預(yù)制梁裂縫檢測與處理措施研究

周保鋒

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

近年來，我國公路橋梁的建設(shè)數(shù)量日益增多，由于設(shè)計、施工、養(yǎng)護等各方面的原因，一些橋梁出現(xiàn)裂縫問題，不僅影響橋梁的美觀程度，還會對其結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成影響。因此，為有效保證橋梁的建設(shè)質(zhì)量，確保公路工程的安全性，應(yīng)加強對橋梁裂縫的研究，同時利用荷載檢測技術(shù)對梁體進行試驗分析，確定梁體的性能。

1 工程概況

某橋梁工程設(shè)計全長362.8m，共分為13跨，每跨的長度設(shè)計為22.4m，橋梁整體結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩、混凝土蓋梁以及輕型橋臺，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，設(shè)計為先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式。為保證施工質(zhì)量和施工周期，本次施工梁體采用預(yù)制施工技術(shù)，在箱梁預(yù)制施工后，發(fā)現(xiàn)部分梁體出現(xiàn)裂縫問題。為確保橋梁整體質(zhì)量，要求對其裂縫情況進行分析，并采用荷載試驗確定梁體性能，同時對裂縫位置進行修復(fù)處理，本文對此進行分析。

2 橋梁裂縫類型

2.1 收縮裂縫

預(yù)制梁的梁體混凝土強度形成過程中，混凝土中的水和水泥顆粒會結(jié)合在一起，從而減少混凝土的體積，此過程稱為凝縮，而混凝土中的水分蒸發(fā)使其體積縮小，此過程稱為干縮。如在混凝土強度形成中因水分蒸發(fā)的干縮問題嚴重，則混凝土表面的干燥會向結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)展，使混凝土內(nèi)部形成含水梯度，出現(xiàn)混凝土表面收縮大、內(nèi)部收縮小的問題。在內(nèi)外收縮差產(chǎn)生的應(yīng)力下，若不能采取有效的措施進行預(yù)防，易使梁體混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫，從而影響工程質(zhì)量。

2.2 溫度裂縫

混凝土中的主要原材料為水泥，而水泥在混凝土強度形成的過程中，會與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，同時在陽光照射、大氣及外界環(huán)境溫度的作用下，引起梁體溫度變化，形成溫度應(yīng)力，如溫度應(yīng)力的大小超過混凝土的抗拉強度時，則橋梁就會因此產(chǎn)生溫度裂縫。橋梁形成的溫度裂縫有多種形式：①梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)部水熱化反應(yīng)釋放熱量，而外部的散熱措施不當(dāng)，造成內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫[1]；②梁體養(yǎng)護措施不當(dāng)，造成外界溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力附加于梁體上形成裂縫；③混凝土澆筑分層施工，新舊混凝土接觸時由于溫度差使梁體接縫面出現(xiàn)裂縫。

2.3 彎曲裂縫

預(yù)制梁施工時，混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉均在預(yù)制場內(nèi)完成。在預(yù)應(yīng)力張拉階段，若不能精確把控應(yīng)力大小，使實際的應(yīng)力過大或過小，都會對梁體結(jié)構(gòu)造成損傷，如張拉后的實際應(yīng)力過大，則會造成梁體結(jié)構(gòu)反向開裂，如張拉后的實際應(yīng)力過小，則無法滿足設(shè)計要求，在長期荷載的作用下會致使橋梁開裂，無論因哪種情況產(chǎn)生的裂縫均稱為彎曲裂縫。

