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[摘要]预应力混凝土箱梁桥因其具有更多优点而在桥梁建设中得到广泛应用，但由于各种因素影响，预应力连续箱梁桥出现了不同病害，其中裂缝是其中最重要一种。加强对预应力连续箱梁桥裂缝的控制，对提高桥梁使用安全和使用寿命具有重要意义。本文首先分析了预应力混凝土连续箱梁桥的特点，随后对影响梁桥裂缝成因进行分析，最后提出了对梁桥裂缝修补策略。
[关键词]预应力梁桥裂缝
中图分类号:U445.71 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0163-01
1 预应力混凝土连续箱梁特点及其分类
随着我国对基础设施建设的重视，桥梁作为公路、铁路、市政基础设施建设中不可缺少的一部分获得了广泛的发展空间，而预应力混凝土连续箱梁桥几乎占了所有桥梁建设的一大半。预应力混凝土连续箱梁桥不仅具有其他桥梁的优点，它还具有构件截面小、自重轻、节约大量钢材、轻柔美观、耐久性高等特点。然而在预应力混凝土箱型梁桥广泛使用的同时,该桥型出现病害尤其是裂缝的现象越来越普遍。据不完全统计,国内80年代修建的预应力混凝土连续梁桥大部分都出现了裂缝问题,桥梁的平均使用年限仅20-30年，这极大的影响了该桥型的推广和使用。众所周知，混凝土是由水泥、水、骨料等材料组成的混合体,在内外力作用下,不可避免的会产生大量裂缝。根据裂缝产生的原因可分为荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、徐变裂缝、基础变形裂缝、钢筋锈蚀裂缝、冻胀裂缝；按裂缝力学特性可分弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝、局部应力裂缝；裂缝的外在表现形式分为腹板裂缝、顶板和底板裂缝、横隔板裂缝等。
2 造成预应力混凝土梁桥裂缝的因素
2.1 材料性质方面的因素
预应力连续箱梁产生裂缝的原因与材料性质有关的因素有：
1、对于大尺寸构件(如边长大于80cm的构件)由于水泥水化热作用,会使混凝土内部和构件表面温差过大,形成水泥水化热温度裂缝；
2、由于混凝土下沉离析,形成水泥浮浆,造成水泥干缩产生裂缝；
3、水泥或集料中含有过量的有害物质如游离的S03等会引起随时间而增长的混凝土酥裂,造成水泥反常凝结产生裂缝；
4、水泥或集料中含过量的活性Si02,而水泥中含碱量(也即Na20含量)过高,会引起碱集料反应,使混凝土随着时间的增长而胀裂；
5、水泥或集料中含泥过量,会随着混凝土的干燥产生不规则的网状裂缝,并降低混凝土的强度；
6、使用了反应性的骨料或风化的岩石,故在集料中含有石灰石,而在含石灰石所在处会引起混凝土爆裂；
7、混凝土自身的干燥收缩等；
2.2 施工方面的因素
在施工前,施工人员对结构受力的理解不够,造成对设计图纸中的受力钢筋、重要构造钢筋等的不重视;在施工时,施工管理不当,施工顺序衔接不当,工人出于自身施工方便而野蛮施工等;在施工后,不按规范提早拆模,对混凝土的养护不及时等。这些因素都是造成了预应力连续箱梁桥出现裂缝的重要原因。
2.3 使用环境温度方面的因素
如冻胀。当温度低于零度以及混凝土发生吸水饱和时,混凝土就可能发生冻胀破坏。冻胀破坏产生的原因还包括:混凝土中骨料空隙多导致其吸水性强;骨料中含有过多的杂质;混凝土的水灰比过大;施工时振捣不密实;混凝土养护不力使得混凝土在早期时受冻。以上情况均是导致混凝土产生冻胀裂缝的原因。对于预应力连续箱梁桥,温度是裂缝产生的主要因素,尤其日照的影响,是不能忽视的产生裂缝的主要因素。
2.4 设计方面的因素
