桥梁工程中混凝土裂缝控制与防止措施研究

荀小虎

摘要：在桥梁工程中混凝土裂缝一直是困扰相关技术人员的一大难题。随着桥梁工程及其相关施工技术的不断发展及进步，预应力混凝土T梁施工已逐渐成为了我国当前桥梁工程中主流的施工方式。但是在T梁实际施工过程中，时常会因为混凝土T梁截面不均匀收缩、结构整体降温、预应力损失和结构多余约束等不利因素的综合作用，使混凝土T梁在腹板产生纵向、斜向或者竖向的裂缝，其中竖向裂缝最为常见。这就要求相关施工技术人员必须结合预应力混凝土T梁现实施工的具体情况，实施行之有效的管理措施，控制T梁裂缝病害。否则，随着裂缝的发展，就会极大地减短T梁整体结构的使用寿命，甚至可能造成巨大的经济损失及安全事故。鉴于此，相关技术人员必须要重视预应力混凝土T梁施工技术的研究，通过荷载试验有效检测裂缝对结构受力的响应情况及桥梁的安全性，找出导致裂缝产生的原因，并制定针对性的处理方案加以解决，以真正提高T梁桥的质量及安全性，推动我国桥梁事业实现更加快速稳健的发展。

关键词：桥梁工程，混凝土，裂缝控制，防止措施

中图分类号：U445.7+1 文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2020）01-0053-06

Abstract：Concrete cracks in bridge engineering have always been a major problem for the relevant technical personnel. Under the background of continuous development and progress of bridge engineering and related construction technology，prestressed concrete T-beam construction has gradually become the mainstream construction method in China's current bridge engineering，but in the actual construction process of T-beam，due to the combined effects of uneven constriction of T-beam section，overall structural cooling，pre-stress loss and excessive  constraints on the structural，concrete T-beam has longitudinal，oblique or vertical cracks in the web，of which vertical cracks are the most common. This requires relevant construction technicians to implement effective management measures in accordance with the actual construction conditions of prestressed concrete T beams to control T beam cracks. Otherwise，as the crack develops，the service life of the T-beam overall structure will be greatly reduced，and even huge economic losses and safety accidents may be caused. In view of this，relevant technical personnel must increase the research on the construction technology of prestressed concrete T-beams，and effectively test the response of cracks to structural forces and the safety of bridges through load tests，find out the causes of cracks，and formulate the targeted treatment plan to solved them，so as to truly improve the quality and safety of the T-beam bridge and promote the faster and more stable development of the bridge industry in China.

Keywords：bridge engineering，concrete，crack control，preventive measures

隨着预应力混凝土T梁施工技术的发展，我国建设出的预应力混凝土T梁桥工程越来越多。但是由于混凝土材料本身特性的影响，裂缝问题也日益凸显，比如在预应力混凝土T梁的腹板部位时常会出现纵向、斜向及竖向的裂缝。其中竖向裂缝是最为常见的，而且预应力混凝土T梁腹板竖向裂缝出现的时间并不固定，有可能在制梁场发生，有可能在吊装后发生，有可能在运营后不久发生。基于此，相关技术人员就T梁腹板竖向裂缝问题做了大量研究，但是目前已有研究大多都是着力于混凝土收缩及养护等方面的定性分析，缺乏实施具体荷载试验及量化计算分析。鉴于此，本文以松山大桥40 m T梁施工为背景，选择其中一跨作为研究对象，实施了荷载试验，并结合试验结果分析阐述了该T梁腹板竖向裂缝产生的原因及处理措施，以期为类似工程项目提供有价值的参考。

1 工程概况

松山大桥为整体式路基，左右幅长度均为12.5 m。本桥平面分别位于直线A=900缓和曲线，纵面位于i=-3%。墩台径向布置。

松山大桥选用的是3×40 m+4×40 m+3×40 m预应力混凝土（后张）连续T梁。桥长408 m，包含桩基66根，承台25座，系梁11根，墩柱29根（包含薄壁空心墩5根，门架墩2根，方柱墩10根），桥台4个，盖梁18座，预制40 m T梁100片。

