PC 連續(xù)箱梁橋常見裂縫成因與處理措施

蔣嬪 李康

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650224;2.重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400020)

0 引言

從1970年起，我國就開始修建PC連續(xù)箱梁橋，自1980年以后，PC連續(xù)箱梁橋迅速得到了發(fā)展，現(xiàn)如今箱梁橋已經(jīng)成為我國大跨徑橋梁的主要選擇類型。但是PC連續(xù)箱梁橋在建造和運營過程中出現(xiàn)了不同程度的病害。其中裂縫是常見病害之一，其嚴(yán)重的影響了橋梁的使用。為了保證預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的安全性和耐久性，需要對其裂縫的種類和出現(xiàn)的原因以及處理措施進(jìn)行詳細(xì)的分析和總結(jié)，為實際工程提供技術(shù)參考。

1 PC連續(xù)箱梁橋常見裂縫分布情況

通常情況下，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的腹板、頂板、底板、橫隔板以及錨固齒板會出現(xiàn)不同形式的裂縫。

1.1 腹板裂縫

腹板裂縫按其形態(tài)可以分為斜向裂縫和水平裂縫，其裂縫分布大致可以分為3種情況:1)腹板斜向裂縫一般出現(xiàn)于邊跨和中跨的支座附近位置，此裂縫與橋軸向約呈45°;2)腹板水平裂縫會出現(xiàn)在邊跨的邊端支座附近的腹板上緣，以及中跨的L/4～3/4L之間腹板上緣;3)腹板斜向裂縫和水平裂縫同時出現(xiàn)于邊跨或中跨。

1.2 頂、底板裂縫

頂、底板裂縫主要分為橫向裂縫和縱向裂縫。頂板的橫向裂縫主要出現(xiàn)于橋墩支座位置附近，底板的橫向裂縫主要出現(xiàn)于跨中和L/4位置附近。頂、底板橫縫嚴(yán)重時還會延伸至腹板，使腹板出現(xiàn)豎向裂縫。頂板縱向裂縫通常出現(xiàn)于跨中合龍段以及接近支點的區(qū)域［1］，有時在翼緣和腹板倒角處會產(chǎn)生沿橋軸向裂縫，底板縱向裂縫常出現(xiàn)于跨中和近墩處的板中和倒角附近。

1.3 錨固齒板區(qū)域裂縫

齒板側(cè)面與底板(或頂板)相交處會出現(xiàn)與橋軸向呈45°左右的裂縫，嚴(yán)重時會沿著裂縫方向順延至腹板，使腹板也出現(xiàn)45°角左右的斜裂縫。齒板背面與底板(或頂板)相交處附近會出現(xiàn)橫向裂縫。齒板末端與底板(或頂板)相交處會出現(xiàn)沿橋向裂縫。

1.4 橫隔板裂縫

橫隔板過人孔周圍會出現(xiàn)放射狀裂縫，除了此放射狀裂縫還會在過人孔正上方和兩側(cè)出現(xiàn)豎向裂縫。

2 PC連續(xù)箱梁橋常見裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1 腹板裂縫的產(chǎn)生原因

腹板斜裂縫最主要的原因是主拉應(yīng)力過大，超過了混凝土的極限抗拉強度從而產(chǎn)生斜向裂縫。實際工程中通常因設(shè)計和施工方面的原因?qū)е赂拱蹇辜裟芰Σ蛔悖骼瓚?yīng)力方向抗裂安全儲備不夠以致出現(xiàn)此裂縫。此外，錨后拉應(yīng)力也會引起腹板斜裂縫。

腹板水平裂縫:大跨度箱梁橋在荷載作用下，箱梁的變形并不完全符合經(jīng)典梁理論周邊剛性假定，因而會出現(xiàn)截面畸變變形。箱梁腹板在畸變的作用下會產(chǎn)生豎向正應(yīng)力導(dǎo)致腹板出現(xiàn)水平裂縫［2］。

2.2 頂、底板裂縫的產(chǎn)生原因

頂、底板橫向裂縫:截面的彎曲拉應(yīng)力超過極限值會引起橫向裂縫出現(xiàn)。PC混凝土連續(xù)梁的跨中底板和橋墩支座處頂板分別處于正彎矩和負(fù)彎矩的最大值，所以會出現(xiàn)橫向裂縫。另外溫度效應(yīng)或混凝土不均勻收縮等引起的局部應(yīng)力也會導(dǎo)致此裂縫出現(xiàn)。

頂、底板縱向裂縫:箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的附加應(yīng)力會導(dǎo)致此裂縫的出現(xiàn)。由于在箱梁的頂板和底板的剪應(yīng)力相對較小，所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁的頂板、底板的橫向方向基本相同，因此會產(chǎn)生平行橋軸方向的裂縫［3］。

2.3 錨固齒板區(qū)域的裂縫產(chǎn)生原因

錨固齒板區(qū)域裂縫產(chǎn)生的重要原因是齒板與底板相交處的拉應(yīng)力值超過了混凝土的抗拉強度。由于齒板與腹板、底板、梗腋的邊界相交，在對齒板頭截面施加壓力的時候，齒板相當(dāng)于一個懸臂結(jié)構(gòu)，必然會對腹板、頂板、梗腋產(chǎn)生拉力的作用［4］。