3 橋梁裂縫檢測方法

3.1 梁端截面檢測

為明確本工程裂縫的實際情況，在進行荷載試驗前組織施工人員對梁端截面裂縫進行了檢測，本次檢測主要采用內(nèi)窺鏡和超聲層析成像法相結(jié)合的方式。檢測時先利用內(nèi)窺鏡法對梁段存在的裂縫進行勘察、拍照記錄，再安排人員用鋼尺仔細測量裂縫的長度、尺寸，明確裂縫的情況，最后利用超聲層析成像法對裂縫的情況進行復(fù)測及定位。結(jié)合工程實際情況，檢測位置主要布設(shè)于距離梁端2～3m的區(qū)域，每間隔0.1m垂直布線檢測一次，經(jīng)檢測得知，存在梁端截面裂縫的梁體結(jié)構(gòu)約占梁體總數(shù)的30%[2]。

3.2 預(yù)制梁無損檢測

在預(yù)制梁體結(jié)構(gòu)裂縫檢測時，為避免對梁體結(jié)構(gòu)造成實質(zhì)性的損傷，本次檢測主要采用超聲波無損檢測技術(shù)。即利用檢測設(shè)備向梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射超聲波，當(dāng)發(fā)射波進入梁體結(jié)構(gòu)后，若存在裂縫問題，則超聲波的傳遞介質(zhì)會發(fā)生變化，導(dǎo)致其出現(xiàn)反射現(xiàn)象，經(jīng)反射后的超聲波由檢測設(shè)備接收，并由專業(yè)人員分析反射波的形態(tài)，最終判斷梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫情況。針對預(yù)制梁表面的裂縫，則直接采用目測法，通過專業(yè)人員仔細觀察和測量，確定裂縫的情況，經(jīng)檢測預(yù)制梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在裂縫問題的約占梁體總數(shù)的16%，預(yù)制梁表面存在問題的約占梁體總數(shù)的42%。

4 荷載試驗檢測

4.1 試驗?zāi)康?/h3>

經(jīng)上述裂縫檢測之后，為確保預(yù)制梁的使用安全，養(yǎng)護單位組織人員對橋梁進行了荷載試驗。其主要是通過向梁體施加荷載的形式，充分模擬橋梁施工后的實際工作狀態(tài)以及所承受的最大荷載，利用荷載試驗的結(jié)果對梁體的施工質(zhì)量、使用狀況、梁體性能等提供依據(jù)，同時明確裂縫對梁體結(jié)構(gòu)所帶來的影響，并為工程竣工驗收提供科學(xué)依據(jù)，對橋梁的工作性能等作出真實的評價[3]。

4.2 試驗方案

（1）本工程主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算分析預(yù)制箱梁的受力結(jié)構(gòu)。本次荷載試驗主要采取靜載的方式，已檢測梁體的撓度變化及應(yīng)變情況，針對撓度檢測點，應(yīng)布置在梁體控制截面的底部以及支點位置，檢測時采用吊表的方法進行測試。針對梁體的應(yīng)變情況檢測，可根據(jù)工程實際情況選取孔道與界面，并合理布設(shè)檢測點，通過在不斷加載過程中各測點的變化情況，總體判斷梁體的應(yīng)變性能。

（2）在選擇檢測孔道與截面時，要結(jié)合工程橋梁的裂縫情況、結(jié)構(gòu)形式等綜合分析，每個梁體選擇的孔道與截面宜具有代表性，最好屬于整個梁體不利于受力的位置，且缺陷較多便于安裝設(shè)備的位置，根據(jù)要求確定好檢測孔道與截面的要求后，再根據(jù)工程實際情況確定檢測孔道與截面的數(shù)量。本次檢測截面數(shù)量控制在2～4個為宜，如個別預(yù)制梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裂縫問題嚴重，則可結(jié)合實際情況增加其數(shù)量[4]。

4.3 檢測流程

（1）試驗方案制定好之后開始進行靜載試驗。在正式加載前應(yīng)選取梁板進行預(yù)加載試驗，其目的是檢測加載系統(tǒng)和試驗組織體系是否正常工作，驗證加載流程是否存在問題。在預(yù)加載試驗時，載位的持荷時間應(yīng)不小于25min，經(jīng)確認整個加載工作正常、流程無誤后將預(yù)加載卸載為零荷載，并保持梁體結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀后正式加載。本工程靜載試驗共分為四級（20m板）和三級（9m板）加載，主要采取分級加載的方法，針對四級（20m板）加載時，共分為4次，即25%→50%→75%→100%，針對三級（9m板）加載時，共分為3次，即40%→70%→100%[5]。

