周围温度、湿度的变化，养护时保持湿度越高，气温越低，养护时间越长，则混凝土收缩越小。

(2)加密腹板和底板内的竖向及横向钢筋，起到温度分布钢筋的作用。构造钢筋对于防止结构开裂及耐久性具有很重要的作用。

(3)采用合理的施工工艺，浇筑混凝土时减少浇筑厚度，同时在施工时，应尽量选择适宜的温度，热天浇注混凝土时应降低水温拌制，或者利用早、晚进行施工，选用水化热小和收缩小的水灰比，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热。

(4)选择合理的拆模时间，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。夏季一般选在早晨或傍晚，尽量避开中午高温时间；做好养护工作，确保养生温度和湿度，尤其要注意养护用水的温度。

取同一供试品6份（0.1 g），分别精密称定重量，按样品测定方法依法测定含氮量。结果分别为：3.0071%、3.0343%、2.9642%、2.9861%、2.9617%、3.0116%，平均值为2.9942%，RSD为1.0%（n=6），精密度结果良好。见表2。

在随后的施工中，采取了防止裂缝的措施，加强了施工技术交底，并在梁场增设了养护用水池，通过以上的控制方案和预防措施，就再没出现预制梁混凝土开裂情况。

4 缝裂处理

根据预制梁裂缝情况，对存在梁体裂缝的五片梁，采用压力注浆法注进行补强处理。

4.1 裂缝处理流程

裂缝处理流程如图2所示：

图2 裂缝灌浆工艺流程图

4.2 主要材料

WEP结构注缝胶是混凝土结构裂缝的注缝材料。具有浆液粘度低，固化时间合适，硬化成型体粘结强度高，能保证损伤部分有足够的强度以恢复混凝土构件的整体性，再受力破坏时，新的裂缝不在原断面等技术特点。WEP结构注缝胶是双组份包装的结构粘接剂，A组份为浅红色粘稠液体，B组份为无色粘稠液体。其固化后的胶体性能指标能满足裂缝修补材料安全性标准要求。

4.3 裂缝表面处理

对于裂缝宽度小于0.2mm的裂缝非贯穿裂缝，对结构承载力及持久强度无有害影响，用钢丝刷等工具清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后用高压空气将裂缝吹洗干净，再用毛刷蘸甲苯或酒精把裂缝两侧20～30mm处擦洗干净并保持干燥，最后用环氧树脂WSS结构密封胶直接封闭。对于裂缝宽度大于等于0.2mm的贯穿裂缝，观测深裂缝会引起钢筋锈蚀，影响使用功能，采用WEP结构注缝胶灌注法处理，凿槽时应沿裂缝先用钢钎或电镐凿成"V"形槽，再向两侧加宽,槽深与槽宽根据裂缝深度和利于封缝的原则来确定。凿完后采用钢丝刷或钢丝轮抹去浮松混凝土颗粒，采用压缩空气将碎屑、粉尘清除干净。

4.4 埋设灌浆嘴

如果梁体裂缝为贯穿裂缝，先用环氧树脂WSS裂缝密封胶将梁体一侧裂缝完全封闭，封缝胶的涂抹宽度为30～40mm，另一侧裂缝埋设注浆嘴，间距为200～300mm，注浆嘴的位置尽量设置在裂缝较宽、开口较通畅的部位。用粘接灌浆嘴，待胶层固化后再用WSS裂缝密封胶密封裂缝。裂缝封闭后，需检查其密闭效果，即沿裂缝涂一层肥皂水，从灌浆嘴通入压缩空气，凡漏气处应重新密封，直至不漏为止。

4.5 胶液配制

WEP结构注缝胶的A、B两个组分，按照3∶1配合比例准确地称量并搅拌均匀，搅拌时间不得少于3min，每次配制数量应根据单位裂缝的长度、宽度、深度综合计算。配制好的胶料应在40min内用完，随配随用。

4.6 裂缝灌浆

一切检查合格后，将事先配置好的浆液用高压注胶器灌浆，灌浆时应按照从下向上的顺序逐个灌注，待下一个灌浆嘴出浆时立即封堵灌浆嘴。压力控制在0.2～0.3MPa之间。在灌浆过程中，应保持压力稳定，以满足灌浆要求。注浆施工如图3所示：

4.7 灌浆孔处理

灌浆结束后，应检查补强效果和质量，发现缺陷应及时补救，确保工程质量。待封内浆液达到初凝而不流出时，用角磨机将灌浆嘴打磨平整，再用环氧树脂胶泥在灌浆嘴处抹平封口。

图3 裂缝灌浆现场施工

5 裂缝处理质量验收

灌浆结束后应检验灌浆效果及质量，凡有不密实等不合格情况，应立即进行补注，检验项目如下：

（1）外观检查：浆液渗出、填缝是否明显；

（2）采用压缩空气或压力水检查灌浆是否密实；

（3）取芯强度检测。采用骑缝钻取芯样，芯样直径Φ≥50mm，如图4所示：

芯样采用劈裂抗拉强度方法测定是否符合设计要求，检验标准为符合下列条件之一时即可判为符合设计要求：①沿裂缝方向施加的劈力，其破坏应发生在砼内部，即内聚破坏；②破坏虽有部分发生在裂缝界面上，但这部分破坏面积不大于破坏面总面积的15%。

图4 灌浆后取芯强度检测

6 裂缝处理效果评价

裂缝经过高压注浆处理，强度检测达到设计要求，并张拉压浆达到龄期后，随即进行梁的静载试验，通过梁的静载试验，从应力、挠度和裂缝三个方面对应评价其强度、刚度和抗裂性。经过处理的单片梁承载能力达到了设计“正常使用状态”的荷载标准要求。实测应变与理论应变关系对比曲线如图5所示：

图5 箱梁跨中底缘实测应变与理论应变关系对比曲线图

7 结语

通过施工过程的严格控制，最大限度地避免混凝土开裂，对已经出现裂缝的梁，特别是贯穿裂缝，采用化学材料灌浆进行修补，经处理后预制箱梁的单片粱承载能力达到了设计"正常使用状态"的荷载标准要求。本工程后续箱梁在施工中落实了各项施工预防措施，有效地防范了预制箱梁混凝土开裂和后期处理工作量，获得了较明显的经济效益和社会效益。

[1]GB 50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[2]JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

[4]JTG/D 60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].