松山大桥3号墩（如图1、图2所示）跨越上陈河及乡道Y627。乡道Y627规划宽度为8.5 m，桥下净空5.5 m。乡道Y627两侧桥墩施工时应布置安全及道路警示等标志，同时在施工桥梁上部附属结构时做好防掉落措施，保证施工期间的行车安全及通行顺畅。

2 裂缝情况概述

在本工程中T梁吊装后不久，个别桥跨T梁腹板部位产生了竖向裂缝，且数量较多，大都分布在跨中周围，其中大半部分梁体在腹板两端产生了对称且穿通梁底的贯穿性裂缝。每片梁的裂缝数量在8～20条左右，长度在0.2～1.3 m范围内，宽度为0.05～0.30 mm不等，其中宽度以0.2 mm左右居多。为了能够清楚地掌握T梁腹板出现竖向裂缝的具体原因和给桥梁承载能力造成的影响情况，进一步了解桥梁整体的质量及安全性，选择整个桥梁当中一跨作为研究对象，实施了荷载试验，同时也检测了裂缝在结构受力时的响应情况。本跨中个别梁体的裂缝分布情况如图3所示。

3 静载试验

对T梁实施静载试验就是为了测出静力荷载试验影响下T梁结构的变形及内力情况，以准确地掌握T梁结构的刚度及强度等各项性能。同时也可有效地测出荷载试验中各部件控制截面的应变、挠度及加载时裂缝的外观变化情况。

3.1 测点布置和测试内容

3.1.1 应变测点

本次静力荷载试验中测试所用的应变计为钢弦式混凝土表面应变计，并将控制截面的应变测点设置到了主梁跨中腹板下部的钢筋形心部位，同时也从下到上增加了3个应变片到1#、3#和5#梁的腹板一侧（如图4所示），以期提高应变检测值的精确性和有效性，并和理论计算值进行了对比分析。

3.1.2 挠度测点

本实验中使用位移计来观察和测量挠度测点，并往9片主梁跨中部位分别设置了一个位移计，同时也安置了位移计到1#、3#及5#梁的支点部位，共计6个。

3.1.3 裂缝观测

为了准确地验证裂缝受加载的影响，不管开始荷载试验前，还是加载期间，还是试验完毕后都实时认真地观察了T梁腹板两边的裂缝变化情况。

3.2 试验荷载与加裁工况

桥梁的跨中最大正弯矩处及支点最大剪力处属于受力的薄弱点，在此次试验主要是针对跨中截面的最大正弯矩工况进行观测。试验中使用了4辆且车型类似的三轴载重车，这4辆车在装载配重完成后总重量均达到了300 kN。为了保证此次静载试验的荷载效率及试验效果都能达到预期的目标，综合考虑了本桥梁工程的结构形式及相关计算结果，在最不利位置以中载及偏载2种工况分别实施了加载，载位布置如图5、图6所示。

3.3 测试结果分析

3.3.1 截面挠度

依据中载和偏载2种工况荷载试验的实测结果，对结构挠度值进行了细致分析，如图7、图8及表1所示。

从表1中能够得出，对称荷载工况下截面的挠度校验系数达到0.71，偏心荷载工况下截面的挠度校验系数达到0.69。2种工况下挠度校验系数值均符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》内规定的普通钢筋混凝土桥梁挠度校验系数0.5～0.9标准，说明该桥符合设计荷载的要求。

3.3.2 截面应力

依据中载和偏载2种工况荷载试验的实测结果，对结构应力值进行了细致分析，如图9、图10及表2所示。

从表2可以得出，对称荷载工况下控制截面的应力校验系数达到0.77，偏心荷载工况下控制截面的应力校验系数达到0.79。2种工况下的应力校验系数值均符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》内规定的普通钢筋混凝土桥梁应力校验系数0.4～0.8標准，说明该桥符合设计荷载的要求。

