裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁的缺陷與防治措施

□文/張廣寅 秦 崗 孫立喜

□秦 崗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孫立喜/天津市市政工程研究院。

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁的缺陷與防治措施

□文/張廣寅 秦 崗 孫立喜

文章對(duì)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)制和運(yùn)營過程中常見缺陷與病害及其成因進(jìn)行了總結(jié)分析并提出了防治措施。

裝配式；預(yù)應(yīng)力；混凝土梁；缺陷；病害；防治措施

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋是我國中小跨徑橋梁普遍采用的形式，主要有板梁、T型梁、小箱梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁作為橋梁的承載構(gòu)件，其質(zhì)量與技術(shù)狀態(tài)的好壞決定著橋梁運(yùn)營的安全性、耐久性和舒適性。然而在混凝土梁的生產(chǎn)過程中和橋梁運(yùn)營期間，會(huì)因各種原因產(chǎn)生一些缺陷與病害，對(duì)梁體質(zhì)量和橋梁的安全性產(chǎn)生不同程度的影響，嚴(yán)重時(shí)甚至造成梁體報(bào)廢或安全事故。

1 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁的主要缺陷與病害

1.1 預(yù)制過程中的缺陷

1）預(yù)應(yīng)力混凝土梁裂縫

預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)制過程中出現(xiàn)裂縫的原因。

（1）混凝土內(nèi)外溫差過大。

（2）養(yǎng)生不當(dāng)。如拆模過早，遮蓋措施不力；澆筑1 d后拆模，灑水養(yǎng)生時(shí)間不足，造成混凝土表面游離水分蒸發(fā)過快，使混凝土產(chǎn)生急劇的體積收縮，水泥的水化作用不能充分進(jìn)行，而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度低，不能抗御這種變形應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（3）張拉、放張不當(dāng)產(chǎn)生裂縫。先張法施工工藝會(huì)導(dǎo)致梁端中部產(chǎn)生自梁端向跨中延伸的縱向裂縫。后張法在張拉過程中，梁端也有出現(xiàn)類似先張法的縱向裂縫。分析其原因：一是設(shè)計(jì)上對(duì)張拉時(shí)梁端混凝土局部應(yīng)力集中考慮不周；二是張拉時(shí)，張拉順序不當(dāng)，張拉速度過快；三是梁體混凝土質(zhì)量低劣或張拉時(shí)間過早以及錨墊板附近的混凝土不密實(shí)，導(dǎo)致梁端混凝土在張拉后出現(xiàn)碎裂。

（4）其他原因。如計(jì)量不準(zhǔn)、振搗后水泥漿上浮、有時(shí)砂石料的含泥量超限等均會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2）梁的上拱度過大

上拱度的存在對(duì)橋面的標(biāo)高有一定影響。

（1）混凝土配合比。塌落度越大，上拱度越大。

（2）養(yǎng)護(hù)條件?；炷琉B(yǎng)護(hù)溫度高、濕度大，上拱度相應(yīng)較小。

（3）放張齡期越長，上拱度越小。這實(shí)際上反映了彈性模量對(duì)上拱度的影響。齡期越長，彈性模量越大，上拱度越小。

（4）塑性變形?；炷恋男熳兒褪湛s對(duì)梁板上拱度的影響很大，特別是早期，徐變和收縮的塑性變形越大，上拱度值增量也越大。

3）預(yù)制板梁芯模上浮

預(yù)制板梁芯模上浮會(huì)造成頂板局部厚度不足，主要原因包括下列內(nèi)容。

（1）梁配筋率高，鋼筋間距小，配合比設(shè)計(jì)時(shí)碎石粒徑偏小，含量偏高，振搗過程中，傳遞力的能力大，對(duì)芯模振動(dòng)作用高。

（2）混凝土振搗采用插入式振搗棒，振搗過程中混凝土本身的上浮力很大，如果固定不當(dāng)，極易產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。

4）小箱梁腹板混凝土局部壓潰

小箱梁跨徑一般在25～40m，多采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)，后張法施工過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錨墊板下和腹板表面混凝土局部壓潰現(xiàn)象。錨墊板下壓潰主要原因是錨墊板下鋼筋較密，振搗不徹底造成混凝土不密實(shí)；腹板表面混凝土局部壓潰是由于腹板箍筋與架力筋間隔綁扎不全，使腹板混凝土局部整體性較差，加上預(yù)埋的預(yù)應(yīng)力管道局部不平順，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，腹板局部受力過大，箍筋與架力筋發(fā)生相對(duì)滑移，混凝土

