装配式预应力混凝土梁的缺陷与防治措施

□文/张广寅 秦 岗 孙立喜

□秦 岗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孙立喜/天津市市政工程研究院。

装配式预应力混凝土梁的缺陷与防治措施

□文/张广寅 秦 岗 孙立喜

文章对装配式预应力混凝土梁预制和运营过程中常见缺陷与病害及其成因进行了总结分析并提出了防治措施。

装配式；预应力；混凝土梁；缺陷；病害；防治措施

装配式预应力混凝土梁桥是我国中小跨径桥梁普遍采用的形式，主要有板梁、T型梁、小箱梁。预应力混凝土梁作为桥梁的承载构件，其质量与技术状态的好坏决定着桥梁运营的安全性、耐久性和舒适性。然而在混凝土梁的生产过程中和桥梁运营期间，会因各种原因产生一些缺陷与病害，对梁体质量和桥梁的安全性产生不同程度的影响，严重时甚至造成梁体报废或安全事故。

1 装配式预应力混凝土梁的主要缺陷与病害

1.1 预制过程中的缺陷

1）预应力混凝土梁裂缝

预应力混凝土梁预制过程中出现裂缝的原因。

（1）混凝土内外温差过大。

（2）养生不当。如拆模过早，遮盖措施不力；浇筑1 d后拆模，洒水养生时间不足，造成混凝土表面游离水分蒸发过快，使混凝土产生急剧的体积收缩，水泥的水化作用不能充分进行，而此时混凝土早期强度低，不能抗御这种变形应力，从而导致裂缝产生。

（3）张拉、放张不当产生裂缝。先张法施工工艺会导致梁端中部产生自梁端向跨中延伸的纵向裂缝。后张法在张拉过程中，梁端也有出现类似先张法的纵向裂缝。分析其原因：一是设计上对张拉时梁端混凝土局部应力集中考虑不周；二是张拉时，张拉顺序不当，张拉速度过快；三是梁体混凝土质量低劣或张拉时间过早以及锚垫板附近的混凝土不密实，导致梁端混凝土在张拉后出现碎裂。

（4）其他原因。如计量不准、振捣后水泥浆上浮、有时砂石料的含泥量超限等均会产生裂缝。

2）梁的上拱度过大

上拱度的存在对桥面的标高有一定影响。

（1）混凝土配合比。塌落度越大，上拱度越大。

（2）养护条件。混凝土养护温度高、湿度大，上拱度相应较小。

（3）放张龄期越长，上拱度越小。这实际上反映了弹性模量对上拱度的影响。龄期越长，弹性模量越大，上拱度越小。

（4）塑性变形。混凝土的徐变和收缩对梁板上拱度的影响很大，特别是早期，徐变和收缩的塑性变形越大，上拱度值增量也越大。

3）预制板梁芯模上浮

预制板梁芯模上浮会造成顶板局部厚度不足，主要原因包括下列内容。

（1）梁配筋率高，钢筋间距小，配合比设计时碎石粒径偏小，含量偏高，振捣过程中，传递力的能力大，对芯模振动作用高。

（2）混凝土振捣采用插入式振捣棒，振捣过程中混凝土本身的上浮力很大，如果固定不当，极易产生上浮现象。

4）小箱梁腹板混凝土局部压溃

小箱梁跨径一般在25～40m，多采用先简支后连续，后张法施工过程中，有时会出现锚垫板下和腹板表面混凝土局部压溃现象。锚垫板下压溃主要原因是锚垫板下钢筋较密，振捣不彻底造成混凝土不密实；腹板表面混凝土局部压溃是由于腹板箍筋与架力筋间隔绑扎不全，使腹板混凝土局部整体性较差，加上预埋的预应力管道局部不平顺，当预应力筋张拉时，腹板局部受力过大，箍筋与架力筋发生相对滑移，混凝土

局部压溃。

5）混凝土梁的凿毛

凿毛面积和凿毛深度往往达不到设计要求，而且凿毛后的疏松混凝土清理不干净，后浇筑混凝土时结合面成为薄弱环节而开裂。

1.2 运营过程中的主要病害

1）空心板梁和小箱梁内进水

梁内进水是装配式预应力混凝土空心板梁和小箱梁桥的常见病害。雨水渗流进入梁的内腔，或长时间滞留在梁内，或从梁底裂缝处缓慢渗出。主要原因：一是板梁和小箱梁梁端后封堵结构造成梁体与后封堵之间有缝隙，雨水从已开裂的连续缝或伸缩缝处流入到梁端并渗流到梁内腔；二是板梁梁顶开裂，桥面防水层破坏导致雨水下渗。

2）预应力梁梁底出现横向裂缝

主要原因：一是设计上安全储备小；二是与现行的实际运营车辆荷载有关；三是个别梁和施工质量有关。

3）预应力梁梁底和腹板出现纵向裂缝

板梁梁底纵向裂缝主要出现在梁底板最薄处，长度不等，或靠近梁两端，或跨中部位，或通长，裂缝宽度大部分＜0.2mm，个别有＞0.2mm的。小箱梁纵向裂缝出现在梁底和距梁底约20cm位置的腹板处，长度与板梁规律相近。纵向裂缝部分在预制过程中就已经出现，后期受力后有所扩展。部分是在运营一段时间后出现的，与混凝土收缩徐变及单梁个体本身的施工质量、支承条件不良等有关。

4）预应力混凝土T梁腹板裂缝

预应力混凝土25m和30mT梁腹板均出现裂缝，裂缝形式有2种，一种是支座附近斜裂缝，一种是跨中附近的竖向裂缝。裂缝沿梁高方向最长上至翼缘与腹板交界处，下至马蹄斜面处，并未发展至梁底。主要原因是受力引起。

