預制預應力箱梁混凝土裂縫的成因與處理

■樂雪萍

(百年建設集團有限公司，南昌330029)

預制預應力箱梁混凝土裂縫的成因與處理

■樂雪萍

(百年建設集團有限公司，南昌330029)

后張法預制箱梁在大型橋梁工程中被廣泛運用，因為后張預應力工藝簡單，施工方便，節省材料，可是在現場施工中，混凝土裂縫難免會發生，本文根據工程實例，對預制預應力箱梁澆筑后張拉前出現的裂縫成因進行了分析，并對裂縫提出了具體的處理方法。可供類似情況的預制梁處理提供參考。

預制箱梁裂縫原因分析處理措施

0 引言

某大橋上部結構設計為n×25m裝配式預應力混凝土連續箱梁。梁體采用C50砼，項目部在預制預應力混凝土箱梁的施工過程中，發現多片粱在拆模后腹板、底板出現不同程度的裂縫。

1 裂縫情況介紹

2 裂縫的成因分析

裂縫大致可分為兩大類:荷載作用下的裂縫和非荷載作用下的裂縫。裂縫均在拆模之后出現，在此期間結構無任何受力，因此可以判斷這些裂縫為非結構裂縫，從而排除是由于結構受力而產生的裂縫,這個階段可能導致結構發生變形的因素有：設計、基座沉降變形、溫度、混凝土、施工方法、環境等。當這些因素導致的變形受到外界約束或不協調變形時，結構內部就會產生拉應力，當拉應力超過抗拉強度后便會產生裂縫。

圖1 裂縫寬度測試儀現場檢測

具體針對本橋，從開始澆筑到產生裂縫，由于許多因素是交織在一起的,很難明確區分某條裂縫具體是由哪種因素引起的，在先后通過基座澆筑前和澆筑后的測量結果排除了基座沉降變形，同一個項目其他橋梁所用已施工相同箱梁通用圖排除了設計原因。對施工現場的混凝土質量、所用的施工工藝、同樣的預制場地的分析后，排除了這幾種情況造成裂縫的可能，最終確定是由于溫差過大導致裂縫的產生。

經了解現場施工過程，高度懷疑是混凝土澆筑完成后，箱梁拆模前后現場用現抽的井水直接進行養生。經現場測溫，用井水直接養生的溫度在5℃～8℃之間，而澆筑后混凝土水化熱溫度達到20℃～65℃。混凝土表面溫度下降很快，溫度的下降造成混凝土表面收縮。對腹板、底板而言，由于其表面與外界接觸面積大，同時腹板、底板的厚度相對來說比較小，表面與外界接觸，濕度大，當溫度下降時，腹板、底板變形收縮小，底面與預制臺座接觸，底面受到預制臺座的彈性約束，表面混凝土產生的拉應力過大，因此產生裂縫。

3 防范對策

（1）在溫差較大的預制場預制箱梁時要注意溫度或風力影響，做好保溫養護工作。特別是澆筑完混凝土的最初幾天更為重要。混凝土的養生應該同季節和天氣結合起來，注意周圍溫度、濕度的變化，養護時保持濕度越高，氣溫越低，養護時間越長，則混凝土收縮越小。

(2)加密腹板和底板內的豎向及橫向鋼筋，起到溫度分布鋼筋的作用。構造鋼筋對于防止結構開裂及耐久性具有很重要的作用。

(3)采用合理的施工工藝，澆筑混凝土時減少澆筑厚度，同時在施工時，應盡量選擇適宜的溫度，熱天澆注混凝土時應降低水溫拌制，或者利用早、晚進行施工，選用水化熱小和收縮小的水灰比，合理使用減水劑，加強振搗以減少水化熱。

(4)選擇合理的拆模時間，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度。夏季一般選在早晨或傍晚，盡量避開中午高溫時間；做好養護工作，確保養生溫度和濕度，尤其要注意養護用水的溫度。

取同一供試品6份（0.1 g），分別精密稱定重量，按樣品測定方法依法測定含氮量。結果分別為：3.0071%、3.0343%、2.9642%、2.9861%、2.9617%、3.0116%，平均值為2.9942%，RSD為1.0%（n=6），精密度結果良好。見表2。

在隨后的施工中，采取了防止裂縫的措施，加強了施工技術交底，并在梁場增設了養護用水池，通過以上的控制方案和預防措施，就再沒出現預制梁混凝土開裂情況。

4 縫裂處理

根據預制梁裂縫情況，對存在梁體裂縫的五片梁，采用壓力注漿法注進行補強處理。

4.1 裂縫處理流程

裂縫處理流程如圖2所示：

圖2 裂縫灌漿工藝流程圖

4.2 主要材料

WEP結構注縫膠是混凝土結構裂縫的注縫材料。具有漿液粘度低，固化時間合適，硬化成型體粘結強度高，能保證損傷部分有足夠的強度以恢復混凝土構件的整體性，再受力破壞時，新的裂縫不在原斷面等技術特點。WEP結構注縫膠是雙組份包裝的結構粘接劑，A組份為淺紅色粘稠液體，B組份為無色粘稠液體。其固化后的膠體性能指標能滿足裂縫修補材料安全性標準要求。

