裝配式預應力混凝土梁的缺陷與防治措施

□文/張廣寅 秦 崗 孫立喜

□秦 崗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孫立喜/天津市市政工程研究院。

裝配式預應力混凝土梁的缺陷與防治措施

□文/張廣寅 秦 崗 孫立喜

文章對裝配式預應力混凝土梁預制和運營過程中常見缺陷與病害及其成因進行了總結分析并提出了防治措施。

裝配式；預應力；混凝土梁；缺陷；病害；防治措施

裝配式預應力混凝土梁橋是我國中小跨徑橋梁普遍采用的形式，主要有板梁、T型梁、小箱梁。預應力混凝土梁作為橋梁的承載構件，其質量與技術狀態的好壞決定著橋梁運營的安全性、耐久性和舒適性。然而在混凝土梁的生產過程中和橋梁運營期間，會因各種原因產生一些缺陷與病害，對梁體質量和橋梁的安全性產生不同程度的影響，嚴重時甚至造成梁體報廢或安全事故。

1 裝配式預應力混凝土梁的主要缺陷與病害

1.1 預制過程中的缺陷

1）預應力混凝土梁裂縫

預應力混凝土梁預制過程中出現裂縫的原因。

（1）混凝土內外溫差過大。

（2）養生不當。如拆模過早，遮蓋措施不力；澆筑1 d后拆模，灑水養生時間不足，造成混凝土表面游離水分蒸發過快，使混凝土產生急劇的體積收縮，水泥的水化作用不能充分進行，而此時混凝土早期強度低，不能抗御這種變形應力，從而導致裂縫產生。

（3）張拉、放張不當產生裂縫。先張法施工工藝會導致梁端中部產生自梁端向跨中延伸的縱向裂縫。后張法在張拉過程中，梁端也有出現類似先張法的縱向裂縫。分析其原因：一是設計上對張拉時梁端混凝土局部應力集中考慮不周；二是張拉時，張拉順序不當，張拉速度過快；三是梁體混凝土質量低劣或張拉時間過早以及錨墊板附近的混凝土不密實，導致梁端混凝土在張拉后出現碎裂。

（4）其他原因。如計量不準、振搗后水泥漿上浮、有時砂石料的含泥量超限等均會產生裂縫。

2）梁的上拱度過大

上拱度的存在對橋面的標高有一定影響。

（1）混凝土配合比。塌落度越大，上拱度越大。

（2）養護條件。混凝土養護溫度高、濕度大，上拱度相應較小。

（3）放張齡期越長，上拱度越小。這實際上反映了彈性模量對上拱度的影響。齡期越長，彈性模量越大，上拱度越小。

（4）塑性變形?；炷恋男熳兒褪湛s對梁板上拱度的影響很大，特別是早期，徐變和收縮的塑性變形越大，上拱度值增量也越大。

3）預制板梁芯模上浮

預制板梁芯模上浮會造成頂板局部厚度不足，主要原因包括下列內容。

（1）梁配筋率高，鋼筋間距小，配合比設計時碎石粒徑偏小，含量偏高，振搗過程中，傳遞力的能力大，對芯模振動作用高。

（2）混凝土振搗采用插入式振搗棒，振搗過程中混凝土本身的上浮力很大，如果固定不當，極易產生上浮現象。

4）小箱梁腹板混凝土局部壓潰

小箱梁跨徑一般在25～40m，多采用先簡支后連續，后張法施工過程中，有時會出現錨墊板下和腹板表面混凝土局部壓潰現象。錨墊板下壓潰主要原因是錨墊板下鋼筋較密，振搗不徹底造成混凝土不密實；腹板表面混凝土局部壓潰是由于腹板箍筋與架力筋間隔綁扎不全，使腹板混凝土局部整體性較差，加上預埋的預應力管道局部不平順，當預應力筋張拉時，腹板局部受力過大，箍筋與架力筋發生相對滑移，混凝土

局部壓潰。

5）混凝土梁的鑿毛

鑿毛面積和鑿毛深度往往達不到設計要求，而且鑿毛后的疏松混凝土清理不干凈，后澆筑混凝土時結合面成為薄弱環節而開裂。

1.2 運營過程中的主要病害

1）空心板梁和小箱梁內進水

梁內進水是裝配式預應力混凝土空心板梁和小箱梁橋的常見病害。雨水滲流進入梁的內腔，或長時間滯留在梁內，或從梁底裂縫處緩慢滲出。主要原因：一是板梁和小箱梁梁端后封堵結構造成梁體與后封堵之間有縫隙，雨水從已開裂的連續縫或伸縮縫處流入到梁端并滲流到梁內腔；二是板梁梁頂開裂，橋面防水層破壞導致雨水下滲。

2）預應力梁梁底出現橫向裂縫

主要原因：一是設計上安全儲備??；二是與現行的實際運營車輛荷載有關；三是個別梁和施工質量有關。

3）預應力梁梁底和腹板出現縱向裂縫

板梁梁底縱向裂縫主要出現在梁底板最薄處，長度不等，或靠近梁兩端，或跨中部位，或通長，裂縫寬度大部分＜0.2mm，個別有＞0.2mm的。小箱梁縱向裂縫出現在梁底和距梁底約20cm位置的腹板處，長度與板梁規律相近。縱向裂縫部分在預制過程中就已經出現，后期受力后有所擴展。部分是在運營一段時間后出現的，與混凝土收縮徐變及單梁個體本身的施工質量、支承條件不良等有關。