（2）在靜載試驗中，每級加載之后需使橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以每級加載后需要持荷一段時間。以梁體跨中結(jié)構(gòu)的檢測為例，當(dāng)加載后梁體5min中內(nèi)變形的增長量小于前5min梁體變形增長量的10%，或小于0.01mm時，則表示結(jié)構(gòu)應(yīng)力達到穩(wěn)定，此時進行下一步加載，每級的持荷時間不得小于25min。橋梁加載的過程中，試驗人員需實時監(jiān)測梁體結(jié)構(gòu)裂縫的變化情況，對裂縫的部位、長度、深度等各項參數(shù)實時記錄，同時還應(yīng)重點觀察梁體構(gòu)件薄弱的位置是否存在開裂破損問題，整體結(jié)構(gòu)是否存在異常變化、混凝土是否存在錯位、開裂的問題等。

（3）如經(jīng)靜載試驗出現(xiàn)上述的問題，則應(yīng)及時將情況報告至現(xiàn)場指揮人員，并結(jié)合實際情況采取處理措施。如試驗過程中出現(xiàn)梁體跨中測點的撓度已超過設(shè)計允許值；加載后裂縫長度、寬度變化情況明顯，且不斷有新裂縫產(chǎn)生；梁體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的損傷，直接影響后續(xù)梁體的承載力及結(jié)構(gòu)安全等問題時，則試驗人員應(yīng)立即停止加載試驗，避免造成梁體結(jié)構(gòu)損傷，每個加載階段完成后，試驗人員要對所記錄的檢測數(shù)據(jù)進一步校核，確保其真實性，待所有加載工作完成后，再按照施工方案進行卸載。

5 荷載試驗結(jié)果分析

5.1 撓度試驗結(jié)果

在工程預(yù)制梁靜載試驗結(jié)束后，經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的分析整理得知，在靜載實驗中，橋梁滿載時實際檢測到的梁體彈性撓度值與理論計算的彈性撓度值相接近，且數(shù)據(jù)的變化規(guī)律基本一致，梁體的四分點及跨中位置滿載位移值均滿足設(shè)計的要求。同時在梁體施加各級荷載時，橋梁跨中實測基本呈現(xiàn)線性變化的趨勢，其殘余變形較小，且變化范圍均在理論值的范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求。因此，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)的分析得知，該橋梁在靜載實驗中其跨中撓度系數(shù)滿足設(shè)計要求，表示梁體雖有裂縫但其剛度性能合格[6]。

5.2 應(yīng)變測試結(jié)果

本次橋梁靜載試驗中，在梁體加載1～3級荷載時，經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的分析得知，梁體跨中點實測的彈性應(yīng)變數(shù)據(jù)計算得到的梁體中性軸至梁底相距49.5cm，與理論數(shù)據(jù)中梁體中性軸至梁底相距46.8cm基本接近，這表示在梁體1～3級的荷載中，預(yù)制梁的應(yīng)變值基本呈現(xiàn)線性變化，且滿足規(guī)范的要求，但當(dāng)加載至第4級荷載時，經(jīng)檢測得知梁體左側(cè)腹板及梁底測點的應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)增大的趨勢，而梁板右側(cè)腹板下緣測點的應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)減少的趨勢，整體呈現(xiàn)非線性變化的趨勢，這證明梁體因裂縫問題會導(dǎo)致變形。