4.3 裂縫表面處理

對于裂縫寬度小于0.2mm的裂縫非貫穿裂縫，對結構承載力及持久強度無有害影響，用鋼絲刷等工具清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，然后用高壓空氣將裂縫吹洗干凈，再用毛刷蘸甲苯或酒精把裂縫兩側20～30mm處擦洗干凈并保持干燥，最后用環氧樹脂WSS結構密封膠直接封閉。對于裂縫寬度大于等于0.2mm的貫穿裂縫，觀測深裂縫會引起鋼筋銹蝕，影響使用功能，采用WEP結構注縫膠灌注法處理，鑿槽時應沿裂縫先用鋼釬或電鎬鑿成"V"形槽，再向兩側加寬,槽深與槽寬根據裂縫深度和利于封縫的原則來確定。鑿完后采用鋼絲刷或鋼絲輪抹去浮松混凝土顆粒，采用壓縮空氣將碎屑、粉塵清除干凈。

4.4 埋設灌漿嘴

如果梁體裂縫為貫穿裂縫，先用環氧樹脂WSS裂縫密封膠將梁體一側裂縫完全封閉，封縫膠的涂抹寬度為30～40mm，另一側裂縫埋設注漿嘴，間距為200～300mm，注漿嘴的位置盡量設置在裂縫較寬、開口較通暢的部位。用粘接灌漿嘴，待膠層固化后再用WSS裂縫密封膠密封裂縫。裂縫封閉后，需檢查其密閉效果，即沿裂縫涂一層肥皂水，從灌漿嘴通入壓縮空氣，凡漏氣處應重新密封，直至不漏為止。

4.5 膠液配制

WEP結構注縫膠的A、B兩個組分，按照3∶1配合比例準確地稱量并攪拌均勻，攪拌時間不得少于3min，每次配制數量應根據單位裂縫的長度、寬度、深度綜合計算。配制好的膠料應在40min內用完，隨配隨用。

4.6 裂縫灌漿

一切檢查合格后，將事先配置好的漿液用高壓注膠器灌漿，灌漿時應按照從下向上的順序逐個灌注，待下一個灌漿嘴出漿時立即封堵灌漿嘴。壓力控制在0.2～0.3MPa之間。在灌漿過程中，應保持壓力穩定，以滿足灌漿要求。注漿施工如圖3所示：

4.7 灌漿孔處理

灌漿結束后，應檢查補強效果和質量，發現缺陷應及時補救，確保工程質量。待封內漿液達到初凝而不流出時，用角磨機將灌漿嘴打磨平整，再用環氧樹脂膠泥在灌漿嘴處抹平封口。

圖3 裂縫灌漿現場施工

5 裂縫處理質量驗收

灌漿結束后應檢驗灌漿效果及質量，凡有不密實等不合格情況，應立即進行補注，檢驗項目如下：

（1）外觀檢查：漿液滲出、填縫是否明顯；

（2）采用壓縮空氣或壓力水檢查灌漿是否密實；

（3）取芯強度檢測。采用騎縫鉆取芯樣，芯樣直徑Φ≥50mm，如圖4所示：

芯樣采用劈裂抗拉強度方法測定是否符合設計要求，檢驗標準為符合下列條件之一時即可判為符合設計要求：①沿裂縫方向施加的劈力，其破壞應發生在砼內部，即內聚破壞；②破壞雖有部分發生在裂縫界面上，但這部分破壞面積不大于破壞面總面積的15%。

圖4 灌漿后取芯強度檢測

6 裂縫處理效果評價

裂縫經過高壓注漿處理，強度檢測達到設計要求，并張拉壓漿達到齡期后，隨即進行梁的靜載試驗，通過梁的靜載試驗，從應力、撓度和裂縫三個方面對應評價其強度、剛度和抗裂性。經過處理的單片梁承載能力達到了設計“正常使用狀態”的荷載標準要求。實測應變與理論應變關系對比曲線如圖5所示：

圖5 箱梁跨中底緣實測應變與理論應變關系對比曲線圖

7 結語

通過施工過程的嚴格控制，最大限度地避免混凝土開裂，對已經出現裂縫的梁，特別是貫穿裂縫，采用化學材料灌漿進行修補，經處理后預制箱梁的單片粱承載能力達到了設計"正常使用狀態"的荷載標準要求。本工程后續箱梁在施工中落實了各項施工預防措施，有效地防范了預制箱梁混凝土開裂和后期處理工作量，獲得了較明顯的經濟效益和社會效益。

[1]GB 50367-2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[2]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規范[S].

[3]JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術規范[S].

[4]JTG/D 60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].