淺談鋼筋混凝土梁裂縫的產(chǎn)生原因及整治

任 雯 趙麗秋

(1.濟(jì)南鐵路局 淄博工務(wù)段，山東 濟(jì)南252000；2.濟(jì)南鐵路局 工務(wù)處，山東 濟(jì)南252000)

0 引言

濟(jì)南鐵路局淄博工務(wù)段既有線提速地段共有341 座鋼筋混凝土梁橋。 鋼筋混凝土梁橋雖然較鋼梁橋養(yǎng)護(hù)維修工作量大幅減小，但經(jīng)過多年的運(yùn)營，我們發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土梁并不是我們過去想象的那樣少維修和免維修設(shè)備。膠濟(jì)既有線提速區(qū)段大部分既有線利舊的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋、普通鋼筋混凝土低高度板梁橋、 普通鋼筋混凝土π型梁橋、普通鋼筋混凝土梁橋不同程度的存在梁體裂縫問題。

1 梁體裂縫成因

1.1 常見梁體裂縫的幾種形式

①梁體豎向裂縫：這種裂縫出現(xiàn)在梁的側(cè)面，從梁底向上開裂，并與主鋼筋垂直；在長裂縫之間往往夾著數(shù)根短裂縫。膠濟(jì)線K162+639為1-10m 普通鋼筋混凝土梁橋， 該橋梁體存在大量的豎向裂縫共有32 條，寬度在 0.3-0.5mm 之間；

②梁底縱向裂縫：這種裂縫存在于主筋位置附近，沿著主筋延伸方向，出現(xiàn)的水平縱向裂縫，伴隨著裂縫的擴(kuò)展，混凝土保護(hù)層剝離，鋼筋外露而銹蝕。 膠濟(jì)線k304+435 為1-8m 普通鋼筋混凝土低高度板梁橋，該橋梁體存在縱向裂縫，寬度在0.3-0.5mm 之間；

③網(wǎng)狀裂縫：在結(jié)構(gòu)的表面淺層上，出現(xiàn)的龜紋狀裂縫、豎向裂縫、水平裂縫和干縮裂縫等。 膠濟(jì)線k366+142 為1-16m 普通鋼筋混凝土梁橋，該橋梁體表面存在網(wǎng)狀裂縫；

1.2 梁體產(chǎn)生的裂縫原因分析

①普通鋼筋混凝土梁底部產(chǎn)生豎向裂縫是必然的，這是由混凝土抗壓不抗拉不抗剪的特性決定的。人們根據(jù)混凝土的特性在梁的受拉截面上根據(jù)受力計(jì)算加入適當(dāng)?shù)氖芰睢?在梁體受力時，混凝土梁底受拉，當(dāng)強(qiáng)度超過混凝土的受拉強(qiáng)度時混凝土產(chǎn)生裂縫，此時由鋼筋受拉，眾所周知鋼筋的抗拉強(qiáng)度很高，這樣提了梁體的承重能力。因此在允許的范圍內(nèi)的豎向裂縫是正常的。這種裂縫的特性是當(dāng)荷載消失后梁體裂縫恢復(fù)原狀。 這樣的裂縫是屬于彈性范圍的裂縫，其性能比較穩(wěn)定。 鐵路橋隧建筑物狀態(tài)評定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定混凝土梁橋裂縫寬度≥0.5mm 為 AA 級裂化、0.3-0.5mm 為 A1 級裂化。 當(dāng)梁底豎向裂縫超過規(guī)定的限值繼續(xù)發(fā)展，梁體受壓截面減小，中性軸上移偏心受拉時，鋼筋受力超過鋼筋的屈服強(qiáng)度時，鋼筋嚴(yán)重變形，裂縫急劇向上開展并延伸，形成貫穿裂縫，后果將極其嚴(yán)重，這種裂縫發(fā)展過程比較緩慢，但一旦受拉鋼筋達(dá)到屈服極限后，鋼筋產(chǎn)生很大的塑性變形，此時病害急速發(fā)展造成梁體斷裂。

②梁底縱向裂縫的產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，是由于混凝土開裂導(dǎo)致鋼筋暴露在空氣中空氣中的和氧氣共同作用造成鋼筋銹蝕， 生成Fe(OH)2也就是俗稱的鐵銹，其體積會變成其原有體積的2-3 倍，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層鼓起甚至脫落。

③網(wǎng)狀裂縫是由于混凝土等級低，施工方法不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不到位等原因所致。

2 整治方案

整治裂縫的方法，根據(jù)裂縫的成因有以下幾種：

①傳統(tǒng)的修補(bǔ)方法是在裂縫表面鑿v 型槽， 寬約1-2mm， 深約0.5cm,槽面應(yīng)盡量平整。用鋼絲刷或竹刷刷清縫口，并鑿去浮渣。用手持式皮風(fēng)箱吹清，待表面干燥，裂縫外宜蘸有丙酮或二甲苯洗擦一遍保證槽內(nèi)清潔。在裂縫四周涂一層環(huán)氧樹脂漿液，最后嵌入環(huán)氧砂漿，用刮刀使其平面與原混凝土齊平。 待環(huán)氧樹脂硬化后就可應(yīng)用。 養(yǎng)護(hù)期間不宜受潮、受震，以保證修補(bǔ)質(zhì)量。但這種方法的缺點(diǎn)是如果修補(bǔ)用修補(bǔ)膠與梁體結(jié)合不牢固，加之過車的震動和梁體自身的撓度修補(bǔ)混凝土脫落，擴(kuò)大了裂縫的暴露面，必將對梁體帶來新的損傷。

