預(yù)應(yīng)力混凝土空心板縱向裂縫成因分析研究

申紅平

（南京西部路橋集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211100）

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板縱向裂縫成因分析研究

申紅平

（南京西部路橋集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211100）

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、施工方便、可大批量工廠化集中預(yù)制等優(yōu)點(diǎn)是高速公路中、小跨徑橋梁中的常用橋型。在近年來(lái)已建成的高速公路橋梁中,跨徑為10--20m的橋梁大部分都采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋。其在帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也出現(xiàn)了一些典型的病害。其中最為典型的病害是空心板梁底的縱向裂縫。

預(yù)應(yīng)力 混凝土 空心板 縱向裂縫

本文主要針對(duì)高速公路橋梁上空心板底板出現(xiàn)縱向裂縫這一主要病害進(jìn)行研究。橋梁裂縫的產(chǎn)生涉及設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和交通管制等各個(gè)方面,是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題,只有對(duì)裂縫進(jìn)行全面的分析和研究,才能揭示出橋梁病害產(chǎn)生的內(nèi)涵和機(jī)理。這對(duì)指導(dǎo)我國(guó)后續(xù)高速公路橋梁的建設(shè)和對(duì)已建成高速公路上橋梁的維修及養(yǎng)護(hù),減少和避免空心板底板縱向裂縫的產(chǎn)生,探討有效的應(yīng)對(duì)措施,降低橋梁養(yǎng)護(hù)成本,提高橋梁的耐久性和工程質(zhì)量,有著十分重要的意義。

一、裂縫成因分析

(1)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在冬季預(yù)制，施工溫度較低，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，如果養(yǎng)護(hù)不到位時(shí)，混凝土截面早期抗拉強(qiáng)度容易偏低。

(2)縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線主要分布在空心板梁底部，致使底板截面局部削弱，但混凝土與鋼絞線之間存在較大的應(yīng)力，導(dǎo)致板底局部應(yīng)力集中。

(3)板底鋼筋布置較為復(fù)雜，施工過(guò)程中，尺寸偏差導(dǎo)致鋼筋和鋼絞線并列，在混凝土強(qiáng)度沒(méi)有保證的情況下，施加預(yù)應(yīng)力對(duì)地板混凝土的縱向壓縮必然產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，在鋼筋和鋼絞線并列的位置會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫。

(4)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)，混凝土的承載力有所下降。

二、加固措施

裂縫的出現(xiàn)可導(dǎo)致鋼筋生銹，增加構(gòu)件受侵蝕的機(jī)會(huì)，因此必須進(jìn)行加固處理，以消除裂縫對(duì)空心板使用壽命的影響。具體加固處理過(guò)程如下：

(1)對(duì)于寬度大于0．1mm的裂縫，采用環(huán)氧漿液灌漿處理。裂縫的化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)方法及其主要流程如下：表面清縫處理：用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等雜物，并沿裂縫用鋼鉛鑿成深2～4mm，寬4～6mmV型槽，剔除縫口表面的松散雜物，用氣壓為0．2MPa以上的壓縮空氣清除槽內(nèi)浮塵，然后用毛刷蘸工業(yè)丙酮等有機(jī)溶液，把V型槽口和沿裂縫兩側(cè)3mm范圍內(nèi)擦洗干凈，并保持干燥。埋設(shè)灌漿嘴：等清縫處理后，騎縫用環(huán)氧膠泥粘貼灌漿嘴，灌漿嘴的間距以300mm為宜，原則上縫窄宜密，縫寬可稀。但每一條裂縫至少須有一個(gè)進(jìn)漿孔和排氣孔。封縫：在經(jīng)甲苯或工業(yè)丙酮擦洗干凈的V型槽口內(nèi)以及裂縫兩側(cè)30mm范圍內(nèi)混凝土表面上，涂抹一層薄薄的E44環(huán)氧樹脂基液，待其初凝后，用環(huán)氧膠泥抹壓進(jìn)行封縫處理，再用橡皮刮板將表面刮平整，防止產(chǎn)生小孔和氣泡，待環(huán)氧膠泥初凝過(guò)后，表面涂刷二度環(huán)氧樹脂基液。環(huán)氧膠泥在混凝土表面的抹壓厚度控制在2mm左右。試氣密封檢查：待封口膠固化后，沿縫涂一層肥皂水，并從灌漿嘴向縫中通入氣壓為0．2MPa的壓縮空氣，檢查密封效果，對(duì)漏氣部位進(jìn)行補(bǔ)封處理。灌漿：?jiǎn)⒐嘀?，先接通管道，打開(kāi)所有灌漿嘴上閥門，用氣壓為0．2MPa以上的壓縮空氣將管道及裂縫吹干凈。灌漿順序自下而上，有一端向另一端依次連續(xù)進(jìn)行。灌漿壓力以控制在0．2～0．4MPa為宜，壓力逐漸升高，防止驟然加壓使裂縫擴(kuò)大。灌注操作程序?yàn)椋孩俳油ü艿溃虎趯⑴渲坪玫哪z漿注入灌漿灌；③打開(kāi)貯氣瓶閥門，調(diào)節(jié)壓力；④打開(kāi)灌漿的閥門進(jìn)行灌注；⑤待相鄰貼嘴冒漿時(shí)關(guān)閥門；⑥用木塞封住灌漿嘴，移至下一灌漿嘴灌注，依次壓灌直至最后一個(gè)貼嘴冒漿，并用木塞塞緊，保持恒壓繼續(xù)壓灌。當(dāng)吸漿率小于0．1L／min時(shí)，再續(xù)灌5～lOmin后即可停止灌漿。封口結(jié)束：灌漿后待縫內(nèi)漿液初凝而不外流，可拆除灌漿嘴，用環(huán)氧膠泥對(duì)灌漿孔進(jìn)行封口抹平。