4）預應力混凝土T梁腹板裂縫

預應力混凝土25m和30mT梁腹板均出現裂縫，裂縫形式有2種，一種是支座附近斜裂縫，一種是跨中附近的豎向裂縫。裂縫沿梁高方向最長上至翼緣與腹板交界處，下至馬蹄斜面處，并未發展至梁底。主要原因是受力引起。

5）單梁受力

單梁受力是裝配式預應力混凝土梁經常發生的嚴重病害之一。該病害主要出現在板梁和T梁結構，板梁是由于鉸縫損壞引起，T梁是由于橫隔板開裂引起。主要原因與設計上的結構缺陷、施工上的局部質量隱患及現狀運營荷載有關。

2 防治措施

2.1 預制過程中的缺陷預防措施

1）裂縫的預防措施

對溫差引起的裂縫，盡可能減少水化熱；加強混凝土養生，如及時蓋草簾或塑料膜并經常灑水使之保持濕潤；先張法均勻放張，如多根整批放張，采用砂箱法或千斤頂法，放張速度應均勻一致，放張宜分數次完成；后張法梁端布筋設計應充分考慮張拉時產生的局部應力集中，增加橫向分布鋼筋數量和適當增加封錨端和梁端混凝土的幾何尺寸，預應力筋張拉順序應符合設計要求或采取分次、逐級對稱張拉，張拉時均勻加載，減小張拉過程出現局部應力集中，確保梁（板）混凝土澆筑質量，特別要加強對錨墊板后的混凝土振搗，張拉前檢驗梁體是否符合質量標準要求；通過優化混凝土配合比設計、選擇好原材料及施工過程控制等措施避免收縮裂縫，如盡量減少水泥用量，摻入適量粉煤灰、礦渣等礦物摻合料以降低混凝土的水化熱，延長混凝土初凝時間，以減少混凝土收縮；要慎重選擇水泥品種、標號及生產廠家，選擇質地堅硬和級配良好的石子、清潔的質地堅硬的粗砂；對含泥量較大的骨料要用水沖洗；水質應通過取樣化驗，盡可能減少用水量等。

2）梁的上拱度過大預防措施

增強混凝土性能，使其具有較好地和易性；確保預應力筋張拉質量，如張拉千斤頂和油表要及時標定，讀數要準確無誤，張拉時要同步、對稱進行，對鋼絞線的左右、上下位置準確定位，鋼鉸線失效部位的包扎要緊密、牢固；改善養護條件和方法，如及時覆蓋、養護，頂面和側面全覆蓋，不定時灑水，保持梁體濕潤；改變預應力放張時間的控制模式，可引入強度和彈性模量雙重控制，減小施加預應力引起的變形。

3）芯模上浮的預防措施

可在芯模下放時，比原設計高程放低1cm，以抵消芯模上浮時微量變化。施工嚴格控制振搗方式，對芯模腋下混凝土振搗不宜振得過頻、過久，宜通過振搗棒的傳遞范圍控制混凝土的密實度。

4）小箱梁腹板混凝土局部壓潰的預防措施

小箱梁錨墊板下腹板混凝土振搗應周密組織，做到及時、均勻，防止漏振。腹板箍筋和架力筋綁扎要做到逢豎橫鋼筋交叉處必須綁扎且嚴格達到施工規程要求。

5）混凝土梁的鑿毛

混凝土梁的濕接縫處鑿毛要求深度一般為0.5～1cm，應露出混凝土石子，松動的混凝土一定要清理干凈。設計上要提出明確的施工要求。

2.2 運營過程中的主要病害防治措施

1）空心板梁和小箱梁內進水防治措施

在梁底最低處打孔排水；及時堵住水源，如橋面連續縫開裂處灌注封縫瀝青膠，伸縮縫及時更換開裂的橡膠條。選擇防水性能和耐久性好的橋面防水層和伸縮縫；從設計上改變空心梁的構造，如將空心梁端設計成實體斷面，將支模和拆模的出入口改設在梁底或將空心梁截面設計成倒槽形（縱向設橫隔板）。

2）預應力梁梁底橫向裂縫防治措施

（1）先張法預應力混凝土板梁。換梁維修，主要針對10、13、16m跨徑板梁；采用低壓注射法對裂縫進行封閉，再用粘貼鋼板臨時加固并對加固的板梁定期跟蹤觀測，主要針對20m及以上跨度的板梁；設計上加大安全儲備。

（2）后張法預應力混凝土板梁和小箱梁。

①采用低壓注射法對裂縫進行封閉，再用粘貼纖維布或鋼板進行加固，并對加固的板梁定期跟蹤觀測。

②設計上加大安全儲備。

3）預應力梁梁底和腹板縱向裂縫和T梁腹板裂縫防治措施

采用低壓注射法對裂縫進行封閉，縱橫方向采用粘貼碳纖維布條進行加固。

4）單梁受力防治措施

主要是增加梁間的整體橫向剛度。改善水泥混凝土鋪裝層結構；改善梁間橫向聯結構造；橫向施加預應力；從設計上改變簡支梁橋橫向聯接構造。

3 結語

預應力混凝土梁缺陷有一定的規律性和重復性，原因較多，涉及原材料、混凝土的配合比、結構受力和構造設計、施工和養護管理的各個環節。只要抓住預制施工過程中的各個關鍵環節，保證質量，可有效預防及避免早期缺陷的產生。同時從設計上加大安全儲備，從結構構造上改變傳統模式，可大大減少后期運營中病害的出現。

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1008-3197（2011）01-44-02

2010-07-06

張廣寅/男，1965年出生，高級工程師，天津市市政工程研究院，從事橋梁檢測工作。

□秦 崗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孫立喜/天津市市政工程研究院。