空心板梁縱向裂縫耐久性修復技術應用研究

文 / 昆山市公路事業發展中心 孫超

預應力混凝土空心板梁橋作為一種常見的公路橋梁結構，普遍存在底板縱向裂縫。本文基于結構耐久性考慮，對在普通國省道橋梁中應用的空心板梁縱向裂縫特種處理技術進行了研究，分析了技術科學性和經濟適用性。最后，為該類型橋梁在普通國省道橋梁養護管理提出了建議。

概述

預應力空心板梁橋是一種常見的公路橋梁結構形式，一般在固定的臺座上綁扎鋼筋，澆筑混凝土，采用先張法施加預應力。由于其可采用工廠規模化的預制，采用吊裝的形式進行安裝，成橋速度快，因此在我國有著十分廣泛的應用。以江蘇省為例，高速公路及國省道單孔跨徑在10-20 米范圍內的橋梁，90%采用該種結構形式。

病害成因分析

常見病害類型與成因簡析

預應力空心板梁常見的病害有橫向裂縫、縱向裂縫、腹板斜裂縫、鉸縫滲水、支座脫空變形等。橫向裂縫主要是由于承載能力衰減、超載等造成，多位于底板跨中。縱向裂縫由于底板厚度不足、放張后預應力筋泊松效應、振搗不良等造成，多位于底板沿預應力筋方向發展。斜裂縫多位于腹板，由于早期配筋設計不合理，抗剪能力不足造成。鉸縫滲水則由于縫鋼筋未交叉綁扎好，鉸縫混凝土質量差造成。支座脫空多由于支座受力不均、標高不在同一平面造成。

上述類型病害中，縱向裂縫的問題最為常見，但該病害卻經常被忽視，或者采用錯誤的方式進行養護。

預應力空心板梁底板縱向裂縫成因分析及危害

根據王成明、劉其偉、李捷等的研究成果表明，預應力空心板梁底板縱向裂縫發生的原因主要是設計方面為滿足減少預制梁數、壓縮施工工期、降低工程造價等要求，常采用寬幅預應力空心板的結構形式，減薄底板、腹板和頂板的厚度，這勢必會造成空心板壁板偏薄，致使剛度偏小進而出現較大的畸變應力，它是導致底板縱向開裂的重要原因之一。

在施工過程中，由于在混凝土澆筑時，芯膜位置正下方的混凝土難以振搗密實，該部位混凝土質量通常較差，如圖1 所示。當鋼絞線放張時，由于存在泊松效應，底板混凝土縱向受壓縮后將產生橫向受拉變形，各類不利因素疊加導致縱向裂縫的產生。

縱向裂縫一旦產生，會對結構的耐久性產生極為不利的影響。通常表現在雨水經梁端流入空心板梁內腔，沿裂縫不斷向下滲漏，導致鋼筋及預應力筋銹蝕，承載能力不斷衰減，嚴重時會造成預應力筋斷裂，預應力體系失效，斷板等問題。

基于耐久性修復的底板縱向裂縫處理技術

常規處理方法

底板縱向裂縫病害常見的處理方案包括：表面封閉、壓力注漿封閉、粘貼碳纖維布或鋼板加固、橫向張拉體外預應力束等。表面封閉、壓力注漿封閉通常僅能封閉裂縫表面，不能阻止腔內積水的進入和下滲。粘貼碳纖維布和鋼板這一類型的加固，主要作用是補強結構的承載能力，對結構的耐久性并無提升；而橫向張拉預應力束提高的是橫向抗彎能力，并且施工復雜，代價極高，也無法解決耐久性問題。

基于耐久性修復的底板縱向裂縫處理技術

基于耐久性修復的考慮，針對空心板梁的底板縱向裂縫適合采用腔內注漿技術。該技術的主要工藝是在空心板梁底板上鉆孔，采用灌漿設備向腔內灌注水泥基灌漿材料，通過灌漿料補償底板的厚度，覆蓋住裂縫表面，并將可能裸露在外的鋼絞線有效包裹，從源頭上封閉腔內積水向裂縫內滲透的通道，防止空氣中水蒸氣、有害介質等進入裂縫內部造成鋼筋和鋼絞線的銹蝕，從而提高空心板梁橋結構的耐久性和安全性。技術原理如圖2所示。

工程應用情況

結構概況

中古塘橋位于S339 省道昆山段，橋跨結構由13m+20m+13m 的三跨簡支預應力空心板梁組成。根據定期檢測結果，該橋的空心板梁普遍存在底板縱向裂縫，且部分已經滲水析白，病害嚴重。因此，養護設計中采用了上述的腔內灌漿處理技術。

施工過程

（1）施工前，首先在梁端、跨中等位置鉆孔。腔內積水排除后，用清水將量體內部進一步清洗干凈，使用內窺鏡，深入腔內檢查，檢查內容包括：腔內有無鋼筋或鋼絞線外露、底板厚度、界面清洗潔凈程度、鋼筋銹蝕程度等。

（2）檢查完畢，根據底板厚度、縱坡等要素，確定灌漿參數，隨后安裝注漿嘴與出漿嘴，按照預定灌漿壓力開始灌漿，待出漿口出現終止標志后，隨即停止灌漿，封堵注漿嘴和出漿嘴。

（3）待灌漿材料初凝后，將注漿管清空，向下拉至合適位置，使之成為排水孔。隨后即可開始進行裂縫表面封閉作業，采用常規的結構膠進行裂縫表面的封閉和涂裝。

技術科學性與經濟適用性分析

技術科學性分析

該技術基于結構耐久性考慮，是唯一能夠徹底解決空心板梁縱向裂縫的方法。分析病害成因可知，裂縫產生后，雨水滲流路線為腔內經裂縫向底板滲透，極易引起鋼筋、鋼絞線的銹蝕。同時，由于底板厚度不足，鋼筋保護層厚度嚴重不足，甚至裸露在外，因此加速了鋼筋銹蝕和結構承載能力的衰減。因此，腔內注漿徹底封住了雨水向底板滲透的路線，同時補足了底板厚度，加大了保護層厚度，極大提升了結構的耐久性，

經濟適用性分析

從經濟適用性方面，該技術具有明顯的優勢。根據其造價測算，縱坡較小時，造價為700-800元/米，縱坡較大時，造價約為：1000-1500 元/米。與其他各類技術方案的造價對比如表1所示。

對比上述各種方法，在經濟性上，腔內注漿技術具有較為明顯的優勢，在徹底解決耐久性問題的同時，造價較為低廉，且無需中斷交通，施工方便，具有較高的推廣價值。

結論與建議

本文根據公路預應力空心板梁的底板縱向裂縫病害，分析了其成因，結合具體的工程應用，基于耐久性修復的角度考慮，對該方法的科學性和經濟性進行了分析，得到如下結論：

（1）預應力空心板梁底板縱向裂縫主要影響的是橋梁耐久性，通常易被忽略，長期危害極大。（2）腔內注漿技術基于耐久性修復的考慮，能夠徹底解決縱向裂縫問題，排除腔內技術，補償底板厚度，包裹裸露鋼絞線。（3）該方法與其他方案對比，對病害根源的把握更為科學，解決病害徹底。（4）對比常見的幾類處置方法，該方法造價較低，施工工藝簡單，經濟社會效益顯著。

綜上，基于目前的分析，腔內注漿技術是解決預應力空心板梁底板縱向裂縫這一耐久性問題的最優解，具有較高的推廣應用價值。