浅析先张法预应力砼空心板梁纵向裂缝及处治措施

王启海　顾建武

先张法预应力砼空心板梁由于构件大批量生产，降低了预制成本，并且便于质量控制，也利于缩短工期，但有的桥梁在完工后，存在部分空心板的底板中部有纵向裂缝。

众所周知，空心板的主要受力方向是纵桥向。在施工和使用过程中，由于预应力及外荷载的作用，空心板会产生纵桥向的弯矩等内力，如果产生的应力超过砼的抗拉强度，就会发生板顶或者板底的横向裂缝。而纵向裂缝的产生，就有些不常规，让人不知所措：首先，它产生的原因不明；其次，纵向裂缝对结构的危害及影响有多大还不得而知。下面，仅对先张法预应力砼空心板纵向裂缝的产生原因及危害，进行分析和探讨。

1.病害情况及对结构的影响

发生纵向裂缝的板梁为跨径13m、16m、20m的简支及简支变连续先张法预应力砼空心板。开裂现象仅发生在少部分空心板，并且边板开裂较多。裂缝产生于空心板的中部，有从支点一直延伸至跨中，直至另一支点。也有部分空心板裂缝并不连续，仅在局部开裂，而且跨中纵向开裂多，支点附近开裂少；也有的空心板发生多道纵向裂缝，相互交织。有的甚至将砼切割破碎，砼碎块掉落，露出预应力钢绞线。多数裂缝宽度在0.12-0.30mm左右，部分较严重的裂缝宽度达1.0mm，大多数的裂缝宽度已超过《公路桥涵养护规范》（JTGH11—2004）对预应力构件纵向裂缝宽度的规定值（0.2mm）。裂缝深度均已发展到预应力筋位置，有的贯通底板，发生漏水等情况。

设计单位对结构进行了裂缝宽度、承载力等的常规验算，空心板的承载能力满足规范要求。从施工、监理资料来看，空心板的预制、存放、安装施工过程并无明显的违反施工规范的过错。但裂缝会对梁体的整体性和刚度会产生影响，裂缝的存在也会使砼受到损害，并且使钢筋暴露在环境中，增加了钢筋受腐蚀的机率，从而会降低构件的使用寿命。纵向裂缝的发生必然与这种结构本身的特性存在联系，下面从结构设计和施工两方面的原因进行分析。

2.空心板结构设计情况

该类型空心板的设计荷载等级标准为汽车一超20级。钢绞线采用ASTM A416-90a标准270级低松弛钢绞线。13m、16m、20m空心板横截面空心板宽度1m，各自不同的高度，中心部分挖空的截面混砼标号为C50。

3.空心板的施工情况

根据了解，发生开裂的空心板的预制施工及存放、吊装过程，均依照规范要求进行，并无特殊之处，只是出梁时间多为夏季，在预制施工过程中，有两件事值得关注。

一是空心板底板砼的施工质量偏差。经检测，虽然空心板砼质量合格，没有明显的浇注施工质量缺陷，但是部分梁底板的砼看起来没有其他桥梁上的底板平整光洁，似乎由振捣不充分所致。经了解，由于采用C50混凝土，为了增加和易性，加快工期，添加了早强剂等添加剂。施工季节为夏季，施工中发现混凝土坍落度损失很快。

二是夏季预制空心板的预拱度明显比其他季节预制的板要高。以16m板为例，根据现场监理提供的情况，高温时期的梁放张后预拱度达到3cm左右，远高于设计提供的预拱度。而秋季预制的梁预应力束放张后，预拱度约1cm，但是查看预应力束张拉等施工记录，并无其他明显差别。

4.裂缝原因分析

由以上情况可以看出，空心板纵向裂缝的发生有设计和施工两方面的原因。同时仅仅部分空心板开裂，并且发生裂缝的情况有的较轻，有的对结构可能会造成影响，这说明施工质量存在较大的离散性，与施工控制不严有关。

采用C50混凝土，当然能够提高空心板的承载能力和安全储备，但是却给砼浇注施工带来困难。在夏季砼浇注施工时，添加外加剂的高标号混凝土的坍落度损失较快，导致空心板的底板砼不密实，导致空心板砼施工质量离散性很大。另外由于施工的误差底板的厚度可能比上设计值小，从局部受力分析，它确实降低了底板的抗裂能力。空心板纵向开裂，与施加预应力的大小也有关系。夏季预应力束张拉时，钢绞线在暴晒下温度可达60℃左右，但是砼浇注时，按照施工规范要求温度不能过高，在温度差的作用下，钢绞线收缩产生超过设计值的张拉力，致使空心板预拱度增加，空心板受力也增大，易于发生开裂。

另外施工过程中，由于先张法预应力束放张时，钢束的回缩会给砼施加强大的预应力，在横向可产生劈裂横向拉应力。如果预应力放张过早，砼强度尚低，会产生纵向开裂。另外预应力放张过快，梁体内部应变无法很快达到平衡，发生应变滞后，也会导致横向拉应力超限而开裂。另一方面如果施工未按照规范要求对称均衡地放张，也会在截面横向产生弯矩，应力迭加超过限值后发生开裂。

至于边板开裂较多，是因为边板截面不对称，放张后截面上横向弯距比中板截面大，而尺寸与中板相近，所以边板是薄弱环节，纵向开裂就比中板多些。

5.结论与建议

为避免此类型空心板的结构产生裂缝，首先应优化设计。虽然结构的设计通过常规的受力验算，能够满足规范要求，但仍需要增加结构应对施工偏差的容错性，减少发生质量问题的机率。 在施工方面，应改进砼施工工艺，保证砼的浇注质量。并且规范预应力放张工序的施工操作，严格按照规范要求，在砼强度达到要求后，对称、均衡、缓慢地放张，避免产生过大的横向拉应力，减少裂缝的发生机率。

对于已经出现的裂缝，鉴于对空心板的整体受力性能影响不大，应视其严重程度进行适当的处理，主要目的是封闭裂缝，减少构件受侵蚀的机会，消除裂缝对空心板使用寿命的影响。对于开裂较少的，可以采取注浆封闭措施。砼碎裂严重的，可消除碎渣，注浆封闭裂缝后，再贴碳纤维予以补强，或者换板，消除后患。

参考文献：

[1]刘效尧，蔡键，刘晖. 桥梁损伤诊断[M].北京：人民交通出版社。

[2]公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000） 路桥集体第一公路工程局主编 2000 北京： 人民交通出版社

作者单位：泰州远通交通工程监理咨询有限公司