橋梁工程中混凝土裂縫控制與防止措施研究

荀小虎

摘要：在橋梁工程中混凝土裂縫一直是困擾相關(guān)技術(shù)人員的一大難題。隨著橋梁工程及其相關(guān)施工技術(shù)的不斷發(fā)展及進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁施工已逐漸成為了我國當(dāng)前橋梁工程中主流的施工方式。但是在T梁實(shí)際施工過程中，時常會因?yàn)榛炷罷梁截面不均勻收縮、結(jié)構(gòu)整體降溫、預(yù)應(yīng)力損失和結(jié)構(gòu)多余約束等不利因素的綜合作用，使混凝土T梁在腹板產(chǎn)生縱向、斜向或者豎向的裂縫，其中豎向裂縫最為常見。這就要求相關(guān)施工技術(shù)人員必須結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土T梁現(xiàn)實(shí)施工的具體情況，實(shí)施行之有效的管理措施，控制T梁裂縫病害。否則，隨著裂縫的發(fā)展，就會極大地減短T梁整體結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及安全事故。鑒于此，相關(guān)技術(shù)人員必須要重視預(yù)應(yīng)力混凝土T梁施工技術(shù)的研究，通過荷載試驗(yàn)有效檢測裂縫對結(jié)構(gòu)受力的響應(yīng)情況及橋梁的安全性，找出導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因，并制定針對性的處理方案加以解決，以真正提高T梁橋的質(zhì)量及安全性，推動我國橋梁事業(yè)實(shí)現(xiàn)更加快速穩(wěn)健的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：橋梁工程，混凝土，裂縫控制，防止措施

中圖分類號：U445.7+1?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2020）01-0053-06

Abstract：Concrete cracks in bridge engineering have always been a major problem for the relevant technical personnel. Under the background of continuous development and progress of bridge engineering and related construction technology，prestressed concrete T-beam construction has gradually become the mainstream construction method in China's current bridge engineering，but in the actual construction process of T-beam，due to the combined effects of uneven constriction of T-beam section，overall structural cooling，pre-stress loss and excessive??constraints on the structural，concrete T-beam has longitudinal，oblique or vertical cracks in the web，of which vertical cracks are the most common. This requires relevant construction technicians to implement effective management measures in accordance with the actual construction conditions of prestressed concrete T beams to control T beam cracks. Otherwise，as the crack develops，the service life of the T-beam overall structure will be greatly reduced，and even huge economic losses and safety accidents may be caused. In view of this，relevant technical personnel must increase the research on the construction technology of prestressed concrete T-beams，and effectively test the response of cracks to structural forces and the safety of bridges through load tests，find out the causes of cracks，and formulate the targeted treatment plan to solved them，so as to truly improve the quality and safety of the T-beam bridge and promote the faster and more stable development of the bridge industry in China.

Keywords：bridge engineering，concrete，crack control，preventive measures

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土T梁施工技術(shù)的發(fā)展，我國建設(shè)出的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋工程越來越多。但是由于混凝土材料本身特性的影響，裂縫問題也日益凸顯，比如在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的腹板部位時常會出現(xiàn)縱向、斜向及豎向的裂縫。其中豎向裂縫是最為常見的，而且預(yù)應(yīng)力混凝土T梁腹板豎向裂縫出現(xiàn)的時間并不固定，有可能在制梁場發(fā)生，有可能在吊裝后發(fā)生，有可能在運(yùn)營后不久發(fā)生。基于此，相關(guān)技術(shù)人員就T梁腹板豎向裂縫問題做了大量研究，但是目前已有研究大多都是著力于混凝土收縮及養(yǎng)護(hù)等方面的定性分析，缺乏實(shí)施具體荷載試驗(yàn)及量化計算分析。鑒于此，本文以松山大橋40 m T梁施工為背景，選擇其中一跨作為研究對象，實(shí)施了荷載試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析闡述了該T梁腹板豎向裂縫產(chǎn)生的原因及處理措施，以期為類似工程項(xiàng)目提供有價值的參考。