5）单梁受力

单梁受力是装配式预应力混凝土梁经常发生的严重病害之一。该病害主要出现在板梁和T梁结构，板梁是由于铰缝损坏引起，T梁是由于横隔板开裂引起。主要原因与设计上的结构缺陷、施工上的局部质量隐患及现状运营荷载有关。

2 防治措施

2.1 预制过程中的缺陷预防措施

1）裂缝的预防措施

对温差引起的裂缝，尽可能减少水化热；加强混凝土养生，如及时盖草帘或塑料膜并经常洒水使之保持湿润；先张法均匀放张，如多根整批放张，采用砂箱法或千斤顶法，放张速度应均匀一致，放张宜分数次完成；后张法梁端布筋设计应充分考虑张拉时产生的局部应力集中，增加横向分布钢筋数量和适当增加封锚端和梁端混凝土的几何尺寸，预应力筋张拉顺序应符合设计要求或采取分次、逐级对称张拉，张拉时均匀加载，减小张拉过程出现局部应力集中，确保梁（板）混凝土浇筑质量，特别要加强对锚垫板后的混凝土振捣，张拉前检验梁体是否符合质量标准要求；通过优化混凝土配合比设计、选择好原材料及施工过程控制等措施避免收缩裂缝，如尽量减少水泥用量，掺入适量粉煤灰、矿渣等矿物掺合料以降低混凝土的水化热，延长混凝土初凝时间，以减少混凝土收缩；要慎重选择水泥品种、标号及生产厂家，选择质地坚硬和级配良好的石子、清洁的质地坚硬的粗砂；对含泥量较大的骨料要用水冲洗；水质应通过取样化验，尽可能减少用水量等。

2）梁的上拱度过大预防措施

增强混凝土性能，使其具有较好地和易性；确保预应力筋张拉质量，如张拉千斤顶和油表要及时标定，读数要准确无误，张拉时要同步、对称进行，对钢绞线的左右、上下位置准确定位，钢铰线失效部位的包扎要紧密、牢固；改善养护条件和方法，如及时覆盖、养护，顶面和侧面全覆盖，不定时洒水，保持梁体湿润；改变预应力放张时间的控制模式，可引入强度和弹性模量双重控制，减小施加预应力引起的变形。

3）芯模上浮的预防措施

可在芯模下放时，比原设计高程放低1cm，以抵消芯模上浮时微量变化。施工严格控制振捣方式，对芯模腋下混凝土振捣不宜振得过频、过久，宜通过振捣棒的传递范围控制混凝土的密实度。

4）小箱梁腹板混凝土局部压溃的预防措施

小箱梁锚垫板下腹板混凝土振捣应周密组织，做到及时、均匀，防止漏振。腹板箍筋和架力筋绑扎要做到逢竖横钢筋交叉处必须绑扎且严格达到施工规程要求。

5）混凝土梁的凿毛

混凝土梁的湿接缝处凿毛要求深度一般为0.5～1cm，应露出混凝土石子，松动的混凝土一定要清理干净。设计上要提出明确的施工要求。

2.2 运营过程中的主要病害防治措施

1）空心板梁和小箱梁内进水防治措施

在梁底最低处打孔排水；及时堵住水源，如桥面连续缝开裂处灌注封缝沥青胶，伸缩缝及时更换开裂的橡胶条。选择防水性能和耐久性好的桥面防水层和伸缩缝；从设计上改变空心梁的构造，如将空心梁端设计成实体断面，将支模和拆模的出入口改设在梁底或将空心梁截面设计成倒槽形（纵向设横隔板）。

2）预应力梁梁底横向裂缝防治措施

（1）先张法预应力混凝土板梁。换梁维修，主要针对10、13、16m跨径板梁；采用低压注射法对裂缝进行封闭，再用粘贴钢板临时加固并对加固的板梁定期跟踪观测，主要针对20m及以上跨度的板梁；设计上加大安全储备。

（2）后张法预应力混凝土板梁和小箱梁。

①采用低压注射法对裂缝进行封闭，再用粘贴纤维布或钢板进行加固，并对加固的板梁定期跟踪观测。

②设计上加大安全储备。

3）预应力梁梁底和腹板纵向裂缝和T梁腹板裂缝防治措施

采用低压注射法对裂缝进行封闭，纵横方向采用粘贴碳纤维布条进行加固。

4）单梁受力防治措施

主要是增加梁间的整体横向刚度。改善水泥混凝土铺装层结构；改善梁间横向联结构造；横向施加预应力；从设计上改变简支梁桥横向联接构造。

3 结语

预应力混凝土梁缺陷有一定的规律性和重复性，原因较多，涉及原材料、混凝土的配合比、结构受力和构造设计、施工和养护管理的各个环节。只要抓住预制施工过程中的各个关键环节，保证质量，可有效预防及避免早期缺陷的产生。同时从设计上加大安全储备，从结构构造上改变传统模式，可大大减少后期运营中病害的出现。

[1]沈显才.预应力空心板梁预拱度控制浅析[J].西部探矿工程，2007，（11）：220-221.

[2]钟 原，徐德亮，吴辉本.现浇混凝土梁体芯模上浮问题的分析与探讨[J].河南交通科技，1999，10（5）：14.

U445.72

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1008-3197（2011）01-44-02

2010-07-06

张广寅/男，1965年出生，高级工程师，天津市市政工程研究院，从事桥梁检测工作。

□秦 岗/中交隧道工程局有限公司（天津）第五工程公司。

□孙立喜/天津市市政工程研究院。