預(yù)制預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土裂縫的成因與處理

■樂(lè)雪萍

(百年建設(shè)集團(tuán)有限公司，南昌330029)

預(yù)制預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土裂縫的成因與處理

■樂(lè)雪萍

(百年建設(shè)集團(tuán)有限公司，南昌330029)

后張法預(yù)制箱梁在大型橋梁工程中被廣泛運(yùn)用，因?yàn)楹髲堫A(yù)應(yīng)力工藝簡(jiǎn)單，施工方便，節(jié)省材料，可是在現(xiàn)場(chǎng)施工中，混凝土裂縫難免會(huì)發(fā)生，本文根據(jù)工程實(shí)例，對(duì)預(yù)制預(yù)應(yīng)力箱梁澆筑后張拉前出現(xiàn)的裂縫成因進(jìn)行了分析，并對(duì)裂縫提出了具體的處理方法?？晒╊愃魄闆r的預(yù)制梁處理提供參考。

預(yù)制箱梁裂縫原因分析處理措施

0 引言

某大橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為n×25m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。梁體采用C50砼，項(xiàng)目部在預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)多片粱在拆模后腹板、底板出現(xiàn)不同程度的裂縫。

1 裂縫情況介紹

2 裂縫的成因分析

裂縫大致可分為兩大類:荷載作用下的裂縫和非荷載作用下的裂縫。裂縫均在拆模之后出現(xiàn)，在此期間結(jié)構(gòu)無(wú)任何受力，因此可以判斷這些裂縫為非結(jié)構(gòu)裂縫，從而排除是由于結(jié)構(gòu)受力而產(chǎn)生的裂縫,這個(gè)階段可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的因素有：設(shè)計(jì)、基座沉降變形、溫度、混凝土、施工方法、環(huán)境等。當(dāng)這些因素導(dǎo)致的變形受到外界約束或不協(xié)調(diào)變形時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度后便會(huì)產(chǎn)生裂縫。

圖1 裂縫寬度測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

具體針對(duì)本橋，從開(kāi)始澆筑到產(chǎn)生裂縫，由于許多因素是交織在一起的,很難明確區(qū)分某條裂縫具體是由哪種因素引起的，在先后通過(guò)基座澆筑前和澆筑后的測(cè)量結(jié)果排除了基座沉降變形，同一個(gè)項(xiàng)目其他橋梁所用已施工相同箱梁通用圖排除了設(shè)計(jì)原因。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土質(zhì)量、所用的施工工藝、同樣的預(yù)制場(chǎng)地的分析后，排除了這幾種情況造成裂縫的可能，最終確定是由于溫差過(guò)大導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

經(jīng)了解現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，高度懷疑是混凝土澆筑完成后，箱梁拆模前后現(xiàn)場(chǎng)用現(xiàn)抽的井水直接進(jìn)行養(yǎng)生。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，用井水直接養(yǎng)生的溫度在5℃～8℃之間，而澆筑后混凝土水化熱溫度達(dá)到20℃～65℃?；炷帘砻鏈囟认陆岛芸?，溫度的下降造成混凝土表面收縮。對(duì)腹板、底板而言，由于其表面與外界接觸面積大，同時(shí)腹板、底板的厚度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，表面與外界接觸，濕度大，當(dāng)溫度下降時(shí)，腹板、底板變形收縮小，底面與預(yù)制臺(tái)座接觸，底面受到預(yù)制臺(tái)座的彈性約束，表面混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力過(guò)大，因此產(chǎn)生裂縫。

3 防范對(duì)策

（1）在溫差較大的預(yù)制場(chǎng)預(yù)制箱梁時(shí)要注意溫度或風(fēng)力影響，做好保溫養(yǎng)護(hù)工作。特別是澆筑完混凝土的最初幾天更為重要?；炷恋酿B(yǎng)生應(yīng)該同季節(jié)和天氣結(jié)合起來(lái)，注意周圍溫度、濕度的變化，養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高，氣溫越低，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，則混凝土收縮越小。

