预制梁裂缝检测与处理措施研究

2022-12-12周保锋

交通世界 2022年28期

周保锋

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

近年来，我国公路桥梁的建设数量日益增多，由于设计、施工、养护等各方面的原因，一些桥梁出现裂缝问题，不仅影响桥梁的美观程度，还会对其结构质量造成影响。因此，为有效保证桥梁的建设质量，确保公路工程的安全性，应加强对桥梁裂缝的研究，同时利用荷载检测技术对梁体进行试验分析，确定梁体的性能。

1 工程概况

某桥梁工程设计全长362.8m，共分为13跨，每跨的长度设计为22.4m，桥梁整体结构采用钻孔灌注桩基础，下部结构为双柱式桥墩、混凝土盖梁以及轻型桥台，上部结构为预应力混凝土箱梁，设计为先简支后连续的结构形式。为保证施工质量和施工周期，本次施工梁体采用预制施工技术，在箱梁预制施工后，发现部分梁体出现裂缝问题。为确保桥梁整体质量，要求对其裂缝情况进行分析，并采用荷载试验确定梁体性能，同时对裂缝位置进行修复处理，本文对此进行分析。

2 桥梁裂缝类型

2.1 收缩裂缝

预制梁的梁体混凝土强度形成过程中，混凝土中的水和水泥颗粒会结合在一起，从而减少混凝土的体积，此过程称为凝缩，而混凝土中的水分蒸发使其体积缩小，此过程称为干缩。如在混凝土强度形成中因水分蒸发的干缩问题严重，则混凝土表面的干燥会向结构内部发展，使混凝土内部形成含水梯度，出现混凝土表面收缩大、内部收缩小的问题。在内外收缩差产生的应力下，若不能采取有效的措施进行预防，易使梁体混凝土表面产生收缩裂缝，从而影响工程质量。

2.2 温度裂缝

混凝土中的主要原材料为水泥，而水泥在混凝土强度形成的过程中，会与水发生化学反应产生大量的热量，同时在阳光照射、大气及外界环境温度的作用下，引起梁体温度变化，形成温度应力，如温度应力的大小超过混凝土的抗拉强度时，则桥梁就会因此产生温度裂缝。桥梁形成的温度裂缝有多种形式：①梁体结构内部水热化反应释放热量，而外部的散热措施不当，造成内外温差过大产生裂缝[1]；②梁体养护措施不当，造成外界温度变化产生的应力附加于梁体上形成裂缝；③混凝土浇筑分层施工，新旧混凝土接触时由于温度差使梁体接缝面出现裂缝。

2.3 弯曲裂缝

预制梁施工时，混凝土浇筑和预应力张拉均在预制场内完成。在预应力张拉阶段，若不能精确把控应力大小，使实际的应力过大或过小，都会对梁体结构造成损伤，如张拉后的实际应力过大，则会造成梁体结构反向开裂，如张拉后的实际应力过小，则无法满足设计要求，在长期荷载的作用下会致使桥梁开裂，无论因哪种情况产生的裂缝均称为弯曲裂缝。

3 桥梁裂缝检测方法

3.1 梁端截面检测

为明确本工程裂缝的实际情况，在进行荷载试验前组织施工人员对梁端截面裂缝进行了检测，本次检测主要采用内窥镜和超声层析成像法相结合的方式。检测时先利用内窥镜法对梁段存在的裂缝进行勘察、拍照记录，再安排人员用钢尺仔细测量裂缝的长度、尺寸，明确裂缝的情况，最后利用超声层析成像法对裂缝的情况进行复测及定位。结合工程实际情况，检测位置主要布设于距离梁端2～3m的区域，每间隔0.1m垂直布线检测一次，经检测得知，存在梁端截面裂缝的梁体结构约占梁体总数的30%[2]。

3.2 预制梁无损检测

在预制梁体结构裂缝检测时，为避免对梁体结构造成实质性的损伤，本次检测主要采用超声波无损检测技术。即利用检测设备向梁体结构内发射超声波，当发射波进入梁体结构后，若存在裂缝问题，则超声波的传递介质会发生变化，导致其出现反射现象，经反射后的超声波由检测设备接收，并由专业人员分析反射波的形态，最终判断梁体结构内部裂缝情况。针对预制梁表面的裂缝，则直接采用目测法，通过专业人员仔细观察和测量，确定裂缝的情况，经检测预制梁结构内部存在裂缝问题的约占梁体总数的16%，预制梁表面存在问题的约占梁体总数的42%。