(2)對(duì)于縫寬小于0．1mm的裂縫，先用細(xì)鐵鉤將裂縫中的灰塵、砂粒和污物打掃干凈，并將縫口散裂的混凝土鉤除，再用鋼絲刷清除縫口表面面漿并打毛，然后用壓縮空氣去除縫口浮塵，用工業(yè)丙酮清洗縫口后，刷上一層薄薄的環(huán)氧樹脂基液，再用橡皮刮板將環(huán)氧膠泥抹壓進(jìn)縫中。

(3)為防止修復(fù)后產(chǎn)生新的裂縫，沿底板縱縫方向，用寬0．12m、長(zhǎng)度等同裂縫長(zhǎng)度的碳纖維布進(jìn)行局部加強(qiáng)。加強(qiáng)步驟如下：

① 處理混凝土表面，清除加固表面疏松部分，至露出混凝土結(jié)構(gòu)層，若表面堅(jiān)實(shí)，應(yīng)除去被粘接面的松散砂粒、已被腐蝕的混凝土組織、浮漿層和油污等雜質(zhì)，并打磨平整，直至露出集料表面。表面打磨后，應(yīng)用強(qiáng)力吹風(fēng)器和用丙酮將表面粉塵徹底清除，使之干燥、干凈。②涂底膠，應(yīng)嚴(yán)格按照廠商提供的配合比和工藝要求進(jìn)行。調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低速攪拌器，攪拌應(yīng)均勻，盡量減少氣泡，并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入。涂底膠后的混凝土表面，若有凹陷時(shí)，應(yīng)使用環(huán)氧膩?zhàn)诱移?。③按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，配置侵漬樹脂并均勻抹于所要粘貼的部位，展平粘貼碳纖維布后，用硬橡膠輥及消泡輥?zhàn)友乩w維方向多次滾壓，擠出氣泡，促使粘結(jié)劑滲透，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維，然后在表面抹一層浸漬膠。④ 最后在粘貼的碳纖維布表面用水泥漿進(jìn)行防護(hù)處理。

空心板底板截面尺寸是影響底板橫向拉應(yīng)力的主要因素。對(duì)于空心板而言,盡管設(shè)置橫隔板和加大橫向配筋率均可以不同程度地減小橫向應(yīng)力,但都不是最合理的選擇,前者施工上較為麻煩,后者則不經(jīng)濟(jì)。追求結(jié)構(gòu)構(gòu)件的輕型化、經(jīng)濟(jì)化是現(xiàn)代橋梁工程的趨勢(shì),從中也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,也符合我國(guó)現(xiàn)代化橋梁建設(shè)的需要;然而各板件不斷減薄,意味著結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備有所降低,而對(duì)設(shè)計(jì)的合理性本身就顯得愈加重要。對(duì)于薄壁寬幅大空板的設(shè)計(jì),由于現(xiàn)行公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖沒(méi)有涉及,因而設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎采用,特別對(duì)于A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,必須對(duì)橫向應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)力和撓度隨底板厚度的變化大致成線性關(guān)系,隨著底板厚度的增加,撓度和縱向應(yīng)力在增大,橫向應(yīng)力在減小。若底板厚度減小1cm,則可使空心板能承受標(biāo)準(zhǔn)汽車的超載率減小約10%。因此為了減少空心板底板的縱向開(kāi)裂宜適當(dāng)增加底板厚度?；炷量估瓘?qiáng)度降低5%,可使橋梁能承受標(biāo)準(zhǔn)汽車超載率減小約8%,當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足時(shí),在超載車輛作用下很容易出現(xiàn)縱向開(kāi)裂。

結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)約模板、減少支模、拆模、縮短工期、降低工程造價(jià)、節(jié)約施工場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn),其在高速公路中小跨徑橋型中一直是橋梁設(shè)計(jì)者的首選之一。我國(guó)規(guī)范只規(guī)定了正截面和斜截面的抗裂驗(yàn)算而忽略了縱截面上的抗裂驗(yàn)算。這對(duì)于底板比較薄、比較寬的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)沒(méi)有完全體現(xiàn)出來(lái)。這種構(gòu)件很容易出現(xiàn)縱向開(kāi)裂。應(yīng)力和撓度隨底板厚度的變化大致成線性關(guān)系,隨著底板厚度的增加,撓度和縱向應(yīng)力在增大,橫向應(yīng)力在減小。若底板厚度減小1cm,則可使空心板能承受標(biāo)準(zhǔn)汽車的超載率減小約10%。因此為了減少空心板底板的縱向開(kāi)裂宜適當(dāng)增加底板厚度。

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