1?工程概況

松山大橋?yàn)檎w式路基，左右幅長度均為12.5 m。本橋平面分別位于直線A=900緩和曲線，縱面位于i=-3%。墩臺徑向布置。

松山大橋選用的是3×40 m+4×40 m+3×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)T梁。橋長408 m，包含樁基66根，承臺25座，系梁11根，墩柱29根（包含薄壁空心墩5根，門架墩2根，方柱墩10根），橋臺4個，蓋梁18座，預(yù)制40 m T梁100片。

松山大橋3號墩（如圖1、圖2所示）跨越上陳河及鄉(xiāng)道Y627。鄉(xiāng)道Y627規(guī)劃寬度為8.5 m，橋下凈空5.5 m。鄉(xiāng)道Y627兩側(cè)橋墩施工時應(yīng)布置安全及道路警示等標(biāo)志，同時在施工橋梁上部附屬結(jié)構(gòu)時做好防掉落措施，保證施工期間的行車安全及通行順暢。

2?裂縫情況概述

在本工程中T梁吊裝后不久，個別橋跨T梁腹板部位產(chǎn)生了豎向裂縫，且數(shù)量較多，大都分布在跨中周圍，其中大半部分梁體在腹板兩端產(chǎn)生了對稱且穿通梁底的貫穿性裂縫。每片梁的裂縫數(shù)量在8～20條左右，長度在0.2～1.3 m范圍內(nèi)，寬度為0.05～0.30 mm不等，其中寬度以0.2 mm左右居多。為了能夠清楚地掌握T梁腹板出現(xiàn)豎向裂縫的具體原因和給橋梁承載能力造成的影響情況，進(jìn)一步了解橋梁整體的質(zhì)量及安全性，選擇整個橋梁當(dāng)中一跨作為研究對象，實(shí)施了荷載試驗(yàn)，同時也檢測了裂縫在結(jié)構(gòu)受力時的響應(yīng)情況。本跨中個別梁體的裂縫分布情況如圖3所示。

3?靜載試驗(yàn)

對T梁實(shí)施靜載試驗(yàn)就是為了測出靜力荷載試驗(yàn)影響下T梁結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力情況，以準(zhǔn)確地掌握T梁結(jié)構(gòu)的剛度及強(qiáng)度等各項(xiàng)性能。同時也可有效地測出荷載試驗(yàn)中各部件控制截面的應(yīng)變、撓度及加載時裂縫的外觀變化情況。

3.1?測點(diǎn)布置和測試內(nèi)容

3.1.1?應(yīng)變測點(diǎn)

本次靜力荷載試驗(yàn)中測試所用的應(yīng)變計為鋼弦式混凝土表面應(yīng)變計，并將控制截面的應(yīng)變測點(diǎn)設(shè)置到了主梁跨中腹板下部的鋼筋形心部位，同時也從下到上增加了3個應(yīng)變片到1#、3#和5#梁的腹板一側(cè)（如圖4所示），以期提高應(yīng)變檢測值的精確性和有效性，并和理論計算值進(jìn)行了對比分析。

3.1.2?撓度測點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)中使用位移計來觀察和測量撓度測點(diǎn)，并往9片主梁跨中部位分別設(shè)置了一個位移計，同時也安置了位移計到1#、3#及5#梁的支點(diǎn)部位，共計6個。

3.1.3?裂縫觀測

為了準(zhǔn)確地驗(yàn)證裂縫受加載的影響，不管開始荷載試驗(yàn)前，還是加載期間，還是試驗(yàn)完畢后都實(shí)時認(rèn)真地觀察了T梁腹板兩邊的裂縫變化情況。

3.2?試驗(yàn)荷載與加裁工況

橋梁的跨中最大正彎矩處及支點(diǎn)最大剪力處屬于受力的薄弱點(diǎn)，在此次試驗(yàn)主要是針對跨中截面的最大正彎矩工況進(jìn)行觀測。試驗(yàn)中使用了4輛且車型類似的三軸載重車，這4輛車在裝載配重完成后總重量均達(dá)到了300 kN。為了保證此次靜載試驗(yàn)的荷載效率及試驗(yàn)效果都能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，綜合考慮了本橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)計算結(jié)果，在最不利位置以中載及偏載2種工況分別實(shí)施了加載，載位布置如圖5、圖6所示。

