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(nèi)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(xiàn)各種裂縫病害。為了使橋梁加固方案更科學、合理、安全、經(jīng)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(guān)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(chǔ)設施建設已成為實現(xiàn)其目標的重要抓手之一。目前國內(nèi)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(xiàn)各種各樣的病害，如裂縫病害、跨中下?lián)稀⒅ё『皹蛄轰佈b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(jīng)濟，能有效提高橋梁壽命，文章以混凝土裂縫成因為出發(fā)點，著重分析了相關(guān)的預防及加固措施，希望能夠給相關(guān)技術(shù)人員提供參考依據(jù)。

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(jié)構(gòu)性裂縫以及非結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。其中，結(jié)構(gòu)型裂縫主要表現(xiàn)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(jié)構(gòu)型裂縫主要表現(xiàn)為收縮型裂縫、溫度型裂縫以及塑性型裂縫。裂縫的產(chǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)受力分析是橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要保障。但由于計算模型中對結(jié)構(gòu)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(xiàn)橋梁荷載模擬不精確，出現(xiàn)少算、漏算的情況，從而導致結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠;或者在結(jié)構(gòu)設計時忽略規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求，導致截面尺寸不足，從而使結(jié)構(gòu)剛度不足;或者鋼筋設置偏少及布置不合理，同時在結(jié)構(gòu)設計時未充分考慮施工可行性，導致施工與設計出現(xiàn)偏差。以上種種原因都可能導致后期預應力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫。

2.2 施工方面

施工隊伍在進場后，未充分領(lǐng)會設計圖紙意圖，不了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點，不按設計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式等問題是導致后期預應力混凝土橋梁產(chǎn)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(jié)構(gòu)的安裝不妥當，也會造成結(jié)構(gòu)受力不合理，進而產(chǎn)生裂縫。對于現(xiàn)澆預應力混凝土橋梁，若現(xiàn)場施工過程中，施工車輛超載行駛會導致橋梁混凝土內(nèi)部應力過大，進而造成裂縫。

2.3 運營方面

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)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(xiàn)，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(fā)生地震、爆炸等引起的震動，這也成為橋梁裂縫出現(xiàn)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(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形受到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)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(chǎn)生的應力。

溫度裂縫區(qū)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(jié)構(gòu)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(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)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(cè)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(xiàn)裂縫。（3）驟然降溫：突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。其中日照和驟然降溫是導致結(jié)構(gòu)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(chǎn)生裂縫的原因之一。其主要表現(xiàn)：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(xiàn)不同程度的收縮現(xiàn)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(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)收縮性質(zhì)的裂縫，從而影響到整個道路橋梁的質(zhì)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(jù)相關(guān)規(guī)范及相關(guān)經(jīng)驗設計結(jié)構(gòu)尺寸，準確模擬橋梁荷載并對結(jié)構(gòu)進行精細化分析。在經(jīng)濟合理的情況下，盡可能提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，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(xiàn)。

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(jié)構(gòu)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(xiàn)的混凝土溫度裂縫問題，首先，施工人員須先對現(xiàn)場地質(zhì)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(jié)構(gòu)試驗工序的關(guān)注，有效控制混凝土配合比，從根本上降低溫度裂縫的發(fā)生;其次，在施工人員進行混凝土攪拌環(huán)節(jié)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(fā)裂縫現(xiàn)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(jié)構(gòu)表面存在的熱量能夠在最短的時間內(nèi)散去，盡可能的降低后期結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(xiàn)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(qū)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(qū)的裂縫，視縫寬大小可采用環(huán)氧膠封閉或灌縫處理。（4）對橋面縱向裂縫，可結(jié)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(yǎng)

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

4 結(jié)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(chǎn)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。

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