空心板梁縱向裂縫耐久性修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

文 / 昆山市公路事業(yè)發(fā)展中心 孫超

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋作為一種常見的公路橋梁結(jié)構(gòu)，普遍存在底板縱向裂縫。本文基于結(jié)構(gòu)耐久性考慮，對(duì)在普通國省道橋梁中應(yīng)用的空心板梁縱向裂縫特種處理技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了技術(shù)科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)適用性。最后，為該類型橋梁在普通國省道橋梁養(yǎng)護(hù)管理提出了建議。

概述

預(yù)應(yīng)力空心板梁橋是一種常見的公路橋梁結(jié)構(gòu)形式，一般在固定的臺(tái)座上綁扎鋼筋，澆筑混凝土，采用先張法施加預(yù)應(yīng)力。由于其可采用工廠規(guī)?；念A(yù)制，采用吊裝的形式進(jìn)行安裝，成橋速度快，因此在我國有著十分廣泛的應(yīng)用。以江蘇省為例，高速公路及國省道單孔跨徑在10-20 米范圍內(nèi)的橋梁，90%采用該種結(jié)構(gòu)形式。

病害成因分析

常見病害類型與成因簡(jiǎn)析

預(yù)應(yīng)力空心板梁常見的病害有橫向裂縫、縱向裂縫、腹板斜裂縫、鉸縫滲水、支座脫空變形等。橫向裂縫主要是由于承載能力衰減、超載等造成，多位于底板跨中。縱向裂縫由于底板厚度不足、放張后預(yù)應(yīng)力筋泊松效應(yīng)、振搗不良等造成，多位于底板沿預(yù)應(yīng)力筋方向發(fā)展。斜裂縫多位于腹板，由于早期配筋設(shè)計(jì)不合理，抗剪能力不足造成。鉸縫滲水則由于縫鋼筋未交叉綁扎好，鉸縫混凝土質(zhì)量差造成。支座脫空多由于支座受力不均、標(biāo)高不在同一平面造成。

上述類型病害中，縱向裂縫的問題最為常見，但該病害卻經(jīng)常被忽視，或者采用錯(cuò)誤的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

預(yù)應(yīng)力空心板梁底板縱向裂縫成因分析及危害

根據(jù)王成明、劉其偉、李捷等的研究成果表明，預(yù)應(yīng)力空心板梁底板縱向裂縫發(fā)生的原因主要是設(shè)計(jì)方面為滿足減少預(yù)制梁數(shù)、壓縮施工工期、降低工程造價(jià)等要求，常采用寬幅預(yù)應(yīng)力空心板的結(jié)構(gòu)形式，減薄底板、腹板和頂板的厚度，這勢(shì)必會(huì)造成空心板壁板偏薄，致使剛度偏小進(jìn)而出現(xiàn)較大的畸變應(yīng)力，它是導(dǎo)致底板縱向開裂的重要原因之一。

在施工過程中，由于在混凝土澆筑時(shí)，芯膜位置正下方的混凝土難以振搗密實(shí)，該部位混凝土質(zhì)量通常較差，如圖1 所示。當(dāng)鋼絞線放張時(shí)，由于存在泊松效應(yīng)，底板混凝土縱向受壓縮后將產(chǎn)生橫向受拉變形，各類不利因素疊加導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。

縱向裂縫一旦產(chǎn)生，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生極為不利的影響。通常表現(xiàn)在雨水經(jīng)梁端流入空心板梁內(nèi)腔，沿裂縫不斷向下滲漏，導(dǎo)致鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，承載能力不斷衰減，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成預(yù)應(yīng)力筋斷裂，預(yù)應(yīng)力體系失效，斷板等問題。

基于耐久性修復(fù)的底板縱向裂縫處理技術(shù)

常規(guī)處理方法

底板縱向裂縫病害常見的處理方案包括：表面封閉、壓力注漿封閉、粘貼碳纖維布或鋼板加固、橫向張拉體外預(yù)應(yīng)力束等。表面封閉、壓力注漿封閉通常僅能封閉裂縫表面，不能阻止腔內(nèi)積水的進(jìn)入和下滲。粘貼碳纖維布和鋼板這一類型的加固，主要作用是補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性并無提升；而橫向張拉預(yù)應(yīng)力束提高的是橫向抗彎能力，并且施工復(fù)雜，代價(jià)極高，也無法解決耐久性問題。

基于耐久性修復(fù)的底板縱向裂縫處理技術(shù)