3.3?測試結(jié)果分析

3.3.1?截面撓度

依據(jù)中載和偏載2種工況荷載試驗(yàn)的實(shí)測結(jié)果，對結(jié)構(gòu)撓度值進(jìn)行了細(xì)致分析，如圖7、圖8及表1所示。

從表1中能夠得出，對稱荷載工況下截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到0.71，偏心荷載工況下截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到0.69。2種工況下?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)值均符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》內(nèi)規(guī)定的普通鋼筋混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)0.5～0.9標(biāo)準(zhǔn)，說明該橋符合設(shè)計荷載的要求。

3.3.2?截面應(yīng)力

依據(jù)中載和偏載2種工況荷載試驗(yàn)的實(shí)測結(jié)果，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力值進(jìn)行了細(xì)致分析，如圖9、圖10及表2所示。

從表2可以得出，對稱荷載工況下控制截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到0.77，偏心荷載工況下控制截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到0.79。2種工況下的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)值均符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》內(nèi)規(guī)定的普通鋼筋混凝土橋梁應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)0.4～0.8標(biāo)準(zhǔn)，說明該橋符合設(shè)計荷載的要求。

3.3.3?幾何尺寸與結(jié)構(gòu)抗裂性

經(jīng)過觀察和檢測試驗(yàn)中橋梁主要構(gòu)件的幾何尺寸得出，其幾何尺寸偏差都在設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。因?yàn)榱芽p是對混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久度進(jìn)行評估的重要指標(biāo)之一，所以試驗(yàn)前后都認(rèn)真檢查了結(jié)構(gòu)的各重點(diǎn)部位及控制截面。

在荷載試驗(yàn)中沒有新的裂縫產(chǎn)生，而原來的一些裂縫發(fā)生了不同程度的延展現(xiàn)象，但沒有破壞裂縫穩(wěn)定狀態(tài)。在去掉荷載之后，裂縫均恢復(fù)到原有狀態(tài)，而且回彈隨之減小，這表明T梁結(jié)構(gòu)均滿足彈性要求，而且原來的裂縫不是結(jié)構(gòu)性裂縫。通過荷載試驗(yàn)研究分析得出，本T梁結(jié)構(gòu)的抗裂性滿足設(shè)計及使用要求。

3.4?試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過在現(xiàn)場做荷載試驗(yàn)分析總結(jié)出幾點(diǎn)結(jié)論：1）加載過程中跨中最大撓度值是5.7 mm并出現(xiàn)于第5個T梁片的跨中區(qū)域，比允許的最大撓度值32.5 mm小得多。2）在加載過程中沒有新的裂縫產(chǎn)生，而原來的一些裂縫發(fā)生了不同程度的延展現(xiàn)象，但沒有破壞裂縫穩(wěn)定狀態(tài)。在去掉荷載之后，裂縫均恢復(fù)到原有狀態(tài)，而且回彈隨之減小，這表明T梁結(jié)構(gòu)均滿足彈性要求。由此可知，本工程中整個T梁結(jié)構(gòu)能夠正常投產(chǎn)運(yùn)營，但是運(yùn)營期間必須要加大裂縫寬度及延展情況的監(jiān)測，若有異常必須第一時間有效處理。另外，由于裂縫存在極易導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，進(jìn)而降低橋梁的耐久度，所以要對裂縫實(shí)施必要的處理，以確保鋼筋不被銹蝕。

4?裂縫成因分析

混凝土最大劣勢在于其抗拉性差，易出現(xiàn)裂縫問題。經(jīng)過荷載試驗(yàn)分析，并結(jié)合施工過程總結(jié)得出，本預(yù)應(yīng)力混凝土T梁腹板產(chǎn)生裂縫的原因主要是：T梁采用的是鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，針對混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作不到位，使得混凝土表面在凝結(jié)前水分流失太快，進(jìn)而出現(xiàn)收縮反應(yīng)，最終在T梁腹板兩邊形成了中部較寬、兩頭較窄且長短不一、互補(bǔ)相連的豎向棗核形塑性收縮裂縫。

