论桥梁项目混凝土T梁裂缝特征及分类处理措施

王 普

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

当前桥梁工程结构以现浇钢筋混凝土结构为主，由于施工技术、外部环境、载荷分布等因素的影响，混凝土结构难免会出现裂缝，会严重影响混凝土结构的整体强度、承载力，威胁桥梁结构的整体安全[1-2]。因此，必须针对已存在的混凝土T梁裂缝进行分析，总结其主要特征，明确裂缝的形成原因，提出有效的裂缝分类处理措施，以保障T梁结构的稳定性和安全性。

1 工程概况

某公路桥梁全场45 m，梁体采用C55混凝土简支T梁形式，通过架桥机械设备进行安装，湿接缝混凝土为C50，预应力筋采用强度较高的钢绞线，钢筋采用HPB235、HRB335。该公路桥梁项目服役10年后，部分T梁翼缘板开裂，出现结构渗水、析白问题。

2 裂缝特征分析

2.1 裂缝分布状态

首先逐一标记开裂的T梁翼缘板，拍照取证并画出裂缝分布图，如图1所示，具体裂缝数据包括数量、长度、深度等。

图1 裂缝分布示意图

T梁长度为L，Fs为湿接缝处的裂缝数量，Fd为挡砟墙处的裂缝数量，S为裂缝长度最大值，D为裂缝宽度最大值，裂缝参数统计情况见表1。

表1 裂缝参数统计

根据表1可知：1）挡砟墙处的T梁翼缘板裂缝共401条，湿接缝处的T梁翼缘板裂缝共92条，前者裂缝数量占比81.7%，说明裂缝集中在挡砟墙处；2）最长裂缝长1 322 mm，位于13#T梁翼缘板；3）最宽裂缝宽120 mm，位于3#T梁翼缘板；

2.2 裂缝部位混凝土密实度检测

基于超声波检测原理和设备对T梁泄水孔处的裂缝宽度、混凝土密实度进行测量分析，定位混凝土内部的结构缺陷[3-4]。

（1）单个T梁可划分四个测量区域，每个测量区域均间隔50 mm、100 mm、150 mm布设三个测点。

（2）需检测的T梁共36个，因此需设置432个测点，测量结果表明T梁泄水孔处的混凝土结构超声波波速偏低，但密实度符合要求。

2.3 裂缝部位钢筋保护层厚度检测

通过定位仪器测定翼缘板处的钢筋保护层厚。

（1）每个T梁取设置6个测点，36个T梁共设置216个测点，测得钢筋保护层厚度范围为35～48 mm。

（2）根据上述厚度范围内的钢筋保护层出现Q，得到C-Q分布直方图，如图2所示，结合直方图确定钢筋保护层厚的分布情况。

图2 C-Q分布直方图

根据C-Q分布直方图可知：T梁翼缘板处的钢筋保护层厚集中在35～48 mm之间，根据施工规范可知混凝土保护层厚安全范围为35～45 mm，实际测量发现3处不符合厚度要求，整体合格率达97%，基本达到施工设计要求。

2.4 梁体受力特征分析

利用有限元分析软件对T梁进行建模分析，分析内容主要包括二期恒载、活载组合作用下T梁翼缘板的受力状态[5-6]。

（1）根据施工设计要求可知二期恒载取为180 kN/m2，活载组合为行车载荷+自重载荷+二期恒载+预应力+温度应力+收缩应力。

（2）根据有限元分析可知二期恒载、活载组合共同影响下，翼缘板承压，截面应力均值为负，最大压应力位于L/2处，如图3所示。

图3 二期恒载作用下L/2截面应力

2.5 裂缝类型判定

T梁裂缝宽度均不超过115 mm，深度不超过120 mm，长度不超过1 322 mm，建立深度H、长度5的相关函数，如D′=D，H′=H/590，S′=S/6 050，再画出散点图，总结裂缝特征，系数D′、H′、S′散点分布如图4所示。

