高鴿子

摘 要：隨著我國(guó)客運(yùn)專線的快速發(fā)展，橋梁作為客運(yùn)專線行車設(shè)施的重要組成部分，其里程數(shù)也在迅速增長(zhǎng)。本文主要研究PC箱梁裂縫的成因并提出相應(yīng)的防治措施，為保證高鐵客運(yùn)專線安全通暢運(yùn)行有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：PC箱梁；裂縫；裂縫成因；防治措施

【DOI】10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.08.033

與T梁相比，箱梁具有行車條件好、抗扭強(qiáng)度高、橫向抗彎剛度大、變形系數(shù)低、外表曲線流暢、美觀等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，PC箱梁越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用在客運(yùn)專線上 [1]。但同時(shí)，PC箱梁在使用階段經(jīng)常帶裂縫工作，嚴(yán)重影響橋梁的耐久性、安全性。

一、危害分析

目前客運(yùn)專線中主要采用的橋梁形式為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。由于混凝土材料本身抗拉強(qiáng)度較低，容易開裂，所以自混凝土構(gòu)件產(chǎn)生以來(lái)，裂縫一直是一個(gè)困擾著工程技術(shù)人員的難題，同時(shí)嚴(yán)重影響著橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

PC箱梁裂縫一旦產(chǎn)生，會(huì)使橋梁剛度降低，撓度增大，從而降低行車安全性和舒適性，主要表現(xiàn)在：

1.引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，降低結(jié)構(gòu)安全度，甚至造成橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。

2.裂縫的出現(xiàn)，使鋼筋失去混凝土的保護(hù)，將加速鋼筋的銹蝕，削弱橋梁的耐久性，減短橋梁的使用年限。特別是對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)而言，“高應(yīng)力腐蝕”造成的危害更大[2]。

二、裂縫類型及產(chǎn)生原因

1.裂縫類型

（1） 腹板斜向裂縫

腹板斜向裂縫是箱梁中最常見的裂縫，也稱主拉應(yīng)力裂縫，形成原因有恒載、活載和縱向預(yù)應(yīng)力筋引起的正截面應(yīng)力和直接剪應(yīng)力，以及溫度應(yīng)力、豎向預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的應(yīng)力、剪力滯、畸變產(chǎn)生的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力以及箱梁扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪力流，它們?cè)诟拱彘_裂破壞過(guò)程中所起的作用比較復(fù)雜。此類裂縫往往首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的支座處，一旦產(chǎn)生危害相對(duì)嚴(yán)重，故對(duì)此類裂縫控制更嚴(yán)格些。其類型主要有跨中正彎矩引起的底板橫向裂縫貫通至腹板、墩頂負(fù)彎矩頂板橫向裂縫貫通至腹板、L/4 跨附近腹板中部主拉應(yīng)力裂縫、剪跨區(qū)底板橫向裂縫貫通至腹板的剪切裂縫、L/4～3L/4 貫通腹板的螺旋狀扭剪裂縫。

（2） 其它裂縫

除此之外，梁中常見的裂縫還包括頂?shù)装鍣M向裂縫及肉眼不可見的不規(guī)則裂縫；梁端錨具、梁底支座不規(guī)則裂縫；底板或腹板沿梁長(zhǎng)方向的裂縫；橫隔梁裂縫；齒板與頂（底）板及腹板交接處局部拉應(yīng)力裂縫；鋼束錨固處（梁端及齒板）及錨下劈裂裂縫；沿預(yù)應(yīng)力管道局部應(yīng)力裂縫等。

2.裂縫產(chǎn)生的原因分析

（1）施工方面

由于施工管理不善，采用高強(qiáng)混凝土水化熱較大，拌合時(shí)間過(guò)短、配合比不合理，施工工藝不合理或具體施工操作不規(guī)范都有可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

（2）設(shè)計(jì)方面

腹板斜裂縫：反應(yīng)了梁斜截面抗裂性能的不足，腹板的受力比較復(fù)雜，不易把握。與公路箱梁橋比較，鐵路橋梁腹板裂縫并不是特別明顯，主要是因?yàn)槟壳霸O(shè)計(jì)進(jìn)行腹板主拉應(yīng)力計(jì)算的有限元軟件是基于平面的，鐵路橋與公路橋相比較，腹板之間的距離較小，橫向效應(yīng)對(duì)主應(yīng)力的影響較小，按照平面計(jì)算出來(lái)的主拉應(yīng)力值較為可靠。

頂?shù)装鍣M向裂縫：①縱向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大；②實(shí)際收縮徐變超出理論值過(guò)大；③剪力滯效應(yīng)考慮不充分。