5?裂縫的修補(bǔ)方案與效果

本工程中雖然T梁出現(xiàn)了很多裂縫，但是經(jīng)過荷載試驗(yàn)分析得出這些裂縫不是結(jié)構(gòu)性裂縫，對整體橋梁的安全性沒有影響。該T梁出現(xiàn)裂縫都是因混凝土受溫度及收縮作用而出現(xiàn)的，因此針對結(jié)構(gòu)實(shí)施加固處理是沒有必要的。但是為使得橋梁更好地滿足美觀及使用方面的要求，有必要有效修補(bǔ)好裂縫，這樣能避免鋼筋被銹蝕掉，并增強(qiáng)整個橋梁的可靠性及耐久度。具體修補(bǔ)方法如下。

5.1?表面封閉法

表面封閉法主要針對寬度在0.2 mm以下的裂縫進(jìn)行處理，從而可以達(dá)到有效阻隔水汽、空氣及化學(xué)物質(zhì)侵入梁體內(nèi)部的效果。實(shí)際操作方法如下：首先，在開始封閉施工前，利用鋼絲刷及時清理干凈裂縫表面的灰塵、浮渣和松散層等雜物，再利用酒精等有機(jī)溶劑順著裂縫的兩邊進(jìn)行擦洗且要確保整潔度。其次，完成裂縫清理工作后，先在裂縫兩邊各抹上一層環(huán)氧樹脂，再涂上一層比較薄的環(huán)氧樹脂膠泥，并把表面處理平整，提高封閉處理的密閉性。

5.2?環(huán)氧樹脂灌漿法

本工程中采用環(huán)氧樹脂灌漿法主要是處理寬度在0.2 mm以上的裂縫。所用材料是選擇JN-L粘度比較低的結(jié)構(gòu)灌縫膠和JN建筑結(jié)構(gòu)封縫膠這兩種改性環(huán)氧樹脂材料為主要材料，并選擇紅信HX-500單液高壓堵漏注漿機(jī)進(jìn)行注漿施工，同時按照先擴(kuò)縫，再騎縫鉆孔，再安注漿頭，再封縫，再注漿的順序進(jìn)行，具體如下。

5.2.1?擴(kuò)縫

擴(kuò)縫工作主要是通過金剛石切割片和打磨機(jī)一起完成，擴(kuò)縫的寬度和深度都是1 cm。如圖11所示。

5.2.2?騎縫鉆孔

順著裂縫鉆注漿孔，各孔間距為20 cm，直徑是1.4 cm，深度以不超注漿頭為宜。如圖12、圖13所示。

完成鉆孔施工后，先清理干凈孔里面的灰塵，再使用專業(yè)工具把注漿頭安置好。本工程所用的注漿頭管體上平均配置了4排出漿孔及有單向開關(guān)功能的發(fā)泡條，可以實(shí)現(xiàn)全斷面出漿且漿液不會倒流的效果，有效避免了漿液堵塞出漿孔的問題。如圖14所示。

5.2.3?封縫

使用JN結(jié)構(gòu)封縫膠進(jìn)行封縫作業(yè)，并在這期間要注意防止封縫膠堵住注漿頭。具體操作如圖15所示。

JN結(jié)構(gòu)封縫膠是由A、B兩類膠液按照100∶50的比例配置而成的。具體施工過程中，為減少膠液的不必要浪費(fèi)，根據(jù)設(shè)計配比稱質(zhì)量，通常配制一次會稱取A液0.6 kg、B液0.3 kg，堅持少量多次、用完再配的原則，在保證封縫質(zhì)量的同時，有效節(jié)省材料。

5.2.4?注漿

通常在封閉膠硬化24 h后，便可開始注漿施工。注漿液的配制：配制JN-L灌縫漿時，按A∶B=100∶40的標(biāo)準(zhǔn)配制，通常配制一次需稱取A液0.4 kg、B液0.16 kg。

注漿工藝：

把拌制均勻后的注漿液裝進(jìn)杯里，并把杯蓋擰嚴(yán)實(shí)，再把灌注牛油嘴放進(jìn)垃圾桶，打開電源，把管里的空氣和別的雜質(zhì)排出，待有漿液噴出后停止。接下來，把灌注牛油嘴和注漿頭對好，并用力插緊扶正，先打開灌注開關(guān)，再打開電源，再在裂縫中注進(jìn)配好的改性環(huán)氧樹脂灌縫料。待完成注漿作業(yè)后，要先關(guān)閉電源，再關(guān)閉灌注開關(guān)，再把牛油嘴拔出來，并要注意第一時間把注漿管及杯清洗干凈。