局部壓潰。

5）混凝土梁的鑿毛

鑿毛面積和鑿毛深度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而且鑿毛后的疏松混凝土清理不干凈，后澆筑混凝土?xí)r結(jié)合面成為薄弱環(huán)節(jié)而開裂。

1.2 運(yùn)營過程中的主要病害

1）空心板梁和小箱梁內(nèi)進(jìn)水

梁內(nèi)進(jìn)水是裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁和小箱梁橋的常見病害。雨水滲流進(jìn)入梁的內(nèi)腔，或長時(shí)間滯留在梁內(nèi)，或從梁底裂縫處緩慢滲出。主要原因：一是板梁和小箱梁梁端后封堵結(jié)構(gòu)造成梁體與后封堵之間有縫隙，雨水從已開裂的連續(xù)縫或伸縮縫處流入到梁端并滲流到梁內(nèi)腔；二是板梁梁頂開裂，橋面防水層破壞導(dǎo)致雨水下滲。

2）預(yù)應(yīng)力梁梁底出現(xiàn)橫向裂縫

主要原因：一是設(shè)計(jì)上安全儲(chǔ)備??；二是與現(xiàn)行的實(shí)際運(yùn)營車輛荷載有關(guān)；三是個(gè)別梁和施工質(zhì)量有關(guān)。

3）預(yù)應(yīng)力梁梁底和腹板出現(xiàn)縱向裂縫

板梁梁底縱向裂縫主要出現(xiàn)在梁底板最薄處，長度不等，或靠近梁兩端，或跨中部位，或通長，裂縫寬度大部分＜0.2mm，個(gè)別有＞0.2mm的。小箱梁縱向裂縫出現(xiàn)在梁底和距梁底約20cm位置的腹板處，長度與板梁規(guī)律相近?？v向裂縫部分在預(yù)制過程中就已經(jīng)出現(xiàn)，后期受力后有所擴(kuò)展。部分是在運(yùn)營一段時(shí)間后出現(xiàn)的，與混凝土收縮徐變及單梁個(gè)體本身的施工質(zhì)量、支承條件不良等有關(guān)。

4）預(yù)應(yīng)力混凝土T梁腹板裂縫

預(yù)應(yīng)力混凝土25m和30mT梁腹板均出現(xiàn)裂縫，裂縫形式有2種，一種是支座附近斜裂縫，一種是跨中附近的豎向裂縫。裂縫沿梁高方向最長上至翼緣與腹板交界處，下至馬蹄斜面處，并未發(fā)展至梁底。主要原因是受力引起。

5）單梁受力

單梁受力是裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁經(jīng)常發(fā)生的嚴(yán)重病害之一。該病害主要出現(xiàn)在板梁和T梁結(jié)構(gòu)，板梁是由于鉸縫損壞引起，T梁是由于橫隔板開裂引起。主要原因與設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)缺陷、施工上的局部質(zhì)量隱患及現(xiàn)狀運(yùn)營荷載有關(guān)。

2 防治措施

2.1 預(yù)制過程中的缺陷預(yù)防措施

1）裂縫的預(yù)防措施

對(duì)溫差引起的裂縫，盡可能減少水化熱；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)生，如及時(shí)蓋草簾或塑料膜并經(jīng)常灑水使之保持濕潤；先張法均勻放張，如多根整批放張，采用砂箱法或千斤頂法，放張速度應(yīng)均勻一致，放張宜分?jǐn)?shù)次完成；后張法梁端布筋設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮張拉時(shí)產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中，增加橫向分布鋼筋數(shù)量和適當(dāng)增加封錨端和梁端混凝土的幾何尺寸，預(yù)應(yīng)力筋張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或采取分次、逐級(jí)對(duì)稱張拉，張拉時(shí)均勻加載，減小張拉過程出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，確保梁（板）混凝土澆筑質(zhì)量，特別要加強(qiáng)對(duì)錨墊板后的混凝土振搗，張拉前檢驗(yàn)梁體是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；通過優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、選擇好原材料及施工過程控制等措施避免收縮裂縫，如盡量減少水泥用量，摻入適量粉煤灰、礦渣等礦物摻合料以降低混凝土的水化熱，延長混凝土初凝時(shí)間，以減少混凝土收縮；要慎重選擇水泥品種、標(biāo)號(hào)及生產(chǎn)廠家，選擇質(zhì)地堅(jiān)硬和級(jí)配良好的石子、清潔的質(zhì)地堅(jiān)硬的粗砂；對(duì)含泥量較大的骨料要用水沖洗；水質(zhì)應(yīng)通過取樣化驗(yàn)，盡可能減少用水量等。