頂?shù)装蹇v向裂縫：①橫向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大或施工時(shí)存在偏差；②縱向預(yù)應(yīng)力橫彎徑向力考慮不足；③順橋向預(yù)應(yīng)力過(guò)大，正交向由泊松比而引起橫向應(yīng)力，致使沿波紋管周圍產(chǎn)生縱向裂縫；④溫度自應(yīng)力的影響。

橫隔梁裂縫：主要是支座布置不合理造成的。

三、控制措施

1.施工注意事項(xiàng)

（1）正確選擇材料，嚴(yán)禁三無(wú)產(chǎn)品，按照要求存放，合理配合比。

（2）采用低水化熱的混凝土，優(yōu)化混凝土澆筑工藝，確保拌合時(shí)間，澆筑振搗均勻，嚴(yán)格控制混凝土澆筑順序，切實(shí)地執(zhí)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方法。

（3）保證模板支架體系施工質(zhì)量，使?jié)仓炷梁蟛话l(fā)生超過(guò)允許的沉降量，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)壓，然后進(jìn)行下一工序。

2.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

對(duì)于常見的腹板裂縫，可以通過(guò)施加豎向預(yù)應(yīng)力，使腹板處于雙向受壓狀態(tài)，避免主拉應(yīng)力的出現(xiàn)。

（1）盡量模擬施工的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，考慮主應(yīng)力的空間效應(yīng)，采用縱橫分算的方法，即縱向采用平面桿系單元計(jì)算，橫向則按平面框架計(jì)算。另外還需考慮溫度自應(yīng)力對(duì)主拉應(yīng)力的影響。

（2）預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算參數(shù)應(yīng)取規(guī)范容許值的上限，并在局部考慮預(yù)應(yīng)力筋的徑向作用。

（3）橫向計(jì)算時(shí)只能考慮部分箍筋的抗彎作用，同時(shí)考慮箍筋對(duì)縱向斜截面抗剪的貢獻(xiàn)。

（4）合力布置豎向預(yù)應(yīng)力筋，起到增強(qiáng)箱梁剛度、分擔(dān)普通箍筋拉力、控制裂縫發(fā)展的作用。

（5）錨墊板、預(yù)應(yīng)力筋位置精度控制，確保管道順暢，管道端部的預(yù)埋板與孔道中心線垂直。

（6）合理布置構(gòu)造鋼筋是防止裂縫的有效措施。要注意鋼筋間距不宜太大，鋼筋直徑不宜太小。對(duì)于腹板構(gòu)造鋼筋，還應(yīng)根據(jù)腹板的高度，在腹板箍筋中間設(shè)置腰部連接鋼筋，也稱拉筋，將腹板內(nèi)外兩層鋼筋網(wǎng)連成整體。

四、裂縫修補(bǔ)及結(jié)構(gòu)加固措施

由于混凝土材料的復(fù)雜性及設(shè)計(jì)、施工方法的欠缺，目前PC箱梁裂縫仍不能全面避免，這里簡(jiǎn)述幾個(gè)常用的裂縫修補(bǔ)的方法。

1.表面封閉法

表面封閉法是在裂縫的表面涂抹水泥漿"環(huán)氧膠泥或涂刷油漆"瀝青等防腐材料以封閉表面裂縫，此方法適用于0.2mm到0.25mm范圍內(nèi)的裂縫封閉。

2.壓力灌漿法

壓力灌漿法是指水泥漿液在一定的壓力值下被灌至結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫。此方法適用于裂縫大于0.2mm到0.25mm或裂縫較深的裂縫修補(bǔ)[3]。

五、結(jié)束語(yǔ)

PC箱梁橋的裂縫要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防：（1）嚴(yán)格按有關(guān)橋梁規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括選擇合理的截面形式，準(zhǔn)確建立有限元模型，全面考慮各種工況，特別是優(yōu)化預(yù)應(yīng)力鋼筋布置和合理的考慮溫度模式[4]。（2）完善施工工藝，包括合理的混凝土配合比、可靠的模板支架體系、正確的混凝土澆筑工藝、科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方法等。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒麗紅，冷鑫.鐵路橋涵施工與養(yǎng)護(hù).西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)講義.2014.

[2]趙寶俊.豎向預(yù)應(yīng)力作用下箱梁腹板的作用機(jī)理研究[D].博士學(xué)位論文，長(zhǎng)安大學(xué). 西安，2012.

[3]蔣嬪，李康. PC連續(xù)箱梁常見裂縫成因與處理措施[J].山西建筑，2015，41（19）：153-154.

[4]喬晉飛.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁常見病害分析及設(shè)計(jì)對(duì)策[J].鐵道建筑，2011，12：45-47.