寒冷地區A類預應力混凝土T梁豎向裂縫成因淺析

李亞利 魏建華 劉大鵬

（中交遠洲工程咨詢有限公司1） 河北石家莊 050035 河北交通職業技術學院2) 河北石家莊 050035）

1 概 述

在多年的高速公路橋梁檢查與養護設計工作過程中，經常發現A類預應力混凝土T梁存在豎向裂縫的情況。《公路橋涵養護規范》（JTG H11）和《公路橋梁承載能力評定規程》（JTG /T J21）中明確說明：A類預應力混凝土梁不容許有梁體豎向裂縫。因此，準確分析A類預應力混凝土T梁豎向裂縫產生的原因至關重要，可以為該類橋梁裂縫的檢測、養護和維修提供技術依據。

本文以承德市某高速公路為例，對A類預應力混凝土T梁豎向裂縫的成因進行分析。該高速公路建設標準為全立交、全封閉、雙向四車道，橋梁設計荷載等級為汽－超20級，掛－120，設計行車速度80公里/小時，2009年9月27日全線通車。通過查閱全國氣候分布圖，該地區屬寒冷地區。冬季寒冷干燥，夏季溫和多雨，春季干燥多風，秋季晝夜溫差大。年平均氣溫7.7℃，極端最低氣溫為-29.9℃，極端最高氣溫為38℃，晝夜溫差較大在10°～20°，特別是陰坡更為明顯。無霜期150天，最大凍土深度1.5m。

2 裂縫檢查結果

該高速公路上共有57座大橋，上部結構形式均為A類預應力混凝土連續T梁，跨徑分為25m、30m兩種。其中30mT梁26座，25mT梁31座。

（1）豎向裂縫主要集中在30mT梁，部分25mT梁也存在。

根據橋梁定期檢查結果，對有豎縫的橋梁數量進行了統計，發現豎縫的橋梁共計21座，占T梁橋總數的36.8%。其中，25mT梁橋有31座，有豎縫的有8座，占25mT梁橋總數的25.8%。30mT梁橋有26座，有豎縫的有13座，占30mT梁橋總數的50.0%。見表1所示。對有豎縫T梁的數量進行了統計，有豎縫的T梁共計117片，占T梁總數的14.3%。其中，25mT梁265片，有豎縫的有24片，占25mT梁總數的9.1%。30mT梁555片，有豎縫的有93片，占30mT梁總數的16.8%。如表2所示。

表1 有豎縫的T梁橋數量統計表

表2 有豎縫的T梁數量統計表

（2）豎縫主要是集中在跨中附近的T梁腹板，部分開裂至T梁馬蹄側面。豎縫在梁肋內外兩側大致對稱分布。

（3）裂縫寬度一般小于等于0.1mm，少量大于0.1mm但小于0.15mm。且沿裂縫走向寬度基本一致。

（4）根據歷年橋梁的定期檢查結果，比較分析后發現豎縫長度和寬度未發展，但部分裂縫新發現有開合掉角痕跡。

裂縫典型照片如圖1所示。

圖1 典型T梁豎向裂縫照片

3 裂縫主要成因分析

3.1 溫差作用

溫差包括大氣溫差和梁體內外溫差兩種，都會在混凝土表面產生較大拉應力。由于溫差引起的最大拉應力在中間，如其超過抗拉強度，則混凝土出現開裂，于是應力重分布，而應力分布后的梁段最大拉應力仍然在開裂后的每段中部出現，當其仍超過抗拉強度時，又將第二次出現裂縫，如此下去，均從中間開裂，一直到中間最大拉應力小于混凝土的抗拉強度，裂縫便穩定，不再增加。如圖2所示。

圖2 溫度應力及裂縫分布示意圖

T梁上部翼板和下部馬蹄配筋密集，約束剛度大，腹板截面厚度小、配筋少、表面約束小，梁體在溫差等因素作用下，腹板處易先出現豎向裂縫。如果馬蹄處存在混凝土缺陷、預應力度低等也會產生裂縫。

T梁溫度應力產生的豎向裂縫主要有以下幾種形態：（1）該裂縫具有規律性，它們一般沿跨長方向分布，間距一般相等。（2）一般分布在跨中、兩個橫隔板之間等區域。（3）裂縫分布在梁肋，呈等寬。主要出現在腹板，部分裂縫會出現在馬蹄倒角甚至馬蹄側面，極少量在馬蹄底面。

該高速公路預應力混凝土T梁豎縫基本滿足上述形態，因此可推斷溫差作用是豎縫產生的主要原因之一。

3.2 設計原因

該高速公路設計年代較早，當時的T梁設計參數與按現行規范設計參數相比，在荷載標準、截面尺寸、配筋、結構計算方法等方面均存在一定薄弱環節。這些因素均可能導致T梁產生豎向裂縫。筆者將不同設計年代、相同橋面寬度、相同跨徑的預應力A類混凝土T梁主要設計參數進行了對比，如表3所示。

3.3 其他原因

施工原因：（1）過早張拉預應力，不僅會造成應力損失，而且會使構件產生微裂縫，降低抗裂性能。（2）保護層厚度可能不均勻或局部不滿足要求。（3）T梁截面小，配筋率高，若施工不當易造成該處混凝土密實性存在缺陷。

目前重載車輛數量多，通行頻率高，重荷載反復對橋梁作用，T梁可能在重載、溫度等作用的偶然組合下出現豎向裂縫。

4 結論及建議

根據定期檢查結果和裂縫成因分析，初步判斷裂縫不是結構性受力裂縫，裂縫的產生和發展與溫差作用、原設計偏弱、施工不當、重荷載通行等原因的一種或多種組合有關。由于定期檢查難以判明裂縫深度、準確成因及其對橋梁承載能力的影響程度，建議對橋梁進行特殊檢查。特殊檢查內容包括：（1）裂縫深度檢測。（2）材質參數檢測。包括混凝土強度、保護層厚度、碳化深度、鋼筋銹蝕、混凝土密實性等。（3）建議選擇典型橋梁進行靜載試驗。（4）根據特殊檢查結果對橋梁進行承載能力檢算。（5）對豎縫進行專項處治設計。

表3 預應力A類混凝土T梁主要設計參數對比表