桥梁空心板梁底开裂成因及其处理防范措施

桥梁空心板梁底开裂成因及其处理防范措施摘要：针对某空心板桥梁在施工中出现锚端裂缝的问题，结合施工经验，分析裂缝产生原因，有内应力、普通钢筋用量不当、薄厚构件的连接、水泥的水化热作用、矿物成分与水起水化反应、碱骨料反应、混凝土的干缩作用。指出裂缝对梁承载力和正常使用的影响，提出了具有针对性的处理防范措施。关键词：桥梁工程、预应力混泥土、板梁裂缝、防范措施1 概述 近年来，在高等级公路建设中较多采用先张预应力空心板和预应力混凝土梁，特别是简支梁先张预应力空心板的跨径在10m20m以内和预应力混凝土梁的跨径在20m40m以内的两种结构与其他形式的结构相比，具有变形小、使用年限长、造价低、施工方便等优点，因此以上两种结构有着极强的竞争力，采用也相当普遍。在施工中，有些板梁存在不同程度的开裂，甚至增加许多养护、维修费用，缩短桥梁使用寿命。产生裂缝的主要有混凝土、钢筋存在质量缺陷；板梁设计环节、施工质量、气候环境等因素有关。本文通过结合近年的工作实践，对其裂缝成因及其处理防范措施，与同行们共同探讨。2 预应力混凝土板梁裂缝内部成因分析 2.1 内应力 在混凝土构件中内应力因温度、收缩与徐变而产生，此为不同纤维中的约束应变所致，任何这种差别在超静定结构中将引起外约束力，由于这些约束力引起的应力超过了混凝土的抗拉强度从而导致裂缝产生，桥梁上许多裂缝都是受此影响产生。 2.2 普通钢筋用量不当 设计时由于普通钢筋用量过少或间距不足，致使裂缝宽度没有保持在允许范围之内，但也可能是普通钢筋在混凝土局部用量过大或间距过密从而阻止混凝土正常凝固收缩而导致裂缝产生，这两种情况主要发生在早期开裂。 2.3 薄厚构件的连接 将一薄一厚的混凝土部件相连接是危险的，与厚部件相比薄部件更易受到温度、收缩和徐变等的因素影响而使薄部件更易开裂。2.4 水泥的水化热作用 混凝土在拌和、振捣、运输、凝结、硬化的过程中，水泥和水发生水化反应。水化反应过程中释放出大量的热能，在水化反应时有两次升温和两次降温过程，内部温度升高，板面温度却因外界气温有所降低。混凝土内部体积因升温而膨胀，混凝土表面因降温而收缩，当混凝土内部膨胀所产生的压应力和混凝土表面缩收所产生的拉应力超过其抗压强度和抗拉强度时，梁板表面就将发生裂缝现象。2.5 矿物成分与水起水化反应 水泥与水接触后，水泥中的矿物成分与水发生水化反应生成水化物，水化物的体积是水泥体积的2倍多，伴同水化物的生成在混凝土中会产生大量的热量，当内外差产生时，裂缝便形成。2.6 碱骨料反应 我们施工中，多数为硅酸盐骨料，是活性集料中含有无定型氧化硅成分，或在碱环境中石料本身会产生膨胀，当混凝土拌和后，随着水泥中的碱不断溶解，这时碱液与活性骨料中的硅酸盐物质发生化学反应，胶状的碱硅胶析出，当胶从周围介质中吸取水分而产生的拉应力超过其抗拉强度时，将会出现裂缝。2.7 混凝土的干缩作用 混凝土在凝结、硬化过程中，少部分水分参加水化反应，大部分水分逐渐蒸发，使混凝土体积发生干缩变形。由于在水泥浆形成水泥石的过程中，其极限干缩接近3000微应变.这种干缩作用使混凝土内产生程度不同的拉应力。由于混凝土硬化初期抗拉强度较小，一旦干缩产生的拉应力超过其抗拉强度时，就将会出现裂缝现象。