(2)加密腹板和底板內(nèi)的豎向及橫向鋼筋，起到溫度分布鋼筋的作用。構(gòu)造鋼筋對(duì)于防止結(jié)構(gòu)開(kāi)裂及耐久性具有很重要的作用。

(3)采用合理的施工工藝，澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，同時(shí)在施工時(shí)，應(yīng)盡量選擇適宜的溫度，熱天澆注混凝土?xí)r應(yīng)降低水溫拌制，或者利用早、晚進(jìn)行施工，選用水化熱小和收縮小的水灰比，合理使用減水劑，加強(qiáng)振搗以減少水化熱。

(4)選擇合理的拆模時(shí)間，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。夏季一般選在早晨或傍晚，盡量避開(kāi)中午高溫時(shí)間；做好養(yǎng)護(hù)工作，確保養(yǎng)生溫度和濕度，尤其要注意養(yǎng)護(hù)用水的溫度。

取同一供試品6份（0.1 g），分別精密稱定重量，按樣品測(cè)定方法依法測(cè)定含氮量。結(jié)果分別為：3.0071%、3.0343%、2.9642%、2.9861%、2.9617%、3.0116%，平均值為2.9942%，RSD為1.0%（n=6），精密度結(jié)果良好。見(jiàn)表2。

在隨后的施工中，采取了防止裂縫的措施，加強(qiáng)了施工技術(shù)交底，并在梁場(chǎng)增設(shè)了養(yǎng)護(hù)用水池，通過(guò)以上的控制方案和預(yù)防措施，就再?zèng)]出現(xiàn)預(yù)制梁混凝土開(kāi)裂情況。

4 縫裂處理

根據(jù)預(yù)制梁裂縫情況，對(duì)存在梁體裂縫的五片梁，采用壓力注漿法注進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

4.1 裂縫處理流程

裂縫處理流程如圖2所示：

圖2 裂縫灌漿工藝流程圖

4.2 主要材料

WEP結(jié)構(gòu)注縫膠是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的注縫材料。具有漿液粘度低，固化時(shí)間合適，硬化成型體粘結(jié)強(qiáng)度高，能保證損傷部分有足夠的強(qiáng)度以恢復(fù)混凝土構(gòu)件的整體性，再受力破壞時(shí)，新的裂縫不在原斷面等技術(shù)特點(diǎn)。WEP結(jié)構(gòu)注縫膠是雙組份包裝的結(jié)構(gòu)粘接劑，A組份為淺紅色粘稠液體，B組份為無(wú)色粘稠液體。其固化后的膠體性能指標(biāo)能滿足裂縫修補(bǔ)材料安全性標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 裂縫表面處理

對(duì)于裂縫寬度小于0.2mm的裂縫非貫穿裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力及持久強(qiáng)度無(wú)有害影響，用鋼絲刷等工具清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，然后用高壓空氣將裂縫吹洗干凈，再用毛刷蘸甲苯或酒精把裂縫兩側(cè)20～30mm處擦洗干凈并保持干燥，最后用環(huán)氧樹(shù)脂WSS結(jié)構(gòu)密封膠直接封閉。對(duì)于裂縫寬度大于等于0.2mm的貫穿裂縫，觀測(cè)深裂縫會(huì)引起鋼筋銹蝕，影響使用功能，采用WEP結(jié)構(gòu)注縫膠灌注法處理，鑿槽時(shí)應(yīng)沿裂縫先用鋼釬或電鎬鑿成"V"形槽，再向兩側(cè)加寬,槽深與槽寬根據(jù)裂縫深度和利于封縫的原則來(lái)確定。鑿?fù)旰蟛捎娩摻z刷或鋼絲輪抹去浮松混凝土顆粒，采用壓縮空氣將碎屑、粉塵清除干凈。

4.4 埋設(shè)灌漿嘴

如果梁體裂縫為貫穿裂縫，先用環(huán)氧樹(shù)脂WSS裂縫密封膠將梁體一側(cè)裂縫完全封閉，封縫膠的涂抹寬度為30～40mm，另一側(cè)裂縫埋設(shè)注漿嘴，間距為200～300mm，注漿嘴的位置盡量設(shè)置在裂縫較寬、開(kāi)口較通暢的部位。用粘接灌漿嘴，待膠層固化后再用WSS裂縫密封膠密封裂縫。裂縫封閉后，需檢查其密閉效果，即沿裂縫涂一層肥皂水，從灌漿嘴通入壓縮空氣，凡漏氣處應(yīng)重新密封，直至不漏為止。