②對于裂縫多且深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的豎向、斜向、縱向裂縫也可以采用注漿法進(jìn)行修補(bǔ)。 按灌漿材料的不同可分為水泥石灰粘土灌漿、化學(xué)灌漿、瀝青灌漿。 其中化學(xué)灌漿這種方法效果最好，應(yīng)用最廣，它可以修補(bǔ)0.3mm 甚至更細(xì)小的裂縫。 主要工藝流程是仔細(xì)檢查裂縫并清理干凈，在裂縫上打孔埋嘴子，埋好后將其余的裂縫全部封閉，在封閉完后隔一天可進(jìn)行打壓試驗(yàn)看封閉效果，無滲漏后將配制好的漿液灌入。灌漿完畢待漿液聚合固化后，即可將灌漿嘴一一拆除，并用環(huán)氧樹脂抹平。 最后對每一道裂縫表面再刷一層環(huán)氧樹脂水泥漿，確保封閉嚴(yán)實(shí)。 這種處理方法處理裂縫效果較好，但是對于梁底豎向裂縫嚴(yán)重超限的梁體可以說是“治標(biāo)不治本”。

③目前膠濟(jì)線部分豎向裂縫嚴(yán)重的梁體施加縱向體外預(yù)應(yīng)力效果明顯，增加梁體的縱向強(qiáng)度，克服了既有橋梁本身的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足的弱點(diǎn)。

施加縱向體外預(yù)應(yīng)力法是利用對梁體受拉區(qū)施加縱向預(yù)應(yīng)力，可以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載作用，從而能較大幅度的提高粱的承載能力。

3 實(shí)例

大圩河（雙），中心里程膠濟(jì) k188+067，全長 110.8m，3-32.0m 預(yù)應(yīng)力混凝土梁，圖號豐70-2，梁高2.50m，搖軸支座。橋上線路為直線，1980 年建成。 在日常的設(shè)備檢查中，工區(qū)發(fā)現(xiàn)梁底出現(xiàn)豎向裂縫。 隨著列車的高速重載，該梁的裂縫有所發(fā)展，于是對其進(jìn)行了縱向加固。預(yù)應(yīng)力束采用1×7 公稱直徑15.2mm 抗拉強(qiáng)度為1860MPa 的環(huán)氧涂層鋼絞線組成的可更換成品索，鋼絞線為外包PE 的單根無粘結(jié)環(huán)氧噴涂鋼絞線，每股鋼束外套HDPE 管道，在鋼束穿過橫隔板及錨固塊的預(yù)應(yīng)力管道中預(yù)埋鋼管鋼管內(nèi)襯四氟板。鋼絞線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)須符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003 要求錨具采用低回縮錨具，錨墊板及千斤頂采用配套錨墊板、千斤頂。 具體施工工藝：（1）在橫隔板及外側(cè)肋上縱向預(yù)應(yīng)力穿過出打孔，孔徑76mm；孔內(nèi)設(shè)外徑76mm壁厚4mm 鋼管，鋼管與孔壁之間采用建筑結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)；（2）采用化學(xué)植筋法制作腹板內(nèi)側(cè)混凝土錨固塊， 錨固塊中橫向預(yù)應(yīng)力管道直徑35mm，縱向預(yù)應(yīng)力管道直徑65mm；（3）張拉錨固塊橫向預(yù)應(yīng)力，張拉應(yīng)力1395MPa；制作腹板外側(cè)混凝土錨固塊；（4）張拉縱向預(yù)應(yīng)力筋，張拉應(yīng)力 1395MPa；（5）密封錨頭。

注意事項(xiàng)：（1） 鉆孔前應(yīng)用電子探測儀精確探測梁體鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋的位置，以防鉆斷梁內(nèi)鋼筋；（2）新舊混凝土界面進(jìn)行鑿毛處理；（3）為防止堿骨料反應(yīng)，混凝土骨料的選擇及最大堿含量應(yīng)符合《鐵路混凝土工程預(yù)防堿-骨料反應(yīng)技術(shù)條件》TB/T3054 的有關(guān)規(guī)定。

經(jīng)過縱向加固提高了梁體豎向剛度， 阻止了梁體豎向裂縫的發(fā)展，保證了膠濟(jì)鐵路時速200km/h 線路的安全運(yùn)營。

4 結(jié)語

既有線提速區(qū)段，列車的高速重載對橋涵設(shè)備的質(zhì)量要求在不斷提高，針對我段管內(nèi)部分既有橋梁仍在使用，及時檢查發(fā)現(xiàn)梁體病害，并根據(jù)成因?qū)ΠY下藥能有效的延長梁體壽命， 是保證行車安全的關(guān)鍵。

［1］黃棠.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

［2］蒙云,盧波.橋梁加固與改造[M].北京:人民交通出版社,2004.