摘要：本文以泰萊高速公路上汶河特大橋?yàn)槔�，針�?duì)預(yù)應(yīng)力空心板底出現(xiàn)縱向裂縫病害情況，結(jié)合實(shí)際情況深入分析預(yù)應(yīng)力空心板產(chǎn)生縱裂的原因和機(jī)理，通過(guò)做砼強(qiáng)度、鋼筋銹蝕情況、表面砼碳化等試驗(yàn)以及板內(nèi)鋼絞線數(shù)量同設(shè)計(jì)比對(duì)等多方面驗(yàn)證，探討出該橋預(yù)應(yīng)力空心板發(fā)生縱裂的根本原因，通過(guò)預(yù)應(yīng)力空心板施工、混凝土空心板初期養(yǎng)護(hù)、空心板設(shè)計(jì)方面、橋梁后期改建加固等的控制，減少預(yù)應(yīng)力空心板底出現(xiàn)縱向開裂，并提出了相應(yīng)的防治措施。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力空心板橋;縱向裂縫;原因分析及防治

　　Abstract: Based on the Wen River Bridge in the Taylor highway, for example, longitudinal cracks, combined with the actual situation in-depth analysis of prestressed hollow plate of the cause and mechanism of the longitudinal fissure, and by doing concrete strength for prestressed hollow slab bottomsteel corrosion in the surface of the concrete carbonation test and plate strand number of the same design than many validation, investigate the root cause of the bridge prestressed hollow plate interhemispheric prestressed hollow slab construction, concrete hollow core slabsinitial curing, the design of the hollow plate, bridges and late alterations reinforcement of control, reduce longitudinal cracking in the end of the prestressed hollow slab, and the control measures.

　　Key words: prestressed hollow slab bridge; longitudinal cracks; Cause Analysis and Prevention

　　中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　1、前言

　　在現(xiàn)代橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁由于其自重輕、規(guī)模化預(yù)制、施工方便等諸多有利因素而被廣泛使用，在許多橋梁中就普遍采用了這種結(jié)構(gòu)，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。但近些年來(lái)發(fā)現(xiàn)部分橋梁由于空心板板內(nèi)積水反復(fù)凍脹以及施工空心板預(yù)制和設(shè)計(jì)不符、空心板的初期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍�因致使空心板底出現(xiàn)縱向裂縫，部分開裂嚴(yán)重區(qū)域混凝土脫落、滲水、泛白。本文結(jié)合工程實(shí)例來(lái)對(duì)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板縱向裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析以及對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板板底縱向裂縫采取的處治方法進(jìn)行總結(jié)，作為日后解決類似問(wèn)題的借鑒。

　　2、工程概況

　　汶河特大橋位于S26泰萊高速萊蕪市西郊汶河上，中心樁號(hào)K43+050，該橋是一座54×20m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋,橋梁全長(zhǎng)1084.06m,橋面寬度23m。空心板梁長(zhǎng)1996cm，寬99cm，高85cm，空心板截面(見(jiàn)圖1),采用C50號(hào)混凝土及Ⅱ級(jí)鋼筋。橋面汽車荷載為汽-超20級(jí)，掛-120。

　　橋梁特殊檢查發(fā)現(xiàn)該橋共有約70塊空心板底出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，約占全橋空心板總數(shù)6%，其中橋梁邊板開裂較多。裂縫產(chǎn)生于空心板的中部，有從支點(diǎn)一直延伸至跨中，直至另一支點(diǎn)即縱向貫通開裂。也有部分空心板裂縫并不連續(xù)，僅在局部開裂，而且跨中部位縱向開裂多，支點(diǎn)附近開裂少;也有的空心板開裂嚴(yán)重，部分區(qū)域發(fā)生縱向裂縫發(fā)生分叉，開裂兩側(cè)混凝土存在高差，開裂深度達(dá)7cm，將混凝土切割破碎，混凝土碎塊掉落，露出預(yù)應(yīng)力鋼絞線，開裂處滲水、泛白。多數(shù)裂縫寬度在0.12-0.30mm左右，部分較嚴(yán)重的裂縫寬度達(dá)2.0mm，部分裂縫寬度已大大超過(guò)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGH11—2004)對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件縱向裂縫寬度的規(guī)定值(0.2mm)。

