預應力混凝土橋梁裂縫成因及預防加固措施研究

劉銘煒

摘 要：目前國內大部分橋梁為預應力混凝土橋梁，隨著運營年限的增長，預應力混凝土橋梁時常會出現各種裂縫病害。為了使橋梁加固方案更科學、合理、安全、經濟，更能有效提高橋梁壽命，本文將深入探討預應力混凝土橋梁裂縫成因及預防加固措施。

關鍵詞：預應力;混凝土;橋梁;裂縫

0 引言

基于建設交通強國的背景下，交通基礎設施建設已成為實現其目標的重要抓手之一。目前國內已建或在建的大部分橋梁均為預應力混凝土橋梁，但隨著運營年限的增長，預應力混凝土橋梁時常會出現各種各樣的病害，如裂縫病害、跨中下撓、支座病害及橋梁鋪裝病害等，其中預應力混凝土橋梁的裂縫病害尤為普遍及嚴重。為了能為橋梁維修加固設計人員提供橋梁加固設計理念、思路和方法，使橋梁加固設計方案科學、合理、安全、經濟，能有效提高橋梁壽命，文章以混凝土裂縫成因為出發點，著重分析了相關的預防及加固措施，希望能夠給相關技術人員提供參考依據。

1 預應力混凝土橋梁裂縫的種類

預應力混凝土橋梁裂縫的種類主要有結構性裂縫以及非結構性裂縫兩種。其中，結構型裂縫主要表現在：它可以造成裂縫形成各種不同的形狀，如：八字型裂縫、水平型裂縫以及垂直型裂縫。而非結構型裂縫主要表現為收縮型裂縫、溫度型裂縫以及塑性型裂縫。裂縫的產生的原因各式各樣，因此，在橋梁維修加固設計中必須針對橋梁構件常見病害進行成因分析。

2 預應力混凝土橋梁裂縫成因分析

2.1 設計方面

橋梁結構受力分析是橋梁結構安全的重要保障。但由于計算模型中對結構受力的假設與實際受力并不完全符合，在計算過程中可能會出現橋梁荷載模擬不精確，出現少算、漏算的情況，從而導致結構安全系數不夠;或者在結構設計時忽略規范規定的構造要求，導致截面尺寸不足，從而使結構剛度不足;或者鋼筋設置偏少及布置不合理，同時在結構設計時未充分考慮施工可行性，導致施工與設計出現偏差。以上種種原因都可能導致后期預應力混凝土橋梁產生裂縫。

2.2 施工方面

施工隊伍在進場后，未充分領會設計圖紙意圖，不了解橋梁結構的受力特點，不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式等問題是導致后期預應力混凝土橋梁產生裂縫病害的重要原因之一。

此外在施工階段，將不合理的施工機具或材料堆放在橋梁上，預制結構的安裝不妥當，也會造成結構受力不合理，進而產生裂縫。對于現澆預應力混凝土橋梁，若現場施工過程中，施工車輛超載行駛會導致橋梁混凝土內部應力過大，進而造成裂縫。

2.3 運營方面

隨著國民經濟的發展，大型車輛越來越多，交通壓力也越來越大，導致超出設計荷載的重型車輛在路上頻繁出現，橋梁裂縫病害也隨之暴露。此外，在橋梁運營階段，也時常會受車輛、船舶等的接觸和撞擊或者發生地震、爆炸等引起的震動，這也成為橋梁裂縫出現的又一原因。

2.4 其他方面

2.4.1 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形受到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。大跨度橋梁，其溫度應力可以達到甚至超過活載產生的應力。

溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：（1）年溫差：一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。（2）日照：橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。（3）驟然降溫：突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。其中日照和驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。

2.4.2 應力原因

在道路橋梁施工中，應力也是造成混凝土產生裂縫的原因之一。其主要表現：在進行混凝土施工的過程中，混凝土會進行散熱與硬化，此時就會出現不同程度的收縮現象。如收縮的應力過大超過混凝土最大的抗拉強度時，混凝土的結構就會出現收縮性質的裂縫，從而影響到整個道路橋梁的質量與使用壽命。因此，在具體的實踐過程中，一定要對混凝土的應力問題進行有效的解決。