2）梁的上拱度過大預(yù)防措施

增強(qiáng)混凝土性能，使其具有較好地和易性；確保預(yù)應(yīng)力筋張拉質(zhì)量，如張拉千斤頂和油表要及時(shí)標(biāo)定，讀數(shù)要準(zhǔn)確無誤，張拉時(shí)要同步、對(duì)稱進(jìn)行，對(duì)鋼絞線的左右、上下位置準(zhǔn)確定位，鋼鉸線失效部位的包扎要緊密、牢固；改善養(yǎng)護(hù)條件和方法，如及時(shí)覆蓋、養(yǎng)護(hù)，頂面和側(cè)面全覆蓋，不定時(shí)灑水，保持梁體濕潤；改變預(yù)應(yīng)力放張時(shí)間的控制模式，可引入強(qiáng)度和彈性模量雙重控制，減小施加預(yù)應(yīng)力引起的變形。

3）芯模上浮的預(yù)防措施

可在芯模下放時(shí)，比原設(shè)計(jì)高程放低1cm，以抵消芯模上浮時(shí)微量變化。施工嚴(yán)格控制振搗方式，對(duì)芯模腋下混凝土振搗不宜振得過頻、過久，宜通過振搗棒的傳遞范圍控制混凝土的密實(shí)度。

4）小箱梁腹板混凝土局部壓潰的預(yù)防措施

小箱梁錨墊板下腹板混凝土振搗應(yīng)周密組織，做到及時(shí)、均勻，防止漏振。腹板箍筋和架力筋綁扎要做到逢豎橫鋼筋交叉處必須綁扎且嚴(yán)格達(dá)到施工規(guī)程要求。

5）混凝土梁的鑿毛

混凝土梁的濕接縫處鑿毛要求深度一般為0.5～1cm，應(yīng)露出混凝土石子，松動(dòng)的混凝土一定要清理干凈。設(shè)計(jì)上要提出明確的施工要求。

2.2 運(yùn)營過程中的主要病害防治措施

1）空心板梁和小箱梁內(nèi)進(jìn)水防治措施

在梁底最低處打孔排水；及時(shí)堵住水源，如橋面連續(xù)縫開裂處灌注封縫瀝青膠，伸縮縫及時(shí)更換開裂的橡膠條。選擇防水性能和耐久性好的橋面防水層和伸縮縫；從設(shè)計(jì)上改變空心梁的構(gòu)造，如將空心梁端設(shè)計(jì)成實(shí)體斷面，將支模和拆模的出入口改設(shè)在梁底或?qū)⒖招牧航孛嬖O(shè)計(jì)成倒槽形（縱向設(shè)橫隔板）。

2）預(yù)應(yīng)力梁梁底橫向裂縫防治措施

（1）先張法預(yù)應(yīng)力混凝土板梁。換梁維修，主要針對(duì)10、13、16m跨徑板梁；采用低壓注射法對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，再用粘貼鋼板臨時(shí)加固并對(duì)加固的板梁定期跟蹤觀測(cè)，主要針對(duì)20m及以上跨度的板梁；設(shè)計(jì)上加大安全儲(chǔ)備。

（2）后張法預(yù)應(yīng)力混凝土板梁和小箱梁。

①采用低壓注射法對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，再用粘貼纖維布或鋼板進(jìn)行加固，并對(duì)加固的板梁定期跟蹤觀測(cè)。

②設(shè)計(jì)上加大安全儲(chǔ)備。

3）預(yù)應(yīng)力梁梁底和腹板縱向裂縫和T梁腹板裂縫防治措施

采用低壓注射法對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，縱橫方向采用粘貼碳纖維布條進(jìn)行加固。

4）單梁受力防治措施

主要是增加梁間的整體橫向剛度。改善水泥混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)；改善梁間橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)造；橫向施加預(yù)應(yīng)力；從設(shè)計(jì)上改變簡(jiǎn)支梁橋橫向聯(lián)接構(gòu)造。

3 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土梁缺陷有一定的規(guī)律性和重復(fù)性，原因較多，涉及原材料、混凝土的配合比、結(jié)構(gòu)受力和構(gòu)造設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)。只要抓住預(yù)制施工過程中的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證質(zhì)量，可有效預(yù)防及避免早期缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)從設(shè)計(jì)上加大安全儲(chǔ)備，從結(jié)構(gòu)構(gòu)造上改變傳統(tǒng)模式，可大大減少后期運(yùn)營中病害的出現(xiàn)。

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U445.72

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1008-3197（2011）01-44-02

2010-07-06

張廣寅/男，1965年出生，高級(jí)工程師，天津市市政工程研究院，從事橋梁檢測(cè)工作。

□秦 崗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孫立喜/天津市市政工程研究院。