旧《桥规》中关于箱梁竖向应力弹性压缩的损失没有做特别的说明,纵向的预应力筋弹性压缩是由基于一维杆件的轴向压缩的计算而得出的，这和实际计算有时候有出处，其次，在设计时,设计者只考虑理论计算的结果,而未考虑结构实际施工过程中的受力状况。如:箱梁钢筋数量设计过多导致,间距较小,施工过程中混凝土的骨料无法通过,严重时甚至出现空洞现象,这导致了混凝土的强度远达不到设计的要求。最后，超载影响。目前大部分主要干线上的桥梁实际运营情况为大多数超载较为严重,这就导致了腹板所受的实际剪力比设计值要大很多,这使得腹板混凝土的主拉应力增大,对腹板的开裂起加速作用,所以应严格控制超载。
3 预应力混凝土梁桥裂缝的修补方法
对于预应力连续箱梁桥裂缝应采取预防和修补的控制措施，预防要从设计、管理、人员等方面加强，本文主要对预应力连续箱梁桥裂缝补修方法做详细介绍：
3.1 表面封闭修补法
表面封闭修补法适用于注浆材料难于灌入、对承载力无影响、需要进行大面积防漏防渗处理的细而浅的裂缝等。修补法主要有以下几种方法：
(1)水泥砂浆涂抹。主要施工工序为:凿毛一剔槽一清扫一抹浆。具体施工工艺为先将裂缝附近的表面混凝土凿毛,然后使混凝土表面保持平整,扫净湿润,先刷一遍水泥素浆,然后用1:2的水泥砂浆分多层涂抹(应视总厚度而定),待收水后,进行压实、抹光。
(2)环氧砂浆涂抹法。主要施工工艺为:①先在裂缝上口凿一V形槽,槽面应尽量平整。②用工具清理裂缝口和凿内浮浆。采用手持式皮风箱对裂缝内灰砂进行清理,然后用红外线灯烘干混凝土表面,应尽可能保持槽内混凝土面无灰尘、油污等。③在裂缝四周涂抹环氧浆液,在垂直方向也可静力灌注较深裂缝,一般环氧浆液可灌入0.5mm宽的裂缝中。④最后嵌入环氧砂浆,用刮刀使其平面与原混凝土面齐平。常温下5 ~ 7天环氧树脂硬化后就可使用。为保证修补质量,除以酮亚胺等湿固性环氧树脂外,结构在养护期间不宜受潮,且应尽量避免震动。
(3)凿槽嵌补法。该方法是采用手动或气动工具沿混凝土裂缝凿一条深槽,并在裂缝混凝土周边范围内刷毛,再用喷射压缩空气吹净(不得有水珠和油渍),最后用环氧砂浆、沥青、甲基丙稀酸脂类化学补强剂(甲凝)、BL-GROUT高分子树脂胶粘结材料进行填充封闭。槽口的形状见图1所示:
(4)表面喷浆法。该方法是指在经处理后的裂缝表面,喷射一层高强、密实的水泥砂浆保护层来封闭裂缝。它主要包括混凝土喷浆、挂网喷浆和挂网喷浆与凿槽嵌补相结合三种方法,施工时可根据裂缝的性质、部位选用。喷浆前的准备工作主要有:检查喷浆结构表面有无缺陷,并对其进行处理;清除钢筋混凝土结构的露筋铁绣;冲洗和湿润结构表面;准备工作一切就绪则可进行喷浆。
3.2 压力灌浆修补法
压力灌浆修补法是指釆用灌浆加压设备,将配制的较低浓度的浆液通过钻孔灌入到结构物内部裂缝当中进而封闭裂缝。该方法有利于恢复结构的强度、提高结构的耐久性和抗渗性能。一般适用于宽度在0.2~0.3mm之间以及深入结构内部的裂缝。其主要的工艺流程为：裂缝检查及处理→粘贴注浆嘴和封闭裂缝→密封情况检查→配制注浆液→压力灌奖→后处理及质量检查。
3.3 表面粘贴修补法
表面粘贴修补法是一种把玻璃布或者钢板通过环氧基液等粘接劑粘贴在裂缝部位的混凝土面上的方法,该方法在修补裂缝的同时,又能提高构件的承载力和耐久性。
(1)玻璃布粘贴。玻璃布通常采用耐久性好、强度高的无碱玻璃纤维织成。其种类较多,如平纹布、斜纹布、缎纹布、无捻粗纱布等,其中无捻粗纱布由于具有强度高、气泡容易排出、施工较方便等优点应用的比较多。
(2)钢板粘贴。该方法是用粘贴剂把钢板和具有裂缝的混凝土表面粘贴在一起,以达到修补裂缝的目的。
参考文献
[1] 朱汉华,陈孟冲,袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治（M）人民交通出版社,2006.