4 荷载试验检测

4.1 试验目的

经上述裂缝检测之后，为确保预制梁的使用安全，养护单位组织人员对桥梁进行了荷载试验。其主要是通过向梁体施加荷载的形式，充分模拟桥梁施工后的实际工作状态以及所承受的最大荷载，利用荷载试验的结果对梁体的施工质量、使用状况、梁体性能等提供依据，同时明确裂缝对梁体结构所带来的影响，并为工程竣工验收提供科学依据，对桥梁的工作性能等作出真实的评价[3]。

4.2 试验方案

（1）本工程主要采用预应力混凝土箱梁结构，经计算分析预制箱梁的受力结构。本次荷载试验主要采取静载的方式，已检测梁体的挠度变化及应变情况，针对挠度检测点，应布置在梁体控制截面的底部以及支点位置，检测时采用吊表的方法进行测试。针对梁体的应变情况检测，可根据工程实际情况选取孔道与界面，并合理布设检测点，通过在不断加载过程中各测点的变化情况，总体判断梁体的应变性能。

（2）在选择检测孔道与截面时，要结合工程桥梁的裂缝情况、结构形式等综合分析，每个梁体选择的孔道与截面宜具有代表性，最好属于整个梁体不利于受力的位置，且缺陷较多便于安装设备的位置，根据要求确定好检测孔道与截面的要求后，再根据工程实际情况确定检测孔道与截面的数量。本次检测截面数量控制在2～4个为宜，如个别预制梁结构复杂，裂缝问题严重，则可结合实际情况增加其数量[4]。

4.3 检测流程

（1）试验方案制定好之后开始进行静载试验。在正式加载前应选取梁板进行预加载试验，其目的是检测加载系统和试验组织体系是否正常工作，验证加载流程是否存在问题。在预加载试验时，载位的持荷时间应不小于25min，经确认整个加载工作正常、流程无误后将预加载卸载为零荷载，并保持梁体结构恢复原状后正式加载。本工程静载试验共分为四级（20m板）和三级（9m板）加载，主要采取分级加载的方法，针对四级（20m板）加载时，共分为4次，即25%→50%→75%→100%，针对三级（9m板）加载时，共分为3次，即40%→70%→100%[5]。

（2）在静载试验中，每级加载之后需使桥梁结构应力达到稳定状态，所以每级加载后需要持荷一段时间。以梁体跨中结构的检测为例，当加载后梁体5min中内变形的增长量小于前5min梁体变形增长量的10%，或小于0.01mm时，则表示结构应力达到稳定，此时进行下一步加载，每级的持荷时间不得小于25min。桥梁加载的过程中，试验人员需实时监测梁体结构裂缝的变化情况，对裂缝的部位、长度、深度等各项参数实时记录，同时还应重点观察梁体构件薄弱的位置是否存在开裂破损问题，整体结构是否存在异常变化、混凝土是否存在错位、开裂的问题等。

（3）如经静载试验出现上述的问题，则应及时将情况报告至现场指挥人员，并结合实际情况采取处理措施。如试验过程中出现梁体跨中测点的挠度已超过设计允许值；加载后裂缝长度、宽度变化情况明显，且不断有新裂缝产生；梁体结构出现明显的损伤，直接影响后续梁体的承载力及结构安全等问题时，则试验人员应立即停止加载试验，避免造成梁体结构损伤，每个加载阶段完成后，试验人员要对所记录的检测数据进一步校核，确保其真实性，待所有加载工作完成后，再按照施工方案进行卸载。

5 荷载试验结果分析

5.1 挠度试验结果

在工程预制梁静载试验结束后，经过对试验数据的分析整理得知，在静载实验中，桥梁满载时实际检测到的梁体弹性挠度值与理论计算的弹性挠度值相接近，且数据的变化规律基本一致，梁体的四分点及跨中位置满载位移值均满足设计的要求。同时在梁体施加各级荷载时，桥梁跨中实测基本呈现线性变化的趋势，其残余变形较小，且变化范围均在理论值的范围内，满足设计要求。因此，经检测数据的分析得知，该桥梁在静载实验中其跨中挠度系数满足设计要求，表示梁体虽有裂缝但其刚度性能合格[6]。

