高速公路预应力混凝土组合箱梁裂缝加固技术

王 志 红

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041051)

1 概述

预应力混凝土组合箱梁在高速公路中普遍使用，具备跨度大、施工工期长等特征，在施工中通常采用现浇的模式，容易由于原材料选用、设计不当、施工不当等原因引发诸多裂缝，诸如底板、腹板和顶板上的裂缝，严重的影响了高速公路的使用性能和安全性能，需要及时予以加固处理。

2 组合箱梁裂缝成因分析

2.1 原材料选用方面原因

组合箱梁裂缝与原材料选用关系密切。举例来说，水泥或粗细骨料中有害物质比重过大则会导致混凝土酥裂或者是离析现象，水泥品种不合适会导致组合箱梁养护中内部放热过大引发箱梁表面裂缝；预应力筋如筛选不严格存在锈蚀则会影响预应力筋与混凝土的粘结，导致组合箱梁强度不足，更容易在使用中产生裂缝。

2.2 设计方面原因

高速公路预应力混凝土组合箱梁裂缝在设计方面原因主要是指设计采用的混凝土强度等级过高，导致水泥用量过大，产生过多的水泥水化热；或是混凝土钢筋配置不到位，导致不能控制温度应力和收缩应力，导致混凝土出现了收缩变形和沉降裂缝。

2.3 施工方面原因

组合箱梁裂缝施工产生裂缝在施工方面原因主要是混凝土及其原材料选用不当；施工的技术准备不到位；浇筑过程中温度和分层控制不当；浇筑后的养护和监控措施不力；外界气温变化过大；张拉工作不符合要求等。

3 组合箱梁裂缝类型

3.1 箱梁底板裂缝

箱梁底板裂缝分为横向裂缝和纵向裂缝，箱梁底板的横向裂缝主要出现于跨中、贯穿箱梁底板全宽的范围，底板横向裂缝的成因多样，例如预应力钢束配置不符合要求等等，箱梁底板的纵向裂缝是引发组合箱梁在后期使用中稳定性能不达标的关键因素，箱梁底板的纵向裂缝主要是由于路用过程中的应力作用，例如超标的行车荷载等等。

3.2 箱梁腹板裂缝

箱梁腹板也是易导致裂缝的关键区域，腹板裂缝分为横向裂缝、纵向裂缝以及斜向裂缝，腹板纵向裂缝主要是由于预应力管道的设置不符合要求，进一步引发箱梁预应力作用不到位导致的，腹板竖向裂缝对于组合箱梁的长期稳定使用也存在很大的隐患，竖向裂缝和横向裂缝关系紧密，相互影响。腹板斜向裂缝也是箱梁中常见的裂缝形式，主要原因在于箱梁的主拉应力控制不到位，考虑到预应力对于组合箱梁后期质量保证和正常使用起到较大作用，所以如果箱梁的主拉应力控制不到位导致腹板斜向裂缝，会为箱梁的正常使用造成极大威胁。

3.3 箱梁横隔板竖向裂缝

在组合箱梁中，横隔板是一个重要而且脆弱的结构构件，在外力影响下很容易产生竖向裂缝，举例来说，当重型车辆行驶经过公路桥梁，一方面会损伤箱梁底板；另一方面还会引发在横隔板构件上产生竖向裂缝。

4 组合箱梁裂缝加固技术

依据组合箱梁中不同的裂缝情况，可使用如下一种或者多种加固技术，具体技术分析如下。

4.1 加固技术一：增大截面法

为有效的加固裂缝，可以适当的增加组合箱梁截面，尤其是增加箱梁腹板的截面尺寸，通过增加混凝土用量与钢筋配置量加厚箱梁腹板，在加固裂缝的同时避免新裂缝的产生。

4.2 加固技术二：适当修补法

对于不严重的组合箱梁裂缝，可以采用适当修补的方法，从公路桥梁的安全、经济、美观等角度全面权衡，因地制宜的采用某种适当修补法，具体包含表面处置法、填充法、灌浆法以及壁可法。四种方法具体如下。

其一，表面处置法。对于较为稳定的、尚不严重的组合箱梁裂缝可以在箱梁表面进行涂膜处理，通过涂膜层保证组合箱的加固耐久，进一步封闭裂缝阻碍其进一步恶化，可以采用全部涂膜或者是局部涂膜的处置手法，局部涂膜主要针对箱梁表面开裂部位及其附近，具体的涂膜材料包含聚合物水泥砂浆以及弹性密封材料等等。

其二，填充法则主要适用在组合箱梁裂缝较宽的情况下，首先需要沿着原有裂缝开挖成槽，进一步使用环氧树脂、聚合物砂浆等类似的材料予以填补，完成组合箱梁裂缝的加固。

其三，灌浆法是指通过人工或者机械在裂缝中灌注材料，在保证组合箱梁混凝土完整的基础上进一步避免裂缝的扩散恶化。

其四，壁可法，该方法使用特定橡胶管具备的收缩性能对浆液灌注予以控制，通过壁可法加固的组合箱梁裂缝两侧粘结牢固，裂缝内填筑充实，且裂缝内材料养护成型后的强度极高甚至超过组合箱梁强度，相比传统方法具备诸多优势，比如抗渗性强、粘结力佳、耐久性强。

4.3 加固技术三：粘附钢板法

粘附钢板法在组合箱梁裂缝加固中非常常见，尤其适用于腹板、底板部位的裂缝以及顶板梗腋部位的裂缝。粘附钢板法通过钢板和组合箱梁的紧密粘结和防锈处置来实现，通过粘附的钢板承受汽车和温度活荷载造成的应力，针对加固的裂缝宽度需要限制在0.1 mm。具体做法如下：在组合箱梁裂缝上粘附钢板，通过螺杆做锚固处理，粘附钢板的范围延伸到梗腋部位。

4.4 加固技术四：FRP加固法

FRP加固法用于组合箱梁裂缝加固中,主要方式分为两种，其一是湿粘操作方法，具体为采用树脂浸润纤维布贴于裂缝表面，尤其适用于组合箱梁曲面以及角落部位的不便操作的裂缝；其二是预制法，具体体现为预制FRP为各类型的型材，该方法不会导致组合箱梁重量的增加，适用于腹板、底板部位的裂缝以及顶板梗腋部位的裂缝。缺陷在于纤维布对于组合箱梁裂缝加固部位的刚度提升有限，无法控制新裂缝的生成，仅仅可以控制原有裂缝宽度在一定范围内，与此同时，因为纤维布需要较大的锚固长度，导致对于箱梁梗腋处宽度大的裂缝控制效果不佳。

4.5 加固技术五：预应力加固法

对于组合箱梁预应力部分失效导致的裂缝，可以通过预应力加固法予以加固，通过在箱梁预留孔内穿预应力钢束进而张拉施加预应力；抑或是增设齿板进而增加体外束进行张拉。面临腹板抗剪性能不达标的情况可施加竖向预应力予以加固。通过预应力加固法加固裂缝可消除部分组合箱梁重力荷载，在提升组合箱梁强度、加固裂缝和控制变形方面作用明显。

5 结语

在高速公路预应力混凝土组合箱梁的实际使用中，难以避免引发裂缝，当裂缝产生后，应及时予以加固处置，采取诸如增大截面法、适当修补法、粘附钢板法、FRP加固法以及预应力加固法的方法，避免裂缝发生扩张、恶化，保证组合箱梁的坚固耐久性能。