基于裝配式PC 小箱梁的腹板開裂及加固方法研究

向錢均

（中交二航局，重慶410071）

國(guó)道109 線那曲至拉薩公路改建工程（那曲至羊八井段）是西藏自治區(qū)“三縱、二橫、六通道”公路網(wǎng)的核心骨架路段，國(guó)道109 線那曲至拉薩公路改建工程（那曲至羊八井段）是西藏自治區(qū)“三縱、二橫、六通道”公路網(wǎng)的核心骨架路段，項(xiàng)目線路全長(zhǎng)9.7km，樁號(hào)K3690+000～K3699+700，其中橋梁工程長(zhǎng)5.7km，路基長(zhǎng)4km。橋梁上構(gòu)采用裝配式20m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁，共計(jì)2264 榀。

經(jīng)實(shí)測(cè)，檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)50 條裂縫，寬度介于0.1～0.2mm 的裂縫共有23 條，寬度δ≥0.2mm 的裂縫共有27 條，最大裂縫寬度為0.30mm。裂縫主要分布在腹板跨中處10m 范圍內(nèi)，裂縫靠近梁底沿腹板水平方向分布，裂縫為受彎裂縫，周邊附有白色物質(zhì)，為保證工程建設(shè)安全及箱梁的使用，本文將對(duì)腹板裂縫進(jìn)行分析，并提出有效可行的加固措施。

1 腹板裂縫

1.1 裂縫成因

一般而言，影響箱梁腹板開裂的主要因素有：（1）箱梁腹板的厚度。目前，高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)促進(jìn)了大跨徑連續(xù)梁的發(fā)展。在設(shè)計(jì)中，砼的強(qiáng)度提高意味在保證原有剛度的情況下，可以通過減小箱梁整體的腹板厚度來減輕結(jié)構(gòu)自重，但是由于箱梁腹板的主要作用是承受剪力，而過于單薄的腹板會(huì)導(dǎo)致箱梁的抗剪能力下降，容易使腹板受剪破壞，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。而且高強(qiáng)混凝土材料本身是一種復(fù)合材料，材料本身的不均勻以及在施工中攪拌、振搗等工序都會(huì)產(chǎn)生一些問題，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。在運(yùn)營(yíng)過程中，橋梁隨著混凝土的收縮徐變的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力重分布，也會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。通常箱梁腹板的設(shè)計(jì)厚度是變化的，所以剪力滯效應(yīng)以及因承受偏心荷載而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)和畸變的影響也隨之變化，因此，腹板受力變得更加復(fù)雜，腹板的承載能力也直接與腹板的厚度相關(guān)。（2）非預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置方式。非預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置方式會(huì)對(duì)腹板的受力產(chǎn)生一定的影響，雖然箱梁豎向抗剪能力大部分由豎向預(yù)應(yīng)力筋來承擔(dān)，但是非預(yù)應(yīng)力鋼筋不合理的布置或者配筋率未達(dá)到要求也會(huì)導(dǎo)致腹板開裂，在配筋率相同的條件下，裂縫的寬度隨著鋼筋直徑、間距以及混凝土的保護(hù)層厚度的增大而增大；腹板裂縫的開展同樣可以采用在腹板表面合理布置防裂鋼筋網(wǎng)進(jìn)行有效控制。（3）溫度的變化。由于橋梁結(jié)構(gòu)一直處于自然環(huán)境下，橋梁混凝土的溫度隨著環(huán)境溫度的變化而變化，但整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度變化并不相同。由于混凝土是在熱傳導(dǎo)方面比較差的材料，尤其是對(duì)于最小邊長(zhǎng)大于50cm 的混凝土構(gòu)件，其內(nèi)部溫度一般變化很小，但是外部溫度變化幅值較大，進(jìn)而混凝土的內(nèi)外溫差使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了溫度自應(yīng)力和溫度次內(nèi)力，共同作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不利的影響。（4）混凝土收縮、徐變。一般由于收縮影響產(chǎn)生的裂縫都在早期施工期間就形成了。徐變是混凝土結(jié)構(gòu)在荷載長(zhǎng)期作用下自身內(nèi)部的微顆?？障吨械挠坞x水毛細(xì)作用析出并蒸發(fā)，進(jìn)而引起混凝土體積縮小的現(xiàn)象，這種彈性變形與時(shí)間密切相關(guān)?；炷辽献饔玫暮奢d與其徐變產(chǎn)生的應(yīng)變成比例關(guān)系，在作用效應(yīng)相同的條件下，低強(qiáng)度混凝土產(chǎn)生的徐變要比高強(qiáng)度混凝土產(chǎn)生的徐變更大。徐變作為引起預(yù)應(yīng)力損失的一個(gè)主要影響因素，對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁橋的影響頗大，因此收縮徐變隨著結(jié)構(gòu)服役的時(shí)間增加，其影響將會(huì)越來越顯著，不僅會(huì)引起內(nèi)力重分布，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，而且可能會(huì)在部分區(qū)域產(chǎn)生裂縫。

