淺析預應力梁橋裂縫產生的原因與防治

摘要：本文主要介紹預應力混凝土梁橋產生裂縫的種類、原因及預防處置對策。

關鍵詞：預應力梁橋 裂縫種類 預防 處治對策

0 引言

目前，我國修建最多的橋梁是預應力梁橋（包括連續剛構、簡支梁和連續梁）。在修建和運營這些橋梁時，有時梁體的不同部位出現龜裂、斜向、縱向及橫向的裂縫。一旦產生裂縫，會關系到結構的耐久性、嚴重的甚至會對結構的承載力造成影響，埋下安全隱患，需對其提起重視，同時對裂縫發生的原因進行分析。

1 預應力梁橋的裂縫種類及其原因

1.1 預應力簡支梁橋的裂縫種類及其原因

1.1.1 龜裂 預制預應力簡支梁橋在的過程中易發生龜裂，其緣由除了因個別混凝土的澆筑不均勻及不合理的混凝土配比外，進行養護時覆蓋不到位，未及時灑水，且在蒸養過程中升溫和降溫過快等，都可能引起梁體表面的龜裂。

1.1.2 縱向裂縫 運營過程中多會產生縱向裂縫，其一方面受混凝土質量的影響，另一方面是因張拉力過大（設計不合理或施工超張拉）而致，鐵路運營線上的某些預應力混凝土簡支梁，經10多年或20多年的運營，產生了沿縱向力筋的裂縫，經調查確定是因混凝土承載力受堿骨料反應的影響而降低的緣故。因此種裂縫主要發生在受力鋼束部位，所以很大程度上影響到了結構。

1.1.3 橫向裂縫 運營過程中產生的橫向裂縫較多，預應力損失也超出了設計范疇，超載等多種因素均能發生裂縫。同時，徐變上拱的發生也會引起梁的上翼緣橫向裂縫的產生，尤其是比重很大的活荷載的鐵路橋梁亦是這樣。另外，裂縫會隨徐變的不斷發展而發展，若橋上承擔過多的荷載，裂縫也將短暫的閉合。

1.1.4 主拉應力方向斜裂縫 一般而言，運營過程中該裂縫較常見，多產生于跨度四分之一周圍的腹板上，往往是缺乏主拉應力方向抗裂安全儲備而致。

1.2 預應力連續梁及連續剛構橋的裂縫種類及其原因

1.2.1 表面龜裂 類似于預應力簡支梁，該裂縫往往因進行施工時過大的溫度變動或連續剛構及連續梁未及時養護而致。因國內對此種橋梁的施工多通過懸臂灌注或支架法進行，養護時高空的狀況不如地面，若不及時澆水導致混凝土表面過快的干縮，而內部干縮較慢，混凝土抗拉強度無法滿足外部混凝土受拉強度而開裂。同時，因混凝土的澆筑剛完成就在高空大氣內暴露，周邊環境的溫度變動較快，如進行施工時不到位的保溫方式、水泥結硬而水化熱發生時溫度急劇下降，均可能導致龜裂。

1.2.2 在跨度l/4附近出現的斜裂縫 該裂縫往往是因剪應力較大，凝土抗拉強度不滿足主拉應力而致。此外，布設的構造鋼筋也會對其產生影響。裂縫會隨荷載的加大而向受拉區發展。若發生了較嚴重的開裂，縫隙可能沿腹板貫通。

1.2.3 梁底沿縱向預應力的貫通裂縫 往往該裂縫是設計截面尺寸及預應力時因方法欠佳，使壓力過大而致。此外，施工質量也會對其產生影響，施工時某些橋梁的底板就產生了長距離貫通而開裂。

1.2.4 支撐處頂板或跨中底板的橫向裂縫 該裂縫往往是預應力設計欠佳，和鋼束松弛及收縮徐變，使梁的彎矩最大截面的混凝土受拉區產生的應力高于混凝土的抗拉強度而造成開裂。某些連續剛構及連續梁的中跨和邊跨過大，開裂常發生早邊跨端部，若運用頂推法進行預應力連續梁的早期施工，因配筋的設計欠佳，導致頂推時運營時的結構受力和梁結構受力相反，則橫向裂縫多發；頂推施工時某些橋會有貫通截面的裂縫的產生，但當頂推就位，該裂縫往往經反向受力而閉合。