6 橋梁裂縫處理

6.1 處理措施

（1）結(jié)合橋梁荷載試驗的檢測結(jié)果以及工程的實際情況，針對梁體存在的裂縫問題要進行必要的處理，避免危害梁體的結(jié)構(gòu)安全。針對梁體的裂縫問題，本次施工主要采用壓力灌注法處理，灌注前施工人員先采用鋼絲刷、角磨機等工具將橋梁裂縫表面的灰塵、浮渣、松散層等全部處理干凈，再采用酒精、丙酮等有機溶液全面涂刷，在有機溶液涂刷時應(yīng)沿著裂縫兩側(cè)位置均勻涂刷，涂刷寬度控制在30～50mm。

（2）待有機溶液涂刷完成后，在橋梁裂縫交叉處、端部位置、貫穿位置以及裂縫寬度較大的位置設(shè)置灌膠底座，當(dāng)裂縫寬度在1cm以內(nèi)時，灌膠底座的間距控制在200～300mm，當(dāng)裂縫寬度在1cm以上時，灌膠底座的間距控制在300～500mm，但同一條裂縫需同時具有進膠口、出膠口以及排氣口。在灌膠底座埋設(shè)時，先在裂縫兩側(cè)位置涂刷裂縫修補膠，其涂刷厚度控制在1mm，再將灌膠底座的進膠孔采用騎縫方式粘貼在設(shè)計位置[7]。

（3）采用裂縫修補膠涂刷灌膠底座時，應(yīng)涂刷至距離接縫20～30mm的位置，涂刷中應(yīng)避免其表面出現(xiàn)小孔或氣泡問題，待涂刷均勻后將其表面刮平，以確保膠體的可靠性。在灌膠底座安裝之后利用壓水或壓風(fēng)試驗，檢測進膠孔是否暢通。檢測合格后配置本次施工采用的灌縫膠，膠液配置時不宜一次配置太多，應(yīng)結(jié)合其凝固時間及進膠速度綜合確定，待膠液配置后采用專用配套注膠器進行灌縫施工[8]。

（4）采用注膠器灌縫施工前，施工人員應(yīng)對其進行檢查，檢查通過后將制備好的灌封膠注入注膠器，并將機械與預(yù)埋的灌膠底座相連接，然后松開閥門進行注膠。注膠過程中，機械需保持穩(wěn)定的狀態(tài)，待下一個注膠口出膠后拔出注膠器，迅速利用棉絲密封第一個注膠口，再將注膠器與灌膠底座的出膠口相連接，直至機械的吸膠率達到0.1L/min以下，持續(xù)注膠2～3min后拔出注膠器，再度利用棉絲進行封堵，同時采用丙酮或酒精將注膠器清洗干凈，為下次作業(yè)做準備。

6.2 預(yù)防措施

除上述針對裂縫的處理措施外，為避免后續(xù)工程中再度出現(xiàn)裂縫問題，結(jié)合工程實際情況，提出幾條預(yù)防措施：①針對預(yù)制梁體施工采用的原材料，宜選擇硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥，同時嚴格控制材料中砂石料的含量，特殊情況下可摻加高效減水劑、緩凝劑等外加劑，以改善混凝土的性能；②在混合料拌和過程中，注意控制各類材料的用量，盡可能降低其水熱化反應(yīng)程度，避免產(chǎn)生過大的熱量；③做好混凝土的澆筑振搗施工，確保其施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土的密實性；④做好養(yǎng)護工作，定期組織灑水養(yǎng)護，以降低混凝土內(nèi)外的結(jié)構(gòu)溫差。

7 結(jié)語

綜上所述，橋梁裂縫問題的發(fā)生對梁體的安全使用存在較大的影響，而荷載試驗?zāi)芡瓿蓪α后w質(zhì)量的檢驗，并真實地反映出橋梁的具體情況，以便結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)為梁體的裂縫問題制定詳細的處理方案，并對未開工建設(shè)的橋梁作出提示，避免工程建設(shè)過程中出現(xiàn)此類問題，導(dǎo)致梁體出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題。