1.2 腹板開裂原因

與本文中開裂情況比較分析，并結(jié)合實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：（1）裂縫周邊白色物質(zhì)為氫氧化鈣，屬裂縫開裂后砼與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物，經(jīng)通道，從裂縫中滲出。（2）本文中的腹板裂縫并非出現(xiàn)在梁廠每一片梁上，裂寬較小，方向?yàn)樗椒较?，根?jù)分析為混凝土收縮、徐變不均勻及溫度的影響導(dǎo)致了裂縫產(chǎn)生。

綜上，本文中的腹板裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小，為保證其耐久性，需對(duì)其采取有效的加固措施。

2 加固方法

在建造之前，請(qǐng)對(duì)裂縫進(jìn)行徹底檢查，對(duì)裂縫的長(zhǎng)度，寬度，數(shù)量等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，對(duì)裂縫進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)行記錄并繪制裂縫分布圖。

2.1 對(duì)寬度小于0.20mm 的裂縫進(jìn)行封閉處理

（1）首先切割大約5mm 深和10-20mm 寬的V 型槽。凹槽的表面應(yīng)盡可能光滑。（2）用鋼絲刷或竹刷清潔接縫，洗凈碎石，用空氣管吹凈接縫中的石灰砂，并用紅外燈干燥混凝土表面。裂縫應(yīng)使用丙酮或二甲苯基紗線（紗線末端）（請(qǐng)勿用清水清潔）擦洗，以去除儲(chǔ)罐混凝土表面的灰塵和油漬。（3）在裂縫周圍涂一層環(huán)氧漿料，如果裂縫較深，則可以沿垂直方向靜注；可以將環(huán)氧樹脂漿料注入0.5mm 的裂縫中。用約1mm 厚，20～30mm 寬的小刮鏟將密封劑拉到裂縫上。使用膠水時(shí)，應(yīng)防止小孔和氣泡，并應(yīng)均勻刮擦以確保可靠的密封。（4）最后涂上環(huán)氧砂漿，并用刮鏟將其保持與原始混凝土相同的平面。可用于固化環(huán)氧樹脂。在維護(hù)過程中，結(jié)構(gòu)應(yīng)不受地震或濕氣影響，以確保維修質(zhì)量。