　　發(fā)生縱裂的位置都在空心板縱向中軸線位置或在中軸線附近，裂縫深度均已發(fā)展到預(yù)應(yīng)力鋼絞線的位置，甚至有的裂縫已貫通底板(深度達(dá)到13cm以上)，發(fā)生漏水、泛白嚴(yán)重情況的典型

　　3、原因分析及防治

　　3.1空心板底縱向開裂原因分析

　　預(yù)應(yīng)力空心板板底存在縱向裂縫會(huì)對(duì)梁體的整體性和剛度都會(huì)產(chǎn)生影響，裂縫的存在也會(huì)使混凝土受到損害，并且在混凝土開裂嚴(yán)重區(qū)域使鋼筋暴露在空氣中，增加了鋼筋被腐蝕的機(jī)率，從而會(huì)降低構(gòu)件的使用壽命，通過(guò)實(shí)驗(yàn)空心板鋼筋銹蝕及表面砼碳化情況輕微。縱向裂縫的發(fā)生必然與結(jié)構(gòu)本身的特性存在聯(lián)系，下面從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工兩方面的原因進(jìn)行分析。

　　3.1.1空心板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

　　本橋空心板的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為汽-超20級(jí)，掛-120。鋼絞線采用φ15.24鋼絞線，非預(yù)應(yīng)力筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋。20m預(yù)應(yīng)力空心板橫截面空心板寬為99cm，板高85cm，空心板砼標(biāo)號(hào)為C50。

　　橋梁檢測(cè)部門為了搞清楚空心板底縱向開裂的原因，對(duì)開裂較嚴(yán)重的板進(jìn)行破壞性尺寸檢驗(yàn)，通過(guò)鋼卷尺的現(xiàn)場(chǎng)量取，經(jīng)過(guò)同設(shè)計(jì)資料比對(duì)，空心板外形尺寸同設(shè)計(jì)相符，腹板尺寸厚度同設(shè)計(jì)相符，但頂?shù)装宄叽缤�設(shè)計(jì)相差較大，比設(shè)計(jì)值小2.7cm(原設(shè)計(jì)頂板厚9cm,底板厚14 cm)，具體見(jiàn)下圖3所示：

　　圖3解剖后實(shí)際量取尺寸

　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解剖驗(yàn)證20米空心板預(yù)應(yīng)力鋼絞線共計(jì)14根，同設(shè)計(jì)相符，空心板頂面、腹板等位置普通鋼筋數(shù)量同設(shè)計(jì)相符，也沒(méi)有銹蝕的現(xiàn)象，但該空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋凈保護(hù)層5.1cm,設(shè)計(jì)文件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋凈保護(hù)層應(yīng)為3.74cm，所以空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋位置同設(shè)計(jì)不符。