2.4 橫隔板裂縫的產(chǎn)生原因

由于橫隔板過人孔周圍應(yīng)力集中所以會出現(xiàn)放射狀裂縫，橫隔板過人孔正上方和兩側(cè)的豎向裂縫因為支反力的作用會在支座橫梁處出現(xiàn)。

3 PC連續(xù)箱梁橋裂縫常用處理措施

橋梁結(jié)構(gòu)因開裂不僅會降低橋梁承載力和耐久性，還會影響橋梁的外觀，所以對裂縫進(jìn)行加固處理非常重要。總的來說裂縫處理措施可以分為裂縫修補和結(jié)構(gòu)加固。裂縫的修補是指對結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，從而保證其耐久性。結(jié)構(gòu)加固是指通過采取一定的措施使結(jié)構(gòu)的承載能力以及其使用性能得到提高，以滿足新的要求。根據(jù)裂縫對橋梁的影響程度，可以對橋梁采用相應(yīng)的處理方法。當(dāng)裂縫寬度在允許范圍值內(nèi)可以采用裂縫修補，當(dāng)裂縫發(fā)展嚴(yán)重時，查明原因后應(yīng)采取合理的結(jié)構(gòu)加固措施。

3.1 裂縫修補

裂縫修補常用的方法有表面封閉法和壓力灌漿法。表面封閉法是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或涂刷油漆、瀝青等防腐材料以封閉表面裂縫，此方法適用于0.2 mm～0.25 mm范圍內(nèi)的裂縫封閉。壓力灌漿法是指水泥漿液在一定的壓力值下被灌至結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫。此方法適用于裂縫大于0.2 mm～0.25 mm或裂縫較深的裂縫修補。

3.2 結(jié)構(gòu)加固

常用的結(jié)構(gòu)加固法有粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維布加固法、增大截面加固法和體外預(yù)應(yīng)力加固法，有時根據(jù)結(jié)構(gòu)加固需要會采取幾種方法并用的方式。

1)粘貼鋼板加固法［5］是用結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑將鋼板粘貼在PC混凝土連續(xù)箱梁橋的受拉區(qū)和薄弱部位。鋼板和結(jié)構(gòu)能夠共同受力，這樣不僅提高了箱梁的剛度，而且也限制了裂縫的發(fā)展。值得注意的是為了保證鋼板和結(jié)構(gòu)表面的粘結(jié)可靠度，通常會用螺栓固定鋼板。粘貼鋼板加固法通常可用于腹板、底板以及橫隔板加固。用于腹板斜裂縫加固時，為了有效提高箱梁腹板的抗剪能力，粘貼的鋼板條方向應(yīng)與主拉應(yīng)力跡線方向一致。

2)粘貼碳纖維布加固法是用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼于結(jié)構(gòu)受拉區(qū)和抗剪部位。碳纖維片的重量只有200 g/m2～300 g/m2，所以不會增加結(jié)構(gòu)自重。粘貼碳纖維布加固法常用于PC連續(xù)箱梁的頂板、腹板以及底板加固。同樣碳纖維片的粘貼方向應(yīng)與主拉應(yīng)力方向一致。

3)增大截面加固法是指在結(jié)構(gòu)外澆筑新的鋼筋混凝土，以提高結(jié)構(gòu)的承載力。此法與粘貼碳纖維加固法相比明顯增加了結(jié)構(gòu)的重量。增大截面加固法常用于增加箱梁腹板厚度，以提高抗剪能力。有時也用于橋面補強層加固和底板加固。

4)體外預(yù)應(yīng)力加固法是指對通過后加于結(jié)構(gòu)上的錨塊和轉(zhuǎn)向裝置的預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行張拉，使原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生后加預(yù)應(yīng)力，此方法不僅能夠有效的控制裂縫還能夠提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度［6］。此方法通常用于箱梁的橫向與縱向加固。與以上的加固方法相比，體外預(yù)應(yīng)力加固法是主動加固法。值得注意的是，轉(zhuǎn)向設(shè)置如果設(shè)計不合理會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。

4 結(jié)語

從對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋常見裂縫產(chǎn)生原因的分析與總結(jié)得知，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫產(chǎn)生的原因錯綜復(fù)雜，但是每一種裂縫的出現(xiàn)都有其普遍規(guī)律，我們應(yīng)該掌握和了解裂縫出現(xiàn)的規(guī)律才能對裂縫的出現(xiàn)采取一定的防治措施。在實際工程中通常由于設(shè)計模型選擇不合理，施工技術(shù)不完善以及日常養(yǎng)護(hù)不達(dá)標(biāo)等導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，所以我們應(yīng)該嚴(yán)格按照國家規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工;在運營管理過程中，我們應(yīng)該加強對裂縫進(jìn)行觀測和監(jiān)控，并根據(jù)不同的情況選擇不同的方法對裂縫進(jìn)行處理以保證結(jié)構(gòu)的承載力、安全性和耐久性。

［1］鐘 鳴.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2008:9-14.

［2］劉冬平.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009:8-11.

［3］鐘新谷.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫防治與研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2006，3(3):8-9.

［4］羅 銳.預(yù)應(yīng)力混凝土橋箱梁齒板錨固裂縫成因分析［J］.四川建筑，2008，28(2):133.

［5］賈 佳.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的加固［J］.公路，2007(8):25-26.

［6］袁銅森.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫成因分析與維修加固［D］.長沙:湖南大學(xué)，2006:98.