3 预应力混凝土板梁裂缝外部成因分析 3.1 混凝土局部应力过大 由于预应力筋锚垫板下会产生很大的局部应力，周围混凝土很容易产生细微裂缝，但此裂缝危害较小，可是当锚垫板下混凝土不密实或养生不够时则易产生较大裂缝，此裂缝危害较大。3.2 主要受力钢筋数量不足 预应力钢筋在设计或施工时不足，导致钢索线形布置有误差，使受拉区变形过大，混凝土拉应力超过其抗拉强度而导致裂缝产生。3.3 混凝土配比不合理 预应力板梁混凝土设计标号较高，跨径20m以上约为50号，跨径10m、13m和16m为40号较好。在混凝土配比设计时，通常施工人员偏于保守，水泥用量往往超过高限，特别是在新混凝土评定标准提高后，新标准的水泥用量较以前增加了5左右，由于水泥的用量增加使混凝土凝结缩量大，造成表面产生裂缝。3.4 水灰比过大 在拌制混凝土过程中，个别拌和设备计量不准，特别是用水量控制不精确，随意性较大，当水灰比过大时就会自下造成离析现象，其结果粗骨料沉于下部，多余水分上升，并且导致振捣后水泥浆上浮到板顶，使混凝土强度不均匀，下部分强度较大，顶板强度较低，这种混凝土强度较弱区往往是裂缝容易发生的部位。当底板浮浆过多发生收缩现象较为明显，就会在每根箍筋处顶板横向产生较为严重裂缝隙。3.5 砂、石料含泥量超限 在施工过程中，由于砂、石料含泥量超限，它们与水泥之间的胶结力有所下降，从而造成混凝土的强度和抗渗性均降低同时产生网状裂缝。3.6 内模胶囊上浮 预应力空心板在混凝土浇筑过程中，胶囊被混凝土的较大的浮力支撑，一旦胶囊固定不牢，就会发生胶囊上浮现象，从而导致顶板厚度减小，在这种情况下也极易产生裂缝。3.7 抽拔胶囊过早 空心板抽拔胶囊所需时间与养护温度高低和混凝土的质量有关，一般混凝土强度控制在0.6MPa0.8MPa时为宜。如果过早抽拔则会出现“粘皮”现象，影响混凝土的质量，当顶板厚度减小或是顶板浮浆过厚时，裂缝很容易发生，在这种原因下出现的裂缝多为纵横裂缝。3.8 保护厚度不均匀 在钢筋成型时，有时不能准确控制尺寸，造成空心板顶板和主梁翼缘的上下部保护层过小或过大，这种情况也会导致裂缝产生。 3.9 内模变形 在制造质量或施工中空心板内模胶有损坏，造成混凝土浇筑过程中发生漏气现象，气压降低；在混凝土几乎没有强度的情况下，箱梁内模变形，顶板混凝土将发生下陷，可能会造成难以补救的事故。3.10 侧模拆除时间过早 当拆除侧模板时，混凝土抗压强度达不到2.5Mpa时，由于操作时发生震动，较窄的竖向裂缝易在侧面出现。3.11 预埋钢筋被碰撞 在养生或操作中，当混凝土抗压强度很低时，碰撞板梁顶预埋钢筋，这时混凝土的抵抗外力的能力基本没有，从而生裂缝。3.12 气温变化大 在温差变化大的季节裂缝容易发生，大风化或气温的急剧变造成混凝土表面急剧冷缩或干缩，从而使混凝土表面的拉应力增大，加快混凝土早期裂缝的形成。3.13 养生不及时 当混凝土施工完毕后，没有按时很好地养护，导致混凝土表面水分过快蒸发，从而形成干缩裂缝。当外界温度在5以下时，如果没有及时覆盖保温材料，也容易出现裂缝。3.14 墩台下沉和落架过早 梁底支架拆除过早或墩台不均匀下沉造成梁的挠度变形过大，在超静定结构中导致桥墩支承点处较大内应力，顶部混凝土拉应力超过抗拉应力，有较大裂缝出现，对桥梁危害性较大。4 裂缝防治及措施 4.1 设计中普通钢筋的合理配置 结构计算之后设计人员必须详细检查细节设计，特别是力筋和钢筋的布置必须符合合理的保护层和间距数值的要求，禁止为节省材料而试图减薄腹板和板的厚度。