基于装配式PC 小箱梁的腹板开裂及加固方法研究

向钱均

（中交二航局，重庆410071）

国道109 线那曲至拉萨公路改建工程（那曲至羊八井段）是西藏自治区“三纵、二横、六通道”公路网的核心骨架路段，国道109 线那曲至拉萨公路改建工程（那曲至羊八井段）是西藏自治区“三纵、二横、六通道”公路网的核心骨架路段，项目线路全长9.7km，桩号K3690+000～K3699+700，其中桥梁工程长5.7km，路基长4km。桥梁上构采用装配式20m 预应力混凝土简支小箱梁，共计2264 榀。

经实测，检测共发现50 条裂缝，宽度介于0.1～0.2mm 的裂缝共有23 条，宽度δ≥0.2mm 的裂缝共有27 条，最大裂缝宽度为0.30mm。裂缝主要分布在腹板跨中处10m 范围内，裂缝靠近梁底沿腹板水平方向分布，裂缝为受弯裂缝，周边附有白色物质，为保证工程建设安全及箱梁的使用，本文将对腹板裂缝进行分析，并提出有效可行的加固措施。

1 腹板裂缝

1.1 裂缝成因

一般而言，影响箱梁腹板开裂的主要因素有：（1）箱梁腹板的厚度。目前，高强混凝土的出现促进了大跨径连续梁的发展。在设计中，砼的强度提高意味在保证原有刚度的情况下，可以通过减小箱梁整体的腹板厚度来减轻结构自重，但是由于箱梁腹板的主要作用是承受剪力，而过于单薄的腹板会导致箱梁的抗剪能力下降，容易使腹板受剪破坏，导致裂纹产生。而且高强混凝土材料本身是一种复合材料，材料本身的不均匀以及在施工中搅拌、振捣等工序都会产生一些问题，导致裂纹产生。在运营过程中，桥梁随着混凝土的收缩徐变的发展会产生应力重分布，也会导致裂纹产生。通常箱梁腹板的设计厚度是变化的，所以剪力滞效应以及因承受偏心荷载而产生的扭转和畸变的影响也随之变化，因此，腹板受力变得更加复杂，腹板的承载能力也直接与腹板的厚度相关。（2）非预应力钢筋的布置方式。非预应力钢筋的布置方式会对腹板的受力产生一定的影响，虽然箱梁竖向抗剪能力大部分由竖向预应力筋来承担，但是非预应力钢筋不合理的布置或者配筋率未达到要求也会导致腹板开裂，在配筋率相同的条件下，裂缝的宽度随着钢筋直径、间距以及混凝土的保护层厚度的增大而增大；腹板裂缝的开展同样可以采用在腹板表面合理布置防裂钢筋网进行有效控制。（3）温度的变化。由于桥梁结构一直处于自然环境下，桥梁混凝土的温度随着环境温度的变化而变化，但整个桥梁结构的温度变化并不相同。由于混凝土是在热传导方面比较差的材料，尤其是对于最小边长大于50cm 的混凝土构件，其内部温度一般变化很小，但是外部温度变化幅值较大，进而混凝土的内外温差使结构内部产生了温度自应力和温度次内力，共同作用对结构产生了不利的影响。（4）混凝土收缩、徐变。一般由于收缩影响产生的裂缝都在早期施工期间就形成了。徐变是混凝土结构在荷载长期作用下自身内部的微颗粒空隙中的游离水毛细作用析出并蒸发，进而引起混凝土体积缩小的现象，这种弹性变形与时间密切相关。混凝土上作用的荷载与其徐变产生的应变成比例关系，在作用效应相同的条件下，低强度混凝土产生的徐变要比高强度混凝土产生的徐变更大。徐变作为引起预应力损失的一个主要影响因素，对预应力箱梁桥的影响颇大，因此收缩徐变随着结构服役的时间增加，其影响将会越来越显著，不仅会引起内力重分布，导致结构产生次内力，而且可能会在部分区域产生裂缝。

1.2 腹板开裂原因

与本文中开裂情况比较分析，并结合实际检测发现：（1）裂缝周边白色物质为氢氧化钙，属裂缝开裂后砼与水发生化学反应后的产物，经通道，从裂缝中渗出。（2）本文中的腹板裂缝并非出现在梁厂每一片梁上，裂宽较小，方向为水平方向，根据分析为混凝土收缩、徐变不均匀及温度的影响导致了裂缝产生。