[2] 彭卫.预应力混凝土连续箱梁桥防裂设计.北京:地震出版社,2006.1.
[3] 谭仲展.浅谈双曲拱桥腹拱裂缝成因及处理措施.技术研发,2011.3.
[关键词]预应力梁桥裂缝
中图分类号:U445.71 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0163-01
1 预应力混凝土连续箱梁特点及其分类
随着我国对基础设施建设的重视，桥梁作为公路、铁路、市政基础设施建设中不可缺少的一部分获得了广泛的发展空间，而预应力混凝土连续箱梁桥几乎占了所有桥梁建设的一大半。预应力混凝土连续箱梁桥不仅具有其他桥梁的优点，它还具有构件截面小、自重轻、节约大量钢材、轻柔美观、耐久性高等特点。然而在预应力混凝土箱型梁桥广泛使用的同时,该桥型出现病害尤其是裂缝的现象越来越普遍。据不完全统计,国内80年代修建的预应力混凝土连续梁桥大部分都出现了裂缝问题,桥梁的平均使用年限仅20-30年，这极大的影响了该桥型的推广和使用。众所周知，混凝土是由水泥、水、骨料等材料组成的混合体,在内外力作用下,不可避免的会产生大量裂缝。根据裂缝产生的原因可分为荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、徐变裂缝、基础变形裂缝、钢筋锈蚀裂缝、冻胀裂缝；按裂缝力学特性可分弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝、局部应力裂缝；裂缝的外在表现形式分为腹板裂缝、顶板和底板裂缝、横隔板裂缝等。
2 造成预应力混凝土梁桥裂缝的因素
2.1 材料性质方面的因素
预应力连续箱梁产生裂缝的原因与材料性质有关的因素有：
1、对于大尺寸构件(如边长大于80cm的构件)由于水泥水化热作用,会使混凝土内部和构件表面温差过大,形成水泥水化热温度裂缝；
2、由于混凝土下沉离析,形成水泥浮浆,造成水泥干缩产生裂缝；
3、水泥或集料中含有过量的有害物质如游离的S03等会引起随时间而增长的混凝土酥裂,造成水泥反常凝结产生裂缝；
4、水泥或集料中含过量的活性Si02,而水泥中含碱量(也即Na20含量)过高,会引起碱集料反应,使混凝土随着时间的增长而胀裂；
5、水泥或集料中含泥过量,会随着混凝土的干燥产生不规则的网状裂缝,并降低混凝土的强度；
6、使用了反应性的骨料或风化的岩石,故在集料中含有石灰石,而在含石灰石所在处会引起混凝土爆裂；
7、混凝土自身的干燥收缩等；
2.2 施工方面的因素
在施工前,施工人员对结构受力的理解不够,造成对设计图纸中的受力钢筋、重要构造钢筋等的不重视;在施工时,施工管理不当,施工顺序衔接不当,工人出于自身施工方便而野蛮施工等;在施工后,不按规范提早拆模,对混凝土的养护不及时等。这些因素都是造成了预应力连续箱梁桥出现裂缝的重要原因。
2.3 使用环境温度方面的因素
如冻胀。当温度低于零度以及混凝土发生吸水饱和时,混凝土就可能发生冻胀破坏。冻胀破坏产生的原因还包括:混凝土中骨料空隙多导致其吸水性强;骨料中含有过多的杂质;混凝土的水灰比过大;施工时振捣不密实;混凝土养护不力使得混凝土在早期时受冻。以上情况均是导致混凝土产生冻胀裂缝的原因。对于预应力连续箱梁桥,温度是裂缝产生的主要因素,尤其日照的影响,是不能忽视的产生裂缝的主要因素。
2.4 设计方面的因素