3 預應力混凝土橋梁裂縫預防及修補加固措施

3.1 設計階段裂縫預防措施

在橋梁設計階段，必須嚴格根據相關規范及相關經驗設計結構尺寸，準確模擬橋梁荷載并對結構進行精細化分析。在經濟合理的情況下，盡可能提高結構安全系數，嚴格控制裂縫寬度。做到盡可能在源頭上防止橋梁裂縫病害的出現。

3.2 施工階段裂縫預防措施

施工隊伍在進場后，須充分理解設計圖紙意圖，充分了解橋梁結構的受力特點，嚴格按設計圖紙及施工順施工。在施工過程中，嚴禁將不合理的施工機具或材料堆放在橋梁上，以及嚴禁施工車輛超載行駛在橋梁上。

鑒于道路橋梁施工過程中出現的混凝土溫度裂縫問題，首先，施工人員須先對現場地質等方面進行全面的勘查，確定好水泥以及粉煤灰等的使用材料，將混凝土粗集料最大粒徑加以把控，加強對結構試驗工序的關注，有效控制混凝土配合比，從根本上降低溫度裂縫的發生;其次，在施工人員進行混凝土攪拌環節時，應該做好時間的控制工作，避免攪拌周期較長，導致表面較多的水分流失，進而引發裂縫現象;再者，施工人員須合理地引進及應用先進的施工工藝，維持整個施工工作能夠高效開展，秉持分層或者是分塊的處理模式，使保結構表面存在的熱量能夠在最短的時間內散去，盡可能的降低后期結構產生裂縫的可能性。

3.3 營運階段裂縫修補及加固措施

對應后期橋梁出現裂縫后的修補及加固措施主要有：

（1）對梁底彎曲裂縫和沿預應力筋的縱向裂縫，可采用粘貼鋼板、粘貼纖維復合材料的方法加固，也可采用增大截面法加固。增加鋪裝層厚度，加大截面受壓區面積可提高抗彎強度和剛度，直接提高截面抗彎能力和剛度。但因增加的重量會抵消部分抗力，因此提高截面高度有限。（2）對于腹板上的斜裂縫，可在與裂縫反向并近似與水平線成45°，即大致正交于斜裂縫的方向粘貼鋼板或纖維復合材料;對梁高度較矮，鋼板或纖維錨固長度不足時，可粘貼成U形箍和加壓條的形式。（3）對于腹板上的收縮裂縫和錨固區的裂縫，視縫寬大小可采用環氧膠封閉或灌縫處理。（4）對橋面縱向裂縫，可結合鋪裝層改造增加厚度和橫向配筋，或者增加、加大橫隔板。（5）對病害較多、較重的某一單片梁，條件許可時，可采用更換新梁的方法進行加固，然后重新澆筑整體化層。

3.4 道路橋梁的后期保養

在橋梁交工驗收或維修加固后，為了避免裂縫的產生及擴散，養護人員需加強對橋梁的后期保養和逐漸優化改進，定期檢查混凝土材料構造的損害程度以及保養和修補。后期保養程度及效果能夠直接對整個工程造成影響，因此，養護單位應科學地去規劃道路橋梁的后期保養，這樣才能有效提高橋梁壽命。

4 結束語

本文針對預應力混凝土橋梁裂縫的成因和預防加固措施進行了深入分析，橋梁產生裂縫的原因有很多，但可以從設計階段、施工階段及營運階段采取相應的措施，有效提高橋梁使用壽命。

參考文獻：

[1]彭衛，邢鴻燕，柯善剛.PC連續箱梁橋裂縫控制研究[J].浙江工業大學學報，2003（1）：24-29.

[2]何慶姝.橋梁混凝土裂縫產生原因及控制措施分析[J].建筑技術開發，2018，45（22）：110-111.

[3]郭愛永.道路與橋梁混凝土施工溫度控制和裂縫防治[J].科技資訊，2018，16（33）：75-76.

[4]王翰林.橋梁施工中混凝土裂縫成因分析及處理措施[J].中小企業管理與科技，2018（11）：181-182.

[5]尹芳.橋梁混凝土出現裂縫的原因[J].黑龍江交通科技，2018，41（11）：144+146.