综上，本文中的腹板裂缝对结构受力影响较小，为保证其耐久性，需对其采取有效的加固措施。

2 加固方法

在建造之前，请对裂缝进行彻底检查，对裂缝的长度，宽度，数量等进行现场检查，对裂缝进行计数，进行记录并绘制裂缝分布图。

2.1 对宽度小于0.20mm 的裂缝进行封闭处理

（1）首先切割大约5mm 深和10-20mm 宽的V 型槽。凹槽的表面应尽可能光滑。（2）用钢丝刷或竹刷清洁接缝，洗净碎石，用空气管吹净接缝中的石灰砂，并用红外灯干燥混凝土表面。裂缝应使用丙酮或二甲苯基纱线（纱线末端）（请勿用清水清洁）擦洗，以去除储罐混凝土表面的灰尘和油渍。（3）在裂缝周围涂一层环氧浆料，如果裂缝较深，则可以沿垂直方向静注；可以将环氧树脂浆料注入0.5mm 的裂缝中。用约1mm 厚，20～30mm 宽的小刮铲将密封剂拉到裂缝上。使用胶水时，应防止小孔和气泡，并应均匀刮擦以确保可靠的密封。（4）最后涂上环氧砂浆，并用刮铲将其保持与原始混凝土相同的平面。可用于固化环氧树脂。在维护过程中，结构应不受地震或湿气影响，以确保维修质量。

2.2 对宽度大于0.20mm 的裂缝进行清缝灌浆处理

（1）填充材料。用于灌浆的环氧树脂粘合剂是成品粘合剂。灌缝施工用环氧胶应采用成品胶，其各项基本性能指标应满足《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90）的要求，并且不低于《混凝土结构加固技术规范》（送审稿2004.8）中关于裂缝注浆基本性能指标的要求。灌缝施工工艺是参照中科院大连化学物理研究所及辽宁省建设科学研究院合作研制开发的JGN-GS-II 型建筑结构灌缝粘合剂设计。（2）清缝处理。①使用钢丝刷沿裂缝方向清洁表面混凝土，其范围为30-50mm，尤其是去除灌浆基层粘合表面周围的油渍。②使用锤子和钢纤维清除裂纹两侧的浮渣和灰尘，使组件表面光滑，使用鼓风机清洁裂纹，并防止灰烬堵塞间隙。③用一块略湿的布除去表面的灰尘，然后彻底干燥。使用丙酮去除表面上的油渍。如果裂缝内部潮湿，请等待其完全干燥。如有必要，请使用风扇使其干燥。裂缝被堵塞了。（3）粘合剂注浆喷嘴，密封裂纹。①准备密封胶，搅拌均匀，用刮铲在注浆喷嘴底面的四个侧面上刮一点胶进入阀座，并适当向下按压底座，使底部的粘性胶溢出，并盖上灌浆基座的边缘，以便将注入座固定并压实在混凝土上。②注浆喷嘴沿接缝排列，间距为200-300mm。注浆喷嘴应安装在裂缝分叉处，宽裂缝处和末端处。每个裂缝应至少配备一个注浆喷嘴，注浆喷嘴和排气喷嘴。③使用环氧水泥封闭裂缝，并在灌浆前逐一检查灌浆喷嘴的连通性和裂缝的密封效果，即进行渗漏测试。当密封胶具有一定强度时，需要进行泄漏测试。在泄漏测试的前端，在裂缝处涂一层肥皂水，然后通过注浆喷嘴压入压缩空气。修理并密封泄漏点处的泄漏点；为防止灌浆泄漏，密封胶的宽度应为20-30mm，厚度以2mm 为宜。④密封完成后，让密封剂自然固化，并在固化过程中禁止其与水接触。固化时间：约12 小时（20℃），6 小时（30℃）。（4）压力注浆。①注浆施工应在产品规定的温度下进行，各种材料应按要求存放，避免日晒雨淋。②裂缝的填充顺序：垂直缝必须从下到上，平缝可以从一端到另一端一个接一个地进行。③灌浆压力应约为0.3MPa。当进料速度低于0.1L/min 时，继续浇注5min 并停止灌浆。④填满所有间隙后，应根据材料要求对其进行维护。水泥固化后，应除去注浆喷嘴和支撑材料，并修复混凝土表面。⑤胶水达到强度后，将注入器安装在注入座上，并在中等压力下注入胶水。如果进样器在膨胀后迅速收缩，则意味着间隙中的空间很大，需要重新填充。当橡胶管充满膨胀时，停止注射。⑥用丙酮清洁注射工具。⑦注入材料的固化通过用手直接与模具接触来检查材料的硬化程度，并在硬化后将注浆喷嘴击落。⑧当修补胶达到7d 的固化周期时，可以通过岩心取样和超声波检测来检查填缝效果。

3 结论与建议

装配式小箱梁在桥梁快速化建设中占有举足轻重的地位，如何保证结构的耐久性和结构的承载能力是保证桥梁快速化建设的关键。装配化施工中，梁的建设需控制温度、湿度、收缩徐变的影响；产生裂缝后，需及时处理，防止裂缝的扩展。

通过对西藏某梁厂中部分小箱梁的腹板裂缝进行分析，判断裂缝为梁在建设过程中混凝土收缩徐变及温度影响下产生，并提出有效可行的加固措施，保证了小箱梁的安全使用和耐久性。