空心板梁纵向裂缝耐久性修复技术应用研究

文 / 昆山市公路事业发展中心 孙超

预应力混凝土空心板梁桥作为一种常见的公路桥梁结构，普遍存在底板纵向裂缝。本文基于结构耐久性考虑，对在普通国省道桥梁中应用的空心板梁纵向裂缝特种处理技术进行了研究，分析了技术科学性和经济适用性。最后，为该类型桥梁在普通国省道桥梁养护管理提出了建议。

概述

预应力空心板梁桥是一种常见的公路桥梁结构形式，一般在固定的台座上绑扎钢筋，浇筑混凝土，采用先张法施加预应力。由于其可采用工厂规模化的预制，采用吊装的形式进行安装，成桥速度快，因此在我国有着十分广泛的应用。以江苏省为例，高速公路及国省道单孔跨径在10-20 米范围内的桥梁，90%采用该种结构形式。

病害成因分析

常见病害类型与成因简析

预应力空心板梁常见的病害有横向裂缝、纵向裂缝、腹板斜裂缝、铰缝渗水、支座脱空变形等。横向裂缝主要是由于承载能力衰减、超载等造成，多位于底板跨中。纵向裂缝由于底板厚度不足、放张后预应力筋泊松效应、振捣不良等造成，多位于底板沿预应力筋方向发展。斜裂缝多位于腹板，由于早期配筋设计不合理，抗剪能力不足造成。铰缝渗水则由于缝钢筋未交叉绑扎好，铰缝混凝土质量差造成。支座脱空多由于支座受力不均、标高不在同一平面造成。

上述类型病害中，纵向裂缝的问题最为常见，但该病害却经常被忽视，或者采用错误的方式进行养护。

预应力空心板梁底板纵向裂缝成因分析及危害

根据王成明、刘其伟、李捷等的研究成果表明，预应力空心板梁底板纵向裂缝发生的原因主要是设计方面为满足减少预制梁数、压缩施工工期、降低工程造价等要求，常采用宽幅预应力空心板的结构形式，减薄底板、腹板和顶板的厚度，这势必会造成空心板壁板偏薄，致使刚度偏小进而出现较大的畸变应力，它是导致底板纵向开裂的重要原因之一。

在施工过程中，由于在混凝土浇筑时，芯膜位置正下方的混凝土难以振捣密实，该部位混凝土质量通常较差，如图1 所示。当钢绞线放张时，由于存在泊松效应，底板混凝土纵向受压缩后将产生横向受拉变形，各类不利因素叠加导致纵向裂缝的产生。

纵向裂缝一旦产生，会对结构的耐久性产生极为不利的影响。通常表现在雨水经梁端流入空心板梁内腔，沿裂缝不断向下渗漏，导致钢筋及预应力筋锈蚀，承载能力不断衰减，严重时会造成预应力筋断裂，预应力体系失效，断板等问题。

基于耐久性修复的底板纵向裂缝处理技术

常规处理方法

底板纵向裂缝病害常见的处理方案包括：表面封闭、压力注浆封闭、粘贴碳纤维布或钢板加固、横向张拉体外预应力束等。表面封闭、压力注浆封闭通常仅能封闭裂缝表面，不能阻止腔内积水的进入和下渗。粘贴碳纤维布和钢板这一类型的加固，主要作用是补强结构的承载能力，对结构的耐久性并无提升；而横向张拉预应力束提高的是横向抗弯能力，并且施工复杂，代价极高，也无法解决耐久性问题。

基于耐久性修复的底板纵向裂缝处理技术

基于耐久性修复的考虑，针对空心板梁的底板纵向裂缝适合采用腔内注浆技术。该技术的主要工艺是在空心板梁底板上钻孔，采用灌浆设备向腔内灌注水泥基灌浆材料，通过灌浆料补偿底板的厚度，覆盖住裂缝表面，并将可能裸露在外的钢绞线有效包裹，从源头上封闭腔内积水向裂缝内渗透的通道，防止空气中水蒸气、有害介质等进入裂缝内部造成钢筋和钢绞线的锈蚀，从而提高空心板梁桥结构的耐久性和安全性。技术原理如图2所示。

工程应用情况

结构概况

中古塘桥位于S339 省道昆山段，桥跨结构由13m+20m+13m 的三跨简支预应力空心板梁组成。根据定期检测结果，该桥的空心板梁普遍存在底板纵向裂缝，且部分已经渗水析白，病害严重。因此，养护设计中采用了上述的腔内灌浆处理技术。

施工过程

（1）施工前，首先在梁端、跨中等位置钻孔。腔内积水排除后，用清水将量体内部进一步清洗干净，使用内窥镜，深入腔内检查，检查内容包括：腔内有无钢筋或钢绞线外露、底板厚度、界面清洗洁净程度、钢筋锈蚀程度等。

（2）检查完毕，根据底板厚度、纵坡等要素，确定灌浆参数，随后安装注浆嘴与出浆嘴，按照预定灌浆压力开始灌浆，待出浆口出现终止标志后，随即停止灌浆，封堵注浆嘴和出浆嘴。

（3）待灌浆材料初凝后，将注浆管清空，向下拉至合适位置，使之成为排水孔。随后即可开始进行裂缝表面封闭作业，采用常规的结构胶进行裂缝表面的封闭和涂装。

技术科学性与经济适用性分析

技术科学性分析

该技术基于结构耐久性考虑，是唯一能够彻底解决空心板梁纵向裂缝的方法。分析病害成因可知，裂缝产生后，雨水渗流路线为腔内经裂缝向底板渗透，极易引起钢筋、钢绞线的锈蚀。同时，由于底板厚度不足，钢筋保护层厚度严重不足，甚至裸露在外，因此加速了钢筋锈蚀和结构承载能力的衰减。因此，腔内注浆彻底封住了雨水向底板渗透的路线，同时补足了底板厚度，加大了保护层厚度，极大提升了结构的耐久性，

经济适用性分析

从经济适用性方面，该技术具有明显的优势。根据其造价测算，纵坡较小时，造价为700-800元/米，纵坡较大时，造价约为：1000-1500 元/米。与其他各类技术方案的造价对比如表1所示。

对比上述各种方法，在经济性上，腔内注浆技术具有较为明显的优势，在彻底解决耐久性问题的同时，造价较为低廉，且无需中断交通，施工方便，具有较高的推广价值。

结论与建议

本文根据公路预应力空心板梁的底板纵向裂缝病害，分析了其成因，结合具体的工程应用，基于耐久性修复的角度考虑，对该方法的科学性和经济性进行了分析，得到如下结论：

（1）预应力空心板梁底板纵向裂缝主要影响的是桥梁耐久性，通常易被忽略，长期危害极大。（2）腔内注浆技术基于耐久性修复的考虑，能够彻底解决纵向裂缝问题，排除腔内技术，补偿底板厚度，包裹裸露钢绞线。（3）该方法与其他方案对比，对病害根源的把握更为科学，解决病害彻底。（4）对比常见的几类处置方法，该方法造价较低，施工工艺简单，经济社会效益显著。

综上，基于目前的分析，腔内注浆技术是解决预应力空心板梁底板纵向裂缝这一耐久性问题的最优解，具有较高的推广应用价值。