　　綜上所述通過(guò)全面解剖空心板，總結(jié)實(shí)際截面尺寸和設(shè)計(jì)截面尺寸差異見(jiàn)下表：

　　序號(hào)名稱設(shè)計(jì)值測(cè)量值

　　1空心板頂板厚度9cm6.3cm

　　2空心板底板厚度14cm13.5cm

　　3空心板腹板厚度11cm11cm

　　4預(yù)應(yīng)力根數(shù)14根14根

　　5預(yù)應(yīng)力凈保護(hù)層3.7cm5.1cm

　　6普通鋼筋數(shù)量相同

　　由本橋空心板橫斷面尺寸可以看出，由于預(yù)制空心板時(shí)可能芯模固定不牢，混凝土振搗時(shí)因擠壓力的作用使芯模上浮，造成空心板頂板厚度不足， 致使頂板較薄，一般為7～8cm，而下底板相對(duì)較厚，一般為14～15cm，因此當(dāng)空心板內(nèi)由于橋面積水通過(guò)橋面縱、橫向裂縫滲入到空心板頂，然后通過(guò)板端封頭或板頂裂縫或板頂空洞(上次中修鑿除原先整體化砼板頂被打穿，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)很多板頂出現(xiàn)空洞)進(jìn)入到空心板內(nèi)，使空心板內(nèi)存水，經(jīng)過(guò)反復(fù)凍融，當(dāng)內(nèi)外溫差差別大時(shí),底板中軸線處因橫向拉應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致縱向裂縫出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)空心板內(nèi)積水排放見(jiàn)圖4，該一塊板內(nèi)共排出積水約3立方米。

　　水柱

　　圖4 板內(nèi)積水排放

　　3.1.2空心板的施工情況

　　根據(jù)了解，本橋預(yù)制空心板大部分是在夏季進(jìn)行，在夏季混凝土澆注施工時(shí)，添加外加劑的高標(biāo)號(hào)混凝土的坍落度損失較快，導(dǎo)致空心板的底板混凝土不密實(shí)，導(dǎo)致空心板混凝土質(zhì)量離散性很大。另外由于施工的誤差底板的厚度可能比上設(shè)計(jì)值小，從局部受力分析，它確實(shí)降低了底板的抗裂能力。空心板縱向開裂，與施加預(yù)應(yīng)力的大小也有關(guān)系。夏季預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)，鋼絞線在暴曬下溫度可達(dá)60℃左右，但是混凝土澆注時(shí)，按照施工規(guī)范要求溫度不能過(guò)高，在溫度差的作用下，鋼絞線收縮產(chǎn)生超過(guò)設(shè)計(jì)值的張拉力，致使空心板預(yù)拱度增加，空心板受力也增大，易于發(fā)生開裂。

　　由于該橋建造時(shí)由于空心板數(shù)量多(全橋共1188塊空心板)，因此預(yù)制空心板時(shí)跨越冬季進(jìn)行預(yù)制，即有一部分空心板是在冬季進(jìn)行預(yù)制。在冬季施工過(guò)程中，因?yàn)橥饨鐪囟容^低，而空心板梁混凝土中由于水化熱的原因產(chǎn)生很大的熱量。而在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，當(dāng)油布掀開后，混凝土表面遇冷將發(fā)生急劇收縮，而內(nèi)部混凝土因水化熱尚未完全消失而發(fā)生較大的內(nèi)外溫差，從而形成一種內(nèi)脹外縮的現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生裂縫。梁體頂板與底板收縮不一致導(dǎo)致板底出現(xiàn)縱向開裂。

　　另外空心板梁在預(yù)制板廠養(yǎng)護(hù)時(shí)，當(dāng)油布掀開后，上頂板的冷卻將快于下底板、收縮也將大于、快于下底板，而此時(shí)埋設(shè)于空心板底部的鋼鉸線尚未剪索，梁體預(yù)應(yīng)力尚未得到，再加上上頂板布筋少，抵不住這種大的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致了頂部裂縫的產(chǎn)生。

　　檢查發(fā)現(xiàn)板底出現(xiàn)縱向裂縫，另外一個(gè)原因是板內(nèi)預(yù)應(yīng)力引起次應(yīng)力，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)原空心板預(yù)應(yīng)力鋼絞線回縮量較大，并且14根鋼絞線回縮量差別較大，其中兩根明顯縮進(jìn)板內(nèi)，造成板內(nèi)出現(xiàn)次應(yīng)力，引起空心板底出現(xiàn)縱向裂縫。