2.2 對(duì)寬度大于0.20mm 的裂縫進(jìn)行清縫灌漿處理

（1）填充材料。用于灌漿的環(huán)氧樹脂粘合劑是成品粘合劑。灌縫施工用環(huán)氧膠應(yīng)采用成品膠，其各項(xiàng)基本性能指標(biāo)應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90）的要求，并且不低于《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（送審稿2004.8）中關(guān)于裂縫注漿基本性能指標(biāo)的要求。灌縫施工工藝是參照中科院大連化學(xué)物理研究所及遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院合作研制開發(fā)的JGN-GS-II 型建筑結(jié)構(gòu)灌縫粘合劑設(shè)計(jì)。（2）清縫處理。①使用鋼絲刷沿裂縫方向清潔表面混凝土，其范圍為30-50mm，尤其是去除灌漿基層粘合表面周圍的油漬。②使用錘子和鋼纖維清除裂紋兩側(cè)的浮渣和灰塵，使組件表面光滑，使用鼓風(fēng)機(jī)清潔裂紋，并防止灰燼堵塞間隙。③用一塊略濕的布除去表面的灰塵，然后徹底干燥。使用丙酮去除表面上的油漬。如果裂縫內(nèi)部潮濕，請(qǐng)等待其完全干燥。如有必要，請(qǐng)使用風(fēng)扇使其干燥。裂縫被堵塞了。（3）粘合劑注漿噴嘴，密封裂紋。①準(zhǔn)備密封膠，攪拌均勻，用刮鏟在注漿噴嘴底面的四個(gè)側(cè)面上刮一點(diǎn)膠進(jìn)入閥座，并適當(dāng)向下按壓底座，使底部的粘性膠溢出，并蓋上灌漿基座的邊緣，以便將注入座固定并壓實(shí)在混凝土上。②注漿噴嘴沿接縫排列，間距為200-300mm。注漿噴嘴應(yīng)安裝在裂縫分叉處，寬裂縫處和末端處。每個(gè)裂縫應(yīng)至少配備一個(gè)注漿噴嘴，注漿噴嘴和排氣噴嘴。③使用環(huán)氧水泥封閉裂縫，并在灌漿前逐一檢查灌漿噴嘴的連通性和裂縫的密封效果，即進(jìn)行滲漏測(cè)試。當(dāng)密封膠具有一定強(qiáng)度時(shí)，需要進(jìn)行泄漏測(cè)試。在泄漏測(cè)試的前端，在裂縫處涂一層肥皂水，然后通過注漿噴嘴壓入壓縮空氣。修理并密封泄漏點(diǎn)處的泄漏點(diǎn)；為防止灌漿泄漏，密封膠的寬度應(yīng)為20-30mm，厚度以2mm 為宜。④密封完成后，讓密封劑自然固化，并在固化過程中禁止其與水接觸。固化時(shí)間：約12 小時(shí)（20℃），6 小時(shí)（30℃）。（4）壓力注漿。①注漿施工應(yīng)在產(chǎn)品規(guī)定的溫度下進(jìn)行，各種材料應(yīng)按要求存放，避免日曬雨淋。②裂縫的填充順序：垂直縫必須從下到上，平縫可以從一端到另一端一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行。③灌漿壓力應(yīng)約為0.3MPa。當(dāng)進(jìn)料速度低于0.1L/min 時(shí)，繼續(xù)澆注5min 并停止灌漿。④填滿所有間隙后，應(yīng)根據(jù)材料要求對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。水泥固化后，應(yīng)除去注漿噴嘴和支撐材料，并修復(fù)混凝土表面。⑤膠水達(dá)到強(qiáng)度后，將注入器安裝在注入座上，并在中等壓力下注入膠水。如果進(jìn)樣器在膨脹后迅速收縮，則意味著間隙中的空間很大，需要重新填充。當(dāng)橡膠管充滿膨脹時(shí)，停止注射。⑥用丙酮清潔注射工具。⑦注入材料的固化通過用手直接與模具接觸來檢查材料的硬化程度，并在硬化后將注漿噴嘴擊落。⑧當(dāng)修補(bǔ)膠達(dá)到7d 的固化周期時(shí)，可以通過巖心取樣和超聲波檢測(cè)來檢查填縫效果。

3 結(jié)論與建議

裝配式小箱梁在橋梁快速化建設(shè)中占有舉足輕重的地位，如何保證結(jié)構(gòu)的耐久性和結(jié)構(gòu)的承載能力是保證橋梁快速化建設(shè)的關(guān)鍵。裝配化施工中，梁的建設(shè)需控制溫度、濕度、收縮徐變的影響；產(chǎn)生裂縫后，需及時(shí)處理，防止裂縫的擴(kuò)展。

通過對(duì)西藏某梁廠中部分小箱梁的腹板裂縫進(jìn)行分析，判斷裂縫為梁在建設(shè)過程中混凝土收縮徐變及溫度影響下產(chǎn)生，并提出有效可行的加固措施，保證了小箱梁的安全使用和耐久性。