3.3.3 几何尺寸与结构抗裂性

经过观察和检测试验中桥梁主要构件的几何尺寸得出，其几何尺寸偏差都在设计及相关规范要求的标准范围内。因为裂缝是对混凝土结构的承载力和耐久度进行评估的重要指标之一，所以试验前后都认真检查了结构的各重点部位及控制截面。

在荷载试验中没有新的裂缝产生，而原来的一些裂缝发生了不同程度的延展现象，但没有破坏裂缝稳定状态。在去掉荷载之后，裂缝均恢复到原有状态，而且回弹随之减小，这表明T梁结构均满足弹性要求，而且原来的裂缝不是结构性裂缝。通过荷载试验研究分析得出，本T梁结构的抗裂性满足设计及使用要求。

3.4 试验结果分析

经过在现场做荷载试验分析总结出几点结论：1）加载过程中跨中最大挠度值是5.7 mm并出现于第5个T梁片的跨中区域，比允许的最大挠度值32.5 mm小得多。2）在加载过程中没有新的裂缝产生，而原来的一些裂缝发生了不同程度的延展现象，但没有破坏裂缝稳定状态。在去掉荷载之后，裂缝均恢复到原有状态，而且回弹随之减小，这表明T梁结构均满足弹性要求。由此可知，本工程中整个T梁结构能够正常投产运营，但是运营期间必须要加大裂缝宽度及延展情况的监测，若有异常必须第一时间有效处理。另外，由于裂缝存在极易导致钢筋出现锈蚀现象，进而降低桥梁的耐久度，所以要对裂缝实施必要的处理，以确保钢筋不被锈蚀。

4 裂缝成因分析

混凝土最大劣势在于其抗拉性差，易出现裂缝问题。经过荷载试验分析，并结合施工过程总结得出，本预应力混凝土T梁腹板产生裂缝的原因主要是：T梁采用的是钢筋混凝土预制构件，针对混凝土的早期养护工作不到位，使得混凝土表面在凝结前水分流失太快，进而出现收缩反应，最终在T梁腹板两边形成了中部较宽、两头较窄且长短不一、互补相连的竖向枣核形塑性收缩裂缝。

5 裂缝的修补方案与效果

本工程中虽然T梁出现了很多裂缝，但是经过荷载试验分析得出这些裂缝不是结构性裂缝，对整体桥梁的安全性没有影响。该T梁出现裂缝都是因混凝土受温度及收缩作用而出现的，因此针对结构实施加固处理是没有必要的。但是为使得桥梁更好地满足美观及使用方面的要求，有必要有效修补好裂缝，这样能避免钢筋被锈蚀掉，并增强整个桥梁的可靠性及耐久度。具体修补方法如下。

5.1 表面封闭法

表面封闭法主要针对宽度在0.2 mm以下的裂缝进行处理，从而可以达到有效阻隔水汽、空气及化学物质侵入梁体内部的效果。实际操作方法如下：首先，在开始封闭施工前，利用钢丝刷及时清理干净裂缝表面的灰尘、浮渣和松散层等杂物，再利用酒精等有机溶剂顺着裂缝的两边进行擦洗且要确保整洁度。其次，完成裂缝清理工作后，先在裂缝两边各抹上一层环氧树脂，再涂上一层比较薄的环氧树脂胶泥，并把表面处理平整，提高封闭处理的密闭性。

5.2 环氧树脂灌浆法

本工程中采用环氧树脂灌浆法主要是处理宽度在0.2 mm以上的裂缝。所用材料是选择JN-L粘度比较低的结构灌缝胶和JN建筑结构封缝胶这两种改性环氧树脂材料为主要材料，并选择红信HX-500单液高压堵漏注浆机进行注浆施工，同时按照先扩缝，再骑缝钻孔，再安注浆头，再封缝，再注浆的顺序进行，具体如下。