旧《桥规》中关于箱梁竖向应力弹性压缩的损失没有做特别的说明,纵向的预应力筋弹性压缩是由基于一维杆件的轴向压缩的计算而得出的，这和实际计算有时候有出处，其次，在设计时,设计者只考虑理论计算的结果,而未考虑结构实际施工过程中的受力状况。如:箱梁钢筋数量设计过多导致,间距较小,施工过程中混凝土的骨料无法通过,严重时甚至出现空洞现象,这导致了混凝土的强度远达不到设计的要求。最后，超载影响。目前大部分主要干线上的桥梁实际运营情况为大多数超载较为严重,这就导致了腹板所受的实际剪力比设计值要大很多,这使得腹板混凝土的主拉应力增大,对腹板的开裂起加速作用,所以应严格控制超载。
3 预应力混凝土梁桥裂缝的修补方法
对于预应力连续箱梁桥裂缝应采取预防和修补的控制措施，预防要从设计、管理、人员等方面加强，本文主要对预应力连续箱梁桥裂缝补修方法做详细介绍：
3.1 表面封闭修补法
表面封闭修补法适用于注浆材料难于灌入、对承载力无影响、需要进行大面积防漏防渗处理的细而浅的裂缝等。修补法主要有以下几种方法：
(1)水泥砂浆涂抹。主要施工工序为:凿毛一剔槽一清扫一抹浆。具体施工工艺为先将裂缝附近的表面混凝土凿毛,然后使混凝土表面保持平整,扫净湿润,先刷一遍水泥素浆,然后用1:2的水泥砂浆分多层涂抹(应视总厚度而定),待收水后,进行压实、抹光。
(2)环氧砂浆涂抹法。主要施工工艺为:①先在裂缝上口凿一V形槽,槽面应尽量平整。②用工具清理裂缝口和凿内浮浆。采用手持式皮风箱对裂缝内灰砂进行清理,然后用红外线灯烘干混凝土表面,应尽可能保持槽内混凝土面无灰尘、油污等。③在裂缝四周涂抹环氧浆液,在垂直方向也可静力灌注较深裂缝,一般环氧浆液可灌入0.5mm宽的裂缝中。④最后嵌入环氧砂浆,用刮刀使其平面与原混凝土面齐平。常温下5 ~ 7天环氧树脂硬化后就可使用。为保证修补质量,除以酮亚胺等湿固性环氧树脂外,结构在养护期间不宜受潮,且应尽量避免震动。
(3)凿槽嵌补法。该方法是采用手动或气动工具沿混凝土裂缝凿一条深槽,并在裂缝混凝土周边范围内刷毛,再用喷射压缩空气吹净(不得有水珠和油渍),最后用环氧砂浆、沥青、甲基丙稀酸脂类化学补强剂(甲凝)、BL-GROUT高分子树脂胶粘结材料进行填充封闭。槽口的形状见图1所示:
(4)表面喷浆法。该方法是指在经处理后的裂缝表面,喷射一层高强、密实的水泥砂浆保护层来封闭裂缝。它主要包括混凝土喷浆、挂网喷浆和挂网喷浆与凿槽嵌补相结合三种方法,施工时可根据裂缝的性质、部位选用。喷浆前的准备工作主要有:检查喷浆结构表面有无缺陷,并对其进行处理;清除钢筋混凝土结构的露筋铁绣;冲洗和湿润结构表面;准备工作一切就绪则可进行喷浆。
3.2 压力灌浆修补法
压力灌浆修补法是指釆用灌浆加压设备,将配制的较低浓度的浆液通过钻孔灌入到结构物内部裂缝当中进而封闭裂缝。该方法有利于恢复结构的强度、提高结构的耐久性和抗渗性能。一般适用于宽度在0.2~0.3mm之间以及深入结构内部的裂缝。其主要的工艺流程为：裂缝检查及处理→粘贴注浆嘴和封闭裂缝→密封情况检查→配制注浆液→压力灌奖→后处理及质量检查。
3.3 表面粘贴修补法
表面粘贴修补法是一种把玻璃布或者钢板通过环氧基液等粘接劑粘贴在裂缝部位的混凝土面上的方法,该方法在修补裂缝的同时,又能提高构件的承载力和耐久性。
(1)玻璃布粘贴。玻璃布通常采用耐久性好、强度高的无碱玻璃纤维织成。其种类较多,如平纹布、斜纹布、缎纹布、无捻粗纱布等,其中无捻粗纱布由于具有强度高、气泡容易排出、施工较方便等优点应用的比较多。
(2)钢板粘贴。该方法是用粘贴剂把钢板和具有裂缝的混凝土表面粘贴在一起,以达到修补裂缝的目的。
参考文献
[1] 朱汉华,陈孟冲,袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治（M）人民交通出版社,2006.
[2] 彭卫.预应力混凝土连续箱梁桥防裂设计.北京:地震出版社,2006.1.
[3] 谭仲展.浅谈双曲拱桥腹拱裂缝成因及处理措施.技术研发,2011.3.