注漿順序：順著裂縫從下往上按順序完成注漿。

注漿壓力：注漿施工期間，壓力應(yīng)控制到3～5 MPa之間，本方案注漿施工期間選擇控制壓力為3.5 MPa，當(dāng)注漿壓力表指到3.5 MPa后，要及時停止注漿，并注意保持壓力5 min。

注漿時間：用注漿頭閥門控制注漿時間，待各注漿頭注漿時間達(dá)到3～5 min時，壓力表下降，說明漿液已注入裂縫中，完成注漿后要馬上使用酒精對管道及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行清洗。

施工注意事項(xiàng)：注漿期間，必須戴好手套、口罩及護(hù)目鏡等護(hù)具，防止注漿液粘到皮膚上，若不小心粘上注漿液，必須第一時間用水洗掉，而若是眼睛不小心接觸了該漿液，必須第一時間用清水沖洗，并到醫(yī)院進(jìn)一步處理。

5.2.5?工后處理

完成灌注壓漿作業(yè)之后，要及時使用環(huán)氧樹脂膠泥對灌漿部位進(jìn)行抹平處理，然后，再往各裂縫表面涂一層環(huán)氧樹脂水泥漿，提高封閉處理的密閉性，同時可以使得灌漿部位的顏色和橋梁混凝土顏色保持統(tǒng)一。

通過實(shí)施上述裂縫修補(bǔ)處理措施后，有效提高了本橋梁工程的美觀度、整體性及耐久性，確保本橋梁工程能更好地投入使用。

6?結(jié)論

本文以松山大橋?yàn)檠芯繉ο螅赥梁出現(xiàn)裂縫后，通過現(xiàn)場實(shí)施荷載試驗(yàn)有效地驗(yàn)證了本橋梁結(jié)構(gòu)的安全性及裂縫形成的原因，得出本橋梁雖然因混凝土早期養(yǎng)護(hù)不合理，使得混凝土表面在凝結(jié)前水分流失太快而出現(xiàn)收縮性裂縫，但是整體結(jié)構(gòu)滿足正常投產(chǎn)運(yùn)營的要求，可以投入使用，但是運(yùn)營期間要加大裂縫監(jiān)測工作，防止異?，F(xiàn)象發(fā)生。同時，為了避免因裂縫而發(fā)生鋼筋銹蝕，進(jìn)而降低整體橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，因此，以0.2 mm為標(biāo)準(zhǔn)，針對不同寬度的裂縫實(shí)施了不同的修補(bǔ)措施，最終有效提高了本橋梁工程的美觀度、整體性及耐久性，為該橋后期長久穩(wěn)定運(yùn)營奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彥.橋梁施工中出現(xiàn)橋梁裂縫的原因分析及施工措施[J].居舍，2019（3）：20.

[2]李錦旭.道路橋梁施工中的裂縫成因及防范對策研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2018，494（9）：164.

[3]畢輝.先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁裂縫分析與防治[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

[4]丁世明.預(yù)制T梁裂縫的形成原因分析及預(yù)防措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018，394（20）：144-147.

[5]王文芳，杲斐.混凝土T梁裂縫特征及精細(xì)分類處理研究[J].公路，2018（7）：189-192.

[6]丁新榜，胡利平.預(yù)制T梁早期裂縫的成因分析與預(yù)防措施[J].廣東公路交通，2017（2）：42-45.

[7]羅慧剛.梁端斜裂縫對重載鐵路32 m跨度簡支T梁受力性能影響研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，30（4）：12-19.

[8]賴龍輝，陳展華，謝棟明.某梁橋靜動載試驗(yàn)與加固方法[J].四川水泥，2018（8）：62，10.

[9]張國輝，李大茂，謝峻，等.預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋腹板豎向裂縫成因分析與處治[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017（1）：18-20.

[10]謝峻，潘寶林，周毅姝.截面收縮徐變非一致性分布與T梁橋腹板豎向開裂的時變相關(guān)性[J].公路交通科技，2017，34（11）：83-87，113.

[11]羅俊，王琛.預(yù)制T梁梁端裂縫成因檢測分析[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，35（4）：16-19.