PC箱梁裂縫成因分析及控制措施

高鴿子

摘 要：隨著我國客運專線的快速發(fā)展，橋梁作為客運專線行車設施的重要組成部分，其里程數(shù)也在迅速增長。本文主要研究PC箱梁裂縫的成因并提出相應的防治措施，為保證高鐵客運專線安全通暢運行有著重要的意義。

關鍵詞：PC箱梁；裂縫；裂縫成因；防治措施

【DOI】10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.08.033

與T梁相比，箱梁具有行車條件好、抗扭強度高、橫向抗彎剛度大、變形系數(shù)低、外表曲線流暢、美觀等眾多優(yōu)點。因此，PC箱梁越來越廣泛的被應用在客運專線上 [1]。但同時，PC箱梁在使用階段經(jīng)常帶裂縫工作，嚴重影響橋梁的耐久性、安全性。

一、危害分析

目前客運專線中主要采用的橋梁形式為預應力混凝土箱梁。由于混凝土材料本身抗拉強度較低，容易開裂，所以自混凝土構件產(chǎn)生以來，裂縫一直是一個困擾著工程技術人員的難題，同時嚴重影響著橋梁結(jié)構的安全性、經(jīng)濟性。

PC箱梁裂縫一旦產(chǎn)生，會使橋梁剛度降低，撓度增大，從而降低行車安全性和舒適性，主要表現(xiàn)在：

1.引起結(jié)構內(nèi)力重分布，降低結(jié)構安全度，甚至造成橋梁結(jié)構的破壞。

2.裂縫的出現(xiàn)，使鋼筋失去混凝土的保護，將加速鋼筋的銹蝕，削弱橋梁的耐久性，減短橋梁的使用年限。特別是對預應力混凝土結(jié)構而言，“高應力腐蝕”造成的危害更大[2]。

二、裂縫類型及產(chǎn)生原因

1.裂縫類型

（1） 腹板斜向裂縫

腹板斜向裂縫是箱梁中最常見的裂縫，也稱主拉應力裂縫，形成原因有恒載、活載和縱向預應力筋引起的正截面應力和直接剪應力，以及溫度應力、豎向預應力筋產(chǎn)生的應力、剪力滯、畸變產(chǎn)生的法向應力和剪應力以及箱梁扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪力流，它們在腹板開裂破壞過程中所起的作用比較復雜。此類裂縫往往首先發(fā)生在剪應力最大的支座處，一旦產(chǎn)生危害相對嚴重，故對此類裂縫控制更嚴格些。其類型主要有跨中正彎矩引起的底板橫向裂縫貫通至腹板、墩頂負彎矩頂板橫向裂縫貫通至腹板、L/4 跨附近腹板中部主拉應力裂縫、剪跨區(qū)底板橫向裂縫貫通至腹板的剪切裂縫、L/4～3L/4 貫通腹板的螺旋狀扭剪裂縫。

（2） 其它裂縫

除此之外，梁中常見的裂縫還包括頂?shù)装鍣M向裂縫及肉眼不可見的不規(guī)則裂縫；梁端錨具、梁底支座不規(guī)則裂縫；底板或腹板沿梁長方向的裂縫；橫隔梁裂縫；齒板與頂（底）板及腹板交接處局部拉應力裂縫；鋼束錨固處（梁端及齒板）及錨下劈裂裂縫；沿預應力管道局部應力裂縫等。

2.裂縫產(chǎn)生的原因分析

（1）施工方面

由于施工管理不善，采用高強混凝土水化熱較大，拌合時間過短、配合比不合理，施工工藝不合理或具體施工操作不規(guī)范都有可能導致裂縫的產(chǎn)生。

（2）設計方面

腹板斜裂縫：反應了梁斜截面抗裂性能的不足，腹板的受力比較復雜，不易把握。與公路箱梁橋比較，鐵路橋梁腹板裂縫并不是特別明顯，主要是因為目前設計進行腹板主拉應力計算的有限元軟件是基于平面的，鐵路橋與公路橋相比較，腹板之間的距離較小，橫向效應對主應力的影響較小，按照平面計算出來的主拉應力值較為可靠。

