寒冷地區(qū)A類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁豎向裂縫成因淺析

李亞利 魏建華 劉大鵬

（中交遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司1） 河北石家莊 050035 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院2) 河北石家莊 050035）

1 概 述

在多年的高速公路橋梁檢查與養(yǎng)護(hù)設(shè)計工作過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)A類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁存在豎向裂縫的情況?！豆窐蚝B(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11）和《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》（JTG /T J21）中明確說明：A類預(yù)應(yīng)力混凝土梁不容許有梁體豎向裂縫。因此，準(zhǔn)確分析A類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁豎向裂縫產(chǎn)生的原因至關(guān)重要，可以為該類橋梁裂縫的檢測、養(yǎng)護(hù)和維修提供技術(shù)依據(jù)。

本文以承德市某高速公路為例，對A類預(yù)應(yīng)力混凝土T梁豎向裂縫的成因進(jìn)行分析。該高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為全立交、全封閉、雙向四車道，橋梁設(shè)計荷載等級為汽－超20級，掛－120，設(shè)計行車速度80公里/小時，2009年9月27日全線通車。通過查閱全國氣候分布圖，該地區(qū)屬寒冷地區(qū)。冬季寒冷干燥，夏季溫和多雨，春季干燥多風(fēng)，秋季晝夜溫差大。年平均氣溫7.7℃，極端最低氣溫為-29.9℃，極端最高氣溫為38℃，晝夜溫差較大在10°～20°，特別是陰坡更為明顯。無霜期150天，最大凍土深度1.5m。

2 裂縫檢查結(jié)果

該高速公路上共有57座大橋，上部結(jié)構(gòu)形式均為A類預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，跨徑分為25m、30m兩種。其中30mT梁26座，25mT梁31座。

（1）豎向裂縫主要集中在30mT梁，部分25mT梁也存在。

根據(jù)橋梁定期檢查結(jié)果，對有豎縫的橋梁數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)豎縫的橋梁共計21座，占T梁橋總數(shù)的36.8%。其中，25mT梁橋有31座，有豎縫的有8座，占25mT梁橋總數(shù)的25.8%。30mT梁橋有26座，有豎縫的有13座，占30mT梁橋總數(shù)的50.0%。見表1所示。對有豎縫T梁的數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計，有豎縫的T梁共計117片，占T梁總數(shù)的14.3%。其中，25mT梁265片，有豎縫的有24片，占25mT梁總數(shù)的9.1%。30mT梁555片，有豎縫的有93片，占30mT梁總數(shù)的16.8%。如表2所示。

表1 有豎縫的T梁橋數(shù)量統(tǒng)計表

表2 有豎縫的T梁數(shù)量統(tǒng)計表

（2）豎縫主要是集中在跨中附近的T梁腹板，部分開裂至T梁馬蹄側(cè)面。豎縫在梁肋內(nèi)外兩側(cè)大致對稱分布。

（3）裂縫寬度一般小于等于0.1mm，少量大于0.1mm但小于0.15mm。且沿裂縫走向?qū)挾然疽恢隆?/p>

（4）根據(jù)歷年橋梁的定期檢查結(jié)果，比較分析后發(fā)現(xiàn)豎縫長度和寬度未發(fā)展，但部分裂縫新發(fā)現(xiàn)有開合掉角痕跡。

裂縫典型照片如圖1所示。

圖1 典型T梁豎向裂縫照片

3 裂縫主要成因分析

3.1 溫差作用

溫差包括大氣溫差和梁體內(nèi)外溫差兩種，都會在混凝土表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。由于溫差引起的最大拉應(yīng)力在中間，如其超過抗拉強(qiáng)度，則混凝土出現(xiàn)開裂，于是應(yīng)力重分布，而應(yīng)力分布后的梁段最大拉應(yīng)力仍然在開裂后的每段中部出現(xiàn)，當(dāng)其仍超過抗拉強(qiáng)度時，又將第二次出現(xiàn)裂縫，如此下去，均從中間開裂，一直到中間最大拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，裂縫便穩(wěn)定，不再增加。如圖2所示。

圖2 溫度應(yīng)力及裂縫分布示意圖

T梁上部翼板和下部馬蹄配筋密集，約束剛度大，腹板截面厚度小、配筋少、表面約束小，梁體在溫差等因素作用下，腹板處易先出現(xiàn)豎向裂縫。如果馬蹄處存在混凝土缺陷、預(yù)應(yīng)力度低等也會產(chǎn)生裂縫。

T梁溫度應(yīng)力產(chǎn)生的豎向裂縫主要有以下幾種形態(tài)：（1）該裂縫具有規(guī)律性，它們一般沿跨長方向分布，間距一般相等。（2）一般分布在跨中、兩個橫隔板之間等區(qū)域。（3）裂縫分布在梁肋，呈等寬。主要出現(xiàn)在腹板，部分裂縫會出現(xiàn)在馬蹄倒角甚至馬蹄側(cè)面，極少量在馬蹄底面。

該高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁豎縫基本滿足上述形態(tài)，因此可推斷溫差作用是豎縫產(chǎn)生的主要原因之一。

3.2 設(shè)計原因

該高速公路設(shè)計年代較早，當(dāng)時的T梁設(shè)計參數(shù)與按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計參數(shù)相比，在荷載標(biāo)準(zhǔn)、截面尺寸、配筋、結(jié)構(gòu)計算方法等方面均存在一定薄弱環(huán)節(jié)。這些因素均可能導(dǎo)致T梁產(chǎn)生豎向裂縫。筆者將不同設(shè)計年代、相同橋面寬度、相同跨徑的預(yù)應(yīng)力A類混凝土T梁主要設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了對比，如表3所示。

3.3 其他原因

施工原因：（1）過早張拉預(yù)應(yīng)力，不僅會造成應(yīng)力損失，而且會使構(gòu)件產(chǎn)生微裂縫，降低抗裂性能。（2）保護(hù)層厚度可能不均勻或局部不滿足要求。（3）T梁截面小，配筋率高，若施工不當(dāng)易造成該處混凝土密實性存在缺陷。

目前重載車輛數(shù)量多，通行頻率高，重荷載反復(fù)對橋梁作用，T梁可能在重載、溫度等作用的偶然組合下出現(xiàn)豎向裂縫。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)定期檢查結(jié)果和裂縫成因分析，初步判斷裂縫不是結(jié)構(gòu)性受力裂縫，裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展與溫差作用、原設(shè)計偏弱、施工不當(dāng)、重荷載通行等原因的一種或多種組合有關(guān)。由于定期檢查難以判明裂縫深度、準(zhǔn)確成因及其對橋梁承載能力的影響程度，建議對橋梁進(jìn)行特殊檢查。特殊檢查內(nèi)容包括：（1）裂縫深度檢測。（2）材質(zhì)參數(shù)檢測。包括混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、碳化深度、鋼筋銹蝕、混凝土密實性等。（3）建議選擇典型橋梁進(jìn)行靜載試驗。（4）根據(jù)特殊檢查結(jié)果對橋梁進(jìn)行承載能力檢算。（5）對豎縫進(jìn)行專項處治設(shè)計。

表3 預(yù)應(yīng)力A類混凝土T梁主要設(shè)計參數(shù)對比表