5.2 应变测试结果

本次桥梁静载试验中，在梁体加载1～3级荷载时，经过对实验数据的分析得知，梁体跨中点实测的弹性应变数据计算得到的梁体中性轴至梁底相距49.5cm，与理论数据中梁体中性轴至梁底相距46.8cm基本接近，这表示在梁体1～3级的荷载中，预制梁的应变值基本呈现线性变化，且满足规范的要求，但当加载至第4级荷载时，经检测得知梁体左侧腹板及梁底测点的应变数据出现增大的趋势，而梁板右侧腹板下缘测点的应变数据出现减少的趋势，整体呈现非线性变化的趋势，这证明梁体因裂缝问题会导致变形。

6 桥梁裂缝处理

6.1 处理措施

（1）结合桥梁荷载试验的检测结果以及工程的实际情况，针对梁体存在的裂缝问题要进行必要的处理，避免危害梁体的结构安全。针对梁体的裂缝问题，本次施工主要采用压力灌注法处理，灌注前施工人员先采用钢丝刷、角磨机等工具将桥梁裂缝表面的灰尘、浮渣、松散层等全部处理干净，再采用酒精、丙酮等有机溶液全面涂刷，在有机溶液涂刷时应沿着裂缝两侧位置均匀涂刷，涂刷宽度控制在30～50mm。

（2）待有机溶液涂刷完成后，在桥梁裂缝交叉处、端部位置、贯穿位置以及裂缝宽度较大的位置设置灌胶底座，当裂缝宽度在1cm以内时，灌胶底座的间距控制在200～300mm，当裂缝宽度在1cm以上时，灌胶底座的间距控制在300～500mm，但同一条裂缝需同时具有进胶口、出胶口以及排气口。在灌胶底座埋设时，先在裂缝两侧位置涂刷裂缝修补胶，其涂刷厚度控制在1mm，再将灌胶底座的进胶孔采用骑缝方式粘贴在设计位置[7]。

（3）采用裂缝修补胶涂刷灌胶底座时，应涂刷至距离接缝20～30mm的位置，涂刷中应避免其表面出现小孔或气泡问题，待涂刷均匀后将其表面刮平，以确保胶体的可靠性。在灌胶底座安装之后利用压水或压风试验，检测进胶孔是否畅通。检测合格后配置本次施工采用的灌缝胶，胶液配置时不宜一次配置太多，应结合其凝固时间及进胶速度综合确定，待胶液配置后采用专用配套注胶器进行灌缝施工[8]。

（4）采用注胶器灌缝施工前，施工人员应对其进行检查，检查通过后将制备好的灌封胶注入注胶器，并将机械与预埋的灌胶底座相连接，然后松开阀门进行注胶。注胶过程中，机械需保持稳定的状态，待下一个注胶口出胶后拔出注胶器，迅速利用棉丝密封第一个注胶口，再将注胶器与灌胶底座的出胶口相连接，直至机械的吸胶率达到0.1L/min以下，持续注胶2～3min后拔出注胶器，再度利用棉丝进行封堵，同时采用丙酮或酒精将注胶器清洗干净，为下次作业做准备。

6.2 预防措施

除上述针对裂缝的处理措施外，为避免后续工程中再度出现裂缝问题，结合工程实际情况，提出几条预防措施：①针对预制梁体施工采用的原材料，宜选择硅酸盐或普通硅酸盐水泥，同时严格控制材料中砂石料的含量，特殊情况下可掺加高效减水剂、缓凝剂等外加剂，以改善混凝土的性能；②在混合料拌和过程中，注意控制各类材料的用量，尽可能降低其水热化反应程度，避免产生过大的热量；③做好混凝土的浇筑振捣施工，确保其施工质量，保证结构内部混凝土的密实性；④做好养护工作，定期组织洒水养护，以降低混凝土内外的结构温差。