4.5 膠液配制

WEP結(jié)構(gòu)注縫膠的A、B兩個(gè)組分，按照3∶1配合比例準(zhǔn)確地稱量并攪拌均勻，攪拌時(shí)間不得少于3min，每次配制數(shù)量應(yīng)根據(jù)單位裂縫的長(zhǎng)度、寬度、深度綜合計(jì)算。配制好的膠料應(yīng)在40min內(nèi)用完，隨配隨用。

4.6 裂縫灌漿

一切檢查合格后，將事先配置好的漿液用高壓注膠器灌漿，灌漿時(shí)應(yīng)按照從下向上的順序逐個(gè)灌注，待下一個(gè)灌漿嘴出漿時(shí)立即封堵灌漿嘴。壓力控制在0.2～0.3MPa之間。在灌漿過(guò)程中，應(yīng)保持壓力穩(wěn)定，以滿足灌漿要求。注漿施工如圖3所示：

4.7 灌漿孔處理

灌漿結(jié)束后，應(yīng)檢查補(bǔ)強(qiáng)效果和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)補(bǔ)救，確保工程質(zhì)量。待封內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不流出時(shí)，用角磨機(jī)將灌漿嘴打磨平整，再用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥在灌漿嘴處抹平封口。

圖3 裂縫灌漿現(xiàn)場(chǎng)施工

5 裂縫處理質(zhì)量驗(yàn)收

灌漿結(jié)束后應(yīng)檢驗(yàn)灌漿效果及質(zhì)量，凡有不密實(shí)等不合格情況，應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)注，檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：

（1）外觀檢查：漿液滲出、填縫是否明顯；

（2）采用壓縮空氣或壓力水檢查灌漿是否密實(shí)；

（3）取芯強(qiáng)度檢測(cè)。采用騎縫鉆取芯樣，芯樣直徑Φ≥50mm，如圖4所示：

芯樣采用劈裂抗拉強(qiáng)度方法測(cè)定是否符合設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為符合下列條件之一時(shí)即可判為符合設(shè)計(jì)要求：①沿裂縫方向施加的劈力，其破壞應(yīng)發(fā)生在砼內(nèi)部，即內(nèi)聚破壞；②破壞雖有部分發(fā)生在裂縫界面上，但這部分破壞面積不大于破壞面總面積的15%。

圖4 灌漿后取芯強(qiáng)度檢測(cè)

6 裂縫處理效果評(píng)價(jià)

裂縫經(jīng)過(guò)高壓注漿處理，強(qiáng)度檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并張拉壓漿達(dá)到齡期后，隨即進(jìn)行梁的靜載試驗(yàn)，通過(guò)梁的靜載試驗(yàn)，從應(yīng)力、撓度和裂縫三個(gè)方面對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)其強(qiáng)度、剛度和抗裂性。經(jīng)過(guò)處理的單片梁承載能力達(dá)到了設(shè)計(jì)“正常使用狀態(tài)”的荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變關(guān)系對(duì)比曲線如圖5所示：

圖5 箱梁跨中底緣實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變關(guān)系對(duì)比曲線圖

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)施工過(guò)程的嚴(yán)格控制，最大限度地避免混凝土開(kāi)裂，對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的梁，特別是貫穿裂縫，采用化學(xué)材料灌漿進(jìn)行修補(bǔ)，經(jīng)處理后預(yù)制箱梁的單片粱承載能力達(dá)到了設(shè)計(jì)"正常使用狀態(tài)"的荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。本工程后續(xù)箱梁在施工中落實(shí)了各項(xiàng)施工預(yù)防措施，有效地防范了預(yù)制箱梁混凝土開(kāi)裂和后期處理工作量，獲得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]GB 50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTG/D 60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].