頂?shù)装鍣M向裂縫：①縱向預應力損失過大；②實際收縮徐變超出理論值過大；③剪力滯效應考慮不充分。

頂?shù)装蹇v向裂縫：①橫向預應力損失過大或施工時存在偏差；②縱向預應力橫彎徑向力考慮不足；③順橋向預應力過大，正交向由泊松比而引起橫向應力，致使沿波紋管周圍產(chǎn)生縱向裂縫；④溫度自應力的影響。

橫隔梁裂縫：主要是支座布置不合理造成的。

三、控制措施

1.施工注意事項

（1）正確選擇材料，嚴禁三無產(chǎn)品，按照要求存放，合理配合比。

（2）采用低水化熱的混凝土，優(yōu)化混凝土澆筑工藝，確保拌合時間，澆筑振搗均勻，嚴格控制混凝土澆筑順序，切實地執(zhí)行科學的養(yǎng)護方法。

（3）保證模板支架體系施工質(zhì)量，使?jié)仓炷梁蟛话l(fā)生超過允許的沉降量，必要時進行預壓，然后進行下一工序。

2.設計注意事項

對于常見的腹板裂縫，可以通過施加豎向預應力，使腹板處于雙向受壓狀態(tài)，避免主拉應力的出現(xiàn)。

（1）盡量模擬施工的實際狀態(tài)進行計算，考慮主應力的空間效應，采用縱橫分算的方法，即縱向采用平面桿系單元計算，橫向則按平面框架計算。另外還需考慮溫度自應力對主拉應力的影響。

（2）預應力損失計算參數(shù)應取規(guī)范容許值的上限，并在局部考慮預應力筋的徑向作用。

（3）橫向計算時只能考慮部分箍筋的抗彎作用，同時考慮箍筋對縱向斜截面抗剪的貢獻。

（4）合力布置豎向預應力筋，起到增強箱梁剛度、分擔普通箍筋拉力、控制裂縫發(fā)展的作用。

（5）錨墊板、預應力筋位置精度控制，確保管道順暢，管道端部的預埋板與孔道中心線垂直。

（6）合理布置構造鋼筋是防止裂縫的有效措施。要注意鋼筋間距不宜太大，鋼筋直徑不宜太小。對于腹板構造鋼筋，還應根據(jù)腹板的高度，在腹板箍筋中間設置腰部連接鋼筋，也稱拉筋，將腹板內(nèi)外兩層鋼筋網(wǎng)連成整體。

四、裂縫修補及結(jié)構加固措施

由于混凝土材料的復雜性及設計、施工方法的欠缺，目前PC箱梁裂縫仍不能全面避免，這里簡述幾個常用的裂縫修補的方法。

1.表面封閉法

表面封閉法是在裂縫的表面涂抹水泥漿"環(huán)氧膠泥或涂刷油漆"瀝青等防腐材料以封閉表面裂縫，此方法適用于0.2mm到0.25mm范圍內(nèi)的裂縫封閉。

2.壓力灌漿法

壓力灌漿法是指水泥漿液在一定的壓力值下被灌至結(jié)構內(nèi)部裂縫。此方法適用于裂縫大于0.2mm到0.25mm或裂縫較深的裂縫修補[3]。

五、結(jié)束語

PC箱梁橋的裂縫要從以下兩個方面進行預防：（1）嚴格按有關橋梁規(guī)范進行結(jié)構設計，包括選擇合理的截面形式，準確建立有限元模型，全面考慮各種工況，特別是優(yōu)化預應力鋼筋布置和合理的考慮溫度模式[4]。（2）完善施工工藝，包括合理的混凝土配合比、可靠的模板支架體系、正確的混凝土澆筑工藝、科學的養(yǎng)護方法等。

參考文獻：

[1]舒麗紅，冷鑫.鐵路橋涵施工與養(yǎng)護.西安鐵路職業(yè)技術學院教學講義.2014.

[2]趙寶俊.豎向預應力作用下箱梁腹板的作用機理研究[D].博士學位論文，長安大學. 西安，2012.

[3]蔣嬪，李康. PC連續(xù)箱梁常見裂縫成因與處理措施[J].山西建筑，2015，41（19）：153-154.

[4]喬晉飛.預應力混凝土箱梁常見病害分析及設計對策[J].鐵道建筑，2011，12：45-47.