基于耐久性修復(fù)的考慮，針對(duì)空心板梁的底板縱向裂縫適合采用腔內(nèi)注漿技術(shù)。該技術(shù)的主要工藝是在空心板梁底板上鉆孔，采用灌漿設(shè)備向腔內(nèi)灌注水泥基灌漿材料，通過灌漿料補(bǔ)償?shù)装宓暮穸龋采w住裂縫表面，并將可能裸露在外的鋼絞線有效包裹，從源頭上封閉腔內(nèi)積水向裂縫內(nèi)滲透的通道，防止空氣中水蒸氣、有害介質(zhì)等進(jìn)入裂縫內(nèi)部造成鋼筋和鋼絞線的銹蝕，從而提高空心板梁橋結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。技術(shù)原理如圖2所示。

工程應(yīng)用情況

結(jié)構(gòu)概況

中古塘橋位于S339 省道昆山段，橋跨結(jié)構(gòu)由13m+20m+13m 的三跨簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力空心板梁組成。根據(jù)定期檢測(cè)結(jié)果，該橋的空心板梁普遍存在底板縱向裂縫，且部分已經(jīng)滲水析白，病害嚴(yán)重。因此，養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)中采用了上述的腔內(nèi)灌漿處理技術(shù)。

施工過程

（1）施工前，首先在梁端、跨中等位置鉆孔。腔內(nèi)積水排除后，用清水將量體內(nèi)部進(jìn)一步清洗干凈，使用內(nèi)窺鏡，深入腔內(nèi)檢查，檢查內(nèi)容包括：腔內(nèi)有無鋼筋或鋼絞線外露、底板厚度、界面清洗潔凈程度、鋼筋銹蝕程度等。

（2）檢查完畢，根據(jù)底板厚度、縱坡等要素，確定灌漿參數(shù)，隨后安裝注漿嘴與出漿嘴，按照預(yù)定灌漿壓力開始灌漿，待出漿口出現(xiàn)終止標(biāo)志后，隨即停止灌漿，封堵注漿嘴和出漿嘴。

（3）待灌漿材料初凝后，將注漿管清空，向下拉至合適位置，使之成為排水孔。隨后即可開始進(jìn)行裂縫表面封閉作業(yè)，采用常規(guī)的結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行裂縫表面的封閉和涂裝。

技術(shù)科學(xué)性與經(jīng)濟(jì)適用性分析

技術(shù)科學(xué)性分析

該技術(shù)基于結(jié)構(gòu)耐久性考慮，是唯一能夠徹底解決空心板梁縱向裂縫的方法。分析病害成因可知，裂縫產(chǎn)生后，雨水滲流路線為腔內(nèi)經(jīng)裂縫向底板滲透，極易引起鋼筋、鋼絞線的銹蝕。同時(shí)，由于底板厚度不足，鋼筋保護(hù)層厚度嚴(yán)重不足，甚至裸露在外，因此加速了鋼筋銹蝕和結(jié)構(gòu)承載能力的衰減。因此，腔內(nèi)注漿徹底封住了雨水向底板滲透的路線，同時(shí)補(bǔ)足了底板厚度，加大了保護(hù)層厚度，極大提升了結(jié)構(gòu)的耐久性，

經(jīng)濟(jì)適用性分析

從經(jīng)濟(jì)適用性方面，該技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)其造價(jià)測(cè)算，縱坡較小時(shí)，造價(jià)為700-800元/米，縱坡較大時(shí)，造價(jià)約為：1000-1500 元/米。與其他各類技術(shù)方案的造價(jià)對(duì)比如表1所示。

對(duì)比上述各種方法，在經(jīng)濟(jì)性上，腔內(nèi)注漿技術(shù)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，在徹底解決耐久性問題的同時(shí)，造價(jià)較為低廉，且無需中斷交通，施工方便，具有較高的推廣價(jià)值。

結(jié)論與建議

本文根據(jù)公路預(yù)應(yīng)力空心板梁的底板縱向裂縫病害，分析了其成因，結(jié)合具體的工程應(yīng)用，基于耐久性修復(fù)的角度考慮，對(duì)該方法的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

（1）預(yù)應(yīng)力空心板梁底板縱向裂縫主要影響的是橋梁耐久性，通常易被忽略，長(zhǎng)期危害極大。（2）腔內(nèi)注漿技術(shù)基于耐久性修復(fù)的考慮，能夠徹底解決縱向裂縫問題，排除腔內(nèi)技術(shù)，補(bǔ)償?shù)装搴穸?，包裹裸露鋼絞線。（3）該方法與其他方案對(duì)比，對(duì)病害根源的把握更為科學(xué)，解決病害徹底。（4）對(duì)比常見的幾類處置方法，該方法造價(jià)較低，施工工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

綜上，基于目前的分析，腔內(nèi)注漿技術(shù)是解決預(yù)應(yīng)力空心板梁底板縱向裂縫這一耐久性問題的最優(yōu)解，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。