图4 系数D′、H′、S′散点分布

根据图4可知，该桥梁的T梁翼缘板裂缝宽度、深度、长度的最大值基本不相关，裂缝处的钢筋保护层厚度、混凝土密实度总体达到施工设计要求，可初步确定钢筋保护层不足、结构外力是导致T梁翼缘板开裂的主要原因，即混凝土配比不合理、混凝土养护不到位、季节温差等因素是导致混凝土出现收缩裂缝的主要原因。

3 处理对策

3.1 总体方案

细小裂缝几乎不会影响T梁承载力、强度，但裂缝继续发展可能会导致裂缝内部的混凝土碳化剥落、钢筋锈蚀，威胁桥梁结构安全[7-8]。

（1）公路桥梁施工规范明确了预应力混凝土梁裂缝安全范围0.15～0.20 mm，但未具体规定裂缝的长度、深度。

（2）该公路桥梁的T梁裂缝属于收缩型裂缝，宽度最大不超过115 mm，表面出现渗水、泛白，但裂缝拓展基本停止。根据裂缝修复处理规范，基于裂缝的宽度、深度合理归类裂缝，确定灌浆法、表面封闭法等裂缝修复技术的主要参数和使用要点，具体见表2。

表2 裂缝精细分类治理工艺要点

（3）基于表2所列分类标准：1）裂缝宽0.15 mm时，D′=0.15；2）裂缝深80 mm时，H′=0.14。

（4）画出D′=0.15、H′=0.14对应线条，发现2#、9#、11#、16#梁裂缝最大宽度小于0.15 mm，深度最大值小于80 mm，采用Ⅳ类方法修复全部裂缝，其他梁体裂缝依据表2给出的施工要点进行分类处治。

3.2 主要工艺

灌浆修补法工艺流程：清缝→钻孔→粘贴注浆嘴→封缝→养护→试漏→注浆→铲掉封缝胶及注浆嘴→表面封闭处理。

3.2.1 灌浆修补法要点

（1）清理裂缝附近的混凝土表面灰尘，如裂缝为Ⅰ类，还需顺裂缝方向做“V”形槽。

（2）依据水泥50%～60%、胶液40%～50%比例配制裂缝密封材料，普通水泥、白水泥按照2∶8配比，封缝宽度15～20 mm，进行2～3次封缝处理后进行必要养护，待封缝浆液达到设计强度后进行渗漏试验。

（3）通过压气方式进行渗漏试验，气压0.2～0.4 MPa，确认不漏气后灌注密封浆料。

（4）灌注密封浆料时从低到高端灌注，当裂缝高端有浆液溢出时停止灌注，保持气压恒定，进行封嘴。

3.2.2 表面封闭处理法要点

裂缝表面封闭材料由封缝胶、水泥按照封缝胶50%～60%、水泥40%～50%配制而成。普通水泥∶白水泥=2∶8，如裂缝为Ⅲ类，应进行3～5次封缝，如裂缝为Ⅳ类，应进行2～3次封缝，等封缝胶水泥发白后再用砂纸磨光。

3.3 治理效果

采用上述措施对该公路桥梁T梁翼缘板裂缝进行分类处治后，运营一年多时间未发现明显裂缝，也没有渗漏、泛白现象，达到预期效果。

4 结论

分析T梁状态及荷载作用下的受力分析确定梁体裂缝的形成原因，提出分类处理措施修复裂缝，达到了预期效果，主要结论如下：

（1）该桥梁T梁翼缘板裂缝主要是收缩裂缝，主要原因是混凝土配比不合理、养护不到位、季节温差等。

（2）根据有限元分析可知，裂缝基本不影响桥梁结构强度，主要考虑裂缝对结构耐久性的影响。

（3）基于梁的宽度和深度将梁翼缘板裂缝分为四类，采用灌浆法、表面封闭法对裂缝进行分类处理，实践证明效果良好。