　　另外施工過(guò)程中，由于先張法預(yù)應(yīng)力束放張時(shí)，鋼束的回縮會(huì)給混凝土施加強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力，在橫向可產(chǎn)生劈裂橫向拉應(yīng)力。如果預(yù)應(yīng)力放張過(guò)早，混凝土強(qiáng)度尚低，會(huì)產(chǎn)生縱向開裂的微小裂縫。預(yù)應(yīng)力放張過(guò)快，梁體內(nèi)部應(yīng)變無(wú)法很快達(dá)到平衡，發(fā)生應(yīng)變滯后，也會(huì)導(dǎo)致橫向拉應(yīng)力超限而開裂。另一方面如果施工未按照規(guī)范要求對(duì)稱均衡地放張，也會(huì)在截面橫向產(chǎn)生彎矩，應(yīng)力迭加超過(guò)限值后發(fā)生開裂。

　　本橋邊板開裂的較多，約占全橋開裂空心板的半數(shù)以上，分析原因是邊板截面不對(duì)稱，放張后截面上橫向彎距比中板截面大，而尺寸與中板相近，加上防撞護(hù)欄澆筑溫度同邊板預(yù)制時(shí)差別較大，造成收縮不同步，所以邊板是薄弱環(huán)節(jié)，縱向開裂就比中板多些。

　　3.1.3綜合分析，空心板產(chǎn)生縱裂的主要原因首先是由于部分空心板在冬季預(yù)制施工時(shí)，砼強(qiáng)度達(dá)不到放張要求，板內(nèi)存在次應(yīng)力，加上雨水通過(guò)鋪裝縱橫向裂縫滲透到板頂，沿板頂裂縫或者板頂空洞(上次大修換鋪裝打穿了很多板頂)，滲透到板內(nèi)，導(dǎo)致板內(nèi)積水，經(jīng)過(guò)反復(fù)凍融，使空心板發(fā)生較大的內(nèi)外溫差，從而形成一種內(nèi)脹外縮的現(xiàn)象，加上板內(nèi)外溫差較大引起產(chǎn)生縱裂。

　　3.2空心板底縱向開裂防治

　　對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，鑒于對(duì)空心板的整體受力性能影響不大，應(yīng)視其嚴(yán)重程度進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚�主要目的是封閉裂縫，減少構(gòu)件受侵蝕的機(jī)會(huì)，消除裂縫對(duì)空心板使用壽命的影響。

　　對(duì)于板底出現(xiàn)縱向裂縫，但未超過(guò)規(guī)范規(guī)定的限值，建議對(duì)板底順橋向采用碳纖維布進(jìn)行加固。混凝土開裂、碎裂嚴(yán)重的，采取換板處理以消除安全后患。

　　4、結(jié)論

　　由以上情況可以看出，預(yù)應(yīng)力空心板底出現(xiàn)縱向裂縫的原因有設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面。

　　為避免預(yù)應(yīng)力空心板的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向裂縫，首先應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮溫度應(yīng)力的影響，為避免橫向應(yīng)力引起的縱向裂縫可在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)橫向普通鋼筋的配置，雖然結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)常規(guī)的受力驗(yàn)算，能夠滿足規(guī)范要求，但仍需要增加結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)施工偏差的容錯(cuò)性，減少發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的機(jī)率。

　　在施工方面，應(yīng)改進(jìn)混泥土施工工藝，保證混凝土的澆注質(zhì)量。避免在冬季施工橋梁關(guān)鍵承重構(gòu)件，在氣溫較低的季節(jié)施工附屬構(gòu)件，混凝土澆筑后應(yīng)立即采取保溫措施。在空心板養(yǎng)護(hù)階段必須嚴(yán)格按規(guī)范養(yǎng)生，放張應(yīng)采取齡期和砼強(qiáng)度雙控的原則。進(jìn)行維修加固鑿除原橋面鋪裝時(shí)嚴(yán)禁損壞空心板頂板。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] JTJD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

　　[2] JTGH11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

　　[3] JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

　　[4] 楊福源.先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線空心板幾種質(zhì)量通病的探討.北京：人民交通出版社，2OO1.

　　[5] 王 芳,陳建瑞,安 靜.先張法預(yù)應(yīng)力砼空心板梁預(yù)制質(zhì)量控制(J). 交通世界，2007(10).