5.2.1 扩缝

扩缝工作主要是通过金刚石切割片和打磨机一起完成，扩缝的宽度和深度都是1 cm。如图11所示。

5.2.2 骑缝钻孔

顺着裂缝钻注浆孔，各孔间距为20 cm，直径是1.4 cm，深度以不超注浆头为宜。如图12、图13所示。

完成钻孔施工后，先清理干净孔里面的灰尘，再使用专业工具把注浆头安置好。本工程所用的注浆头管体上平均配置了4排出浆孔及有单向开关功能的发泡条，可以实现全断面出浆且浆液不会倒流的效果，有效避免了浆液堵塞出浆孔的问题。如图14所示。

5.2.3 封缝

使用JN结构封缝胶进行封缝作业，并在这期间要注意防止封缝胶堵住注浆头。具体操作如图15所示。

JN结构封缝胶是由A、B两类胶液按照100∶50的比例配置而成的。具體施工过程中，为减少胶液的不必要浪费，根据设计配比称质量，通常配制一次会称取A液0.6 kg、B液0.3 kg，坚持少量多次、用完再配的原则，在保证封缝质量的同时，有效节省材料。

5.2.4 注浆

通常在封闭胶硬化24 h后，便可开始注浆施工。注浆液的配制：配制JN-L灌缝浆时，按A∶B=100∶40的标准配制，通常配制一次需称取A液0.4 kg、B液0.16 kg。

注浆工艺：

把拌制均匀后的注浆液装进杯里，并把杯盖拧严实，再把灌注牛油嘴放进垃圾桶，打开电源，把管里的空气和别的杂质排出，待有浆液喷出后停止。接下来，把灌注牛油嘴和注浆头对好，并用力插紧扶正，先打开灌注开关，再打开电源，再在裂缝中注进配好的改性环氧树脂灌缝料。待完成注浆作业后，要先关闭电源，再关闭灌注开关，再把牛油嘴拔出来，并要注意第一时间把注浆管及杯清洗干净。

注浆顺序：顺着裂缝从下往上按顺序完成注浆。

注浆压力：注浆施工期间，压力应控制到3～5 MPa之间，本方案注浆施工期间选择控制压力为3.5 MPa，当注浆压力表指到3.5 MPa后，要及时停止注浆，并注意保持压力5 min。

注浆时间：用注浆头阀门控制注浆时间，待各注浆头注浆时间达到3～5 min时，压力表下降，说明浆液已注入裂缝中，完成注浆后要马上使用酒精对管道及相关设备进行清洗。

施工注意事项：注浆期间，必须戴好手套、口罩及护目镜等护具，防止注浆液粘到皮肤上，若不小心粘上注浆液，必须第一时间用水洗掉，而若是眼睛不小心接触了该浆液，必须第一时间用清水冲洗，并到医院进一步处理。

5.2.5 工后处理

完成灌注压浆作业之后，要及时使用环氧树脂胶泥对灌浆部位进行抹平处理，然后，再往各裂缝表面涂一层环氧树脂水泥浆，提高封闭处理的密闭性，同时可以使得灌浆部位的颜色和桥梁混凝土颜色保持统一。

通过实施上述裂缝修补处理措施后，有效提高了本桥梁工程的美观度、整体性及耐久性，确保本桥梁工程能更好地投入使用。

6 结论

本文以松山大桥为研究对象，在T梁出现裂缝后，通过现场实施荷载试验有效地验证了本桥梁结构的安全性及裂缝形成的原因，得出本桥梁虽然因混凝土早期养护不合理，使得混凝土表面在凝结前水分流失太快而出现收缩性裂缝，但是整体结构满足正常投产运营的要求，可以投入使用，但是运营期间要加大裂缝监测工作，防止异常现象发生。同时，为了避免因裂缝而发生钢筋锈蚀，进而降低整体桥梁结构的耐久性，因此，以0.2 mm为标准，针对不同宽度的裂缝实施了不同的修补措施，最终有效提高了本桥梁工程的美观度、整体性及耐久性，为该桥后期长久稳定运营奠定了基础。

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