4.2 薄厚构件的连接设计 薄厚构件连接处设计时要尽量使两构件的厚度一致，同时还要使连结钢筋合理配置，施工时最好不要采用两次浇筑。4.3 控制梁根部变形 超静定结构墩台基础底地基易产生不均匀下沉，如不易改造或地质状况不好，则应选用其他静定结构。梁底支架不可过早拆除会导致梁的挠度变形过大，多孔桥应同时对称落架。4.4 合理进行混凝土配合比设计 在设计混凝土配合比中，不要为了提高保证率而过分增加水泥用量，在满足混凝土坍落度要求的前提下，一定要采取可靠的减水剂，合理调整混凝土配合比，式水泥与水的用量降低，以减少混凝土的凝结收缩量。4.5 严格控制原材料 按照质量要求，严格选料，对不符合要求的石料、砂和水泥禁止进场，对含泥量较大的骨料要先用水冲洗，严禁使用过期和不同标号的水泥，尽量采用发热量及收缩量较小的水泥。4.6 选择好的天气浇筑混凝土并应连续进行 注意天气预报，尽量在较好的天气时浇筑空心板，尽量避开下雨和温差较大的天气浇筑。夏天浇筑混凝土注意不宜在白天进行，在冬季应在温度较高的时间浇筑混凝土，并要采取适当的冬季施工措施.在浇筑空心板过程中严禁间断施工，底板混凝土振平之后，就应立刻放内模并浇筑第二层混凝土，尽量将施工缝处上下两部分混凝土的施工时间差缩短，确保混凝土浇筑的连续性。4.7 适时收浆二次抹平 混凝土在初凝前常常会出现裂缝，这时必须及时收浆二次抹平，这样处理有两个好处，一是使混凝土表面的密度增加，二是使混凝土表面产生的裂缝愈合，这是消除混泥土早期裂缝最有效的措施。4.8 严格检查胶囊漏气，防止胶囊上浮 要经常打压检查使用的胶囊，发现漏气者应及时修补.。要准确定位下料，生根要牢固，一般应定在钢绞线上为好，防止胶囊上浮，出现顶板厚度变小，最终引起早期裂缝。4.9 加强混凝土养生 混凝土浇筑完毕，要及时盖草或塑料膜，并经常洒水使之保持湿润。当外界气温低于10，要加保温材料，进入冬季后应采用蒸气养生。在早期养生时防止碰预留胶缝筋，更不要在其上行走。4.10 严格控制拆模时间 根据现场混凝土强度制定抽内模的时间，最好通过试块来确定，严禁过早拆除侧模、内模，要待混凝土达到一定强度后，方可拆除。4.11 裂缝的维修、加固措施 早期裂缝一般无需处理，但裂缝宽度较大和深度较深时，应做些处理，面对较严重的裂缝可以凿成三角槽，用环氧树脂砂浆修补； 裂缝严重时可在裂缝内注入环氧树脂浆液加固； 先在裂缝内注入环氧树脂浆液再用环氧树脂黏结钢板或用环氧树脂砂浆黏结钢板于裂缝处加固，二者结合起来效果更好。当混凝土与钢板一起共同受力，可以防止裂缝产生并增加承载力。为了加强防水性可以向裂缝注入树脂，防止混凝土老化，还防止内部钢筋和预应力钢筋锈蚀而减少使用寿命； 板梁出现裂缝，最好集中在一孔上安装，将桥面铺装混凝土做成防水混凝土，适当增加桥面钢筋，这样会补救裂缝对板梁的影响。 4.12 预制梁吊装时的注意事项 起吊梁板可用吊钩钩住吊环或通过预留孔用钢丝绳起吊，当起吊开始时注意不得损伤混凝土。梁、板吊装前，应检查混凝土质量及截面尺寸，如有缺陷要及时修补，以免安装时发生困难。可用平板车或大型拖车运输梁、板，运输时构件要平衡放正，作用特制的固定架，防止倾复，并采取防止构件产生过大的负弯距的措施，以免断裂。 构件吊装前，在每片梁板两端要标出竖向中心线，并在墩台面上放出梁的纵向中心线、支座纵横中心线、梁板端位置横线以及每片梁板的具体位置。 参考文献：1 唐业清.土力