1.2.5 梁全截面的破壞性崩裂 曾有一座預應力梁的施工采用的是滑移支架法，完成某階段的張拉時，錨下崩裂破壞，造成了沖擊能過大，箱梁全截面因此錯動且開裂。長達10m的梁體報廢。經分析發現其是因箱梁底板不高，且設計及布束太密，較大的錨下局部壓潰了混凝土。

2 預應力混凝土梁橋的裂縫預防與處置對策

2.1 龜裂的預防和處置對策

2.1.1 收縮裂縫構造鋼筋的布設要合理，使水灰比盡量降低。同時，完成混凝土澆筑后覆蓋和澆水養護要及時進行，若環境干燥，應加強養生。

2.1.2 一部分裂縫是較大的溫度變動而致，選用的水泥的水化熱最好低些，構造鋼筋的布設要合理；此外，蒸汽養生梁的選用，需對升溫及降溫時間進行嚴格控制，梁體混凝土升溫及降溫要根據要求緩慢進行；寒冷區域梁體混凝土的澆筑，其隔熱及保溫的舉措需合理可行。對于新舊混凝土接縫，需沿接縫面中部的垂直方位，因已冷卻、結硬的舊混凝土和新混凝土有溫差，并且因舊混凝土有很長的齡期，收縮大部分完成，但結硬過程中由于新澆混凝土收縮不順暢等，致使混凝土出現開裂現象，應盡量防止發生該狀況，必要時實施某些舉措，如使溫差適度縮小及增加構造布筋。

一般混凝土出現的龜裂不會太深，裂縫也較窄，除關系到結構的美觀及耐久性，不會影響到當前結構的受力，因此，可采用外部涂刷及其他封閉的辦法進行處理，防止鋼筋保護層厚度縮小而腐蝕鋼筋。

2.2 梁底縱向裂縫 上文提到梁底縱向裂縫為受力裂縫，因此，設計過程中需擬定合理的截面和適度的預應力，若橋面過寬且跨度較大，需布設橫向預應力，另外，注意錨下局部應力，某些超常規設計需配合錨下局部的應力試驗，防止混凝土受力過大。一部分區域的堿骨料較多，應對采用的骨料及施工用水的化驗提起重視，防止出現堿骨料反應。

對于因截面或預應力設計不合理導致的裂縫，應找出應力的超過幅度，進行分析，若應力超出不多，可用改性環氧混凝土將裂縫澆搗封閉，否則，應采用加固截面或加體外預應力等措施處理。若開裂非常嚴重，必要時應廢掉重做。

2.3 梁頂底面的橫向裂縫 運營時的鐵路簡支梁因徐變而出現橫向裂縫。若為常見的連續剛構橋及連續梁，設計的過程中需進行徐變試驗，或對張拉孔道做預留。若是采用頂推法而導致的開裂、頂推結束后閉合的裂縫，需利用環氧樹脂對其做封閉處理。

封閉運營過程中產生的橫向裂縫時，采取的往往是改性環氧樹脂，或是通過碳纖維布粘貼加固梁頂及底面。

2.4 主拉應力方向的斜裂縫 近些年，主拉應力方向的斜裂縫發生在一部分運營使的預應力連續剛構及連續梁上，所以，設計過程中的中、邊跨比的設計應合理可行，對主拉應力檢算及跨度1/4的剪應力提起重視，箍筋的布設可適度增多，核算連續結構的豎向預應力筋的永存預應力時，對各種預應力損失及施工工藝水平、控制精度等的考慮要充分到位。

2.5 梁全截面的破壞性崩裂 梁全截面的破壞性崩裂事故屬災難性的，不僅人員傷亡嚴重，還導致了工程設備及結構的損壞。設計過程中對截面整體受力的核算需準確，同時還需注重檢算錨下局部應力。

3 結語

預應力橋梁開裂的問題很復雜，它涉及到很多方面，因此，若要使開裂現象從根本上減少或消除，嚴把原材料關，是保證混凝土質量的關鍵環節。另外需對超載狀況做具體的分析，按照未來荷載的發展，對社會和經濟影響等因素綜合考慮，決定加固或對裂縫進行一般的處理，或者廢棄重修新結構。應從結構的安全及耐久性方面多予以考慮，而不應過分強調優化設計節省工程量。

參考文獻：

[1]鮑衛剛，周泳濤等著.《預應力混凝土梁式橋梁設計施工技術指南》.北京：人民交通出版社，2009.

[2]葉見曙.《結構設計原理》.北京：人民交通出版社，1997.

[3]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）.

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