1 概述
近幾年來(lái)，先張預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土梁在高等級(jí)公路建設(shè)中發(fā)展很快，特別是跨徑在10m～20m以?xún)?nèi)的簡(jiǎn)支梁先張預(yù)應(yīng)力空心板和跨徑在20m～40m的預(yù)應(yīng)力混凝土梁與其他形式的結(jié)構(gòu)相比，具有使用年限長(zhǎng)、變形小、造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因此有著極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，采用相當(dāng)普遍。有些板梁在施工中存在不同程度的開(kāi)裂，以至增加養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用，縮短橋梁使用壽命。產(chǎn)生裂縫的原因除了混凝土、鋼筋存在質(zhì)量缺陷外，還與板梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工質(zhì)量、氣候環(huán)境等外界因素有關(guān)。本文主要結(jié)合近幾年的工作實(shí)踐，對(duì)其裂縫成因及其防治，與同行們共同探討。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土板梁裂縫內(nèi)部成因分析
2.1 內(nèi)應(yīng)力
在混凝土構(gòu)件中溫度、收縮與徐變都會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力，此為不同纖維中的約束應(yīng)變所致，在超靜定結(jié)構(gòu)中任何這種差別將引起外約束力，由于這些約束力引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫，橋梁上許多裂縫都受此影響產(chǎn)生。
2.2 普通鋼筋用量不當(dāng)
設(shè)計(jì)時(shí)由于普通鋼筋用量或間距不足，致使裂縫寬度不能保持在允許范圍之內(nèi)，但也可能普通鋼筋在混凝土局部用量過(guò)大或間距過(guò)密鋼筋阻止混凝土正常凝固收縮而產(chǎn)生裂縫，這兩種情況主要發(fā)生在早期開(kāi)裂。
2.3 薄厚構(gòu)件的連接
將一薄一厚的混凝土部件相連總是危險(xiǎn)的，薄部件與厚部件相比易受到溫度、收縮和徐變等的影響而使薄部件更易開(kāi)裂。
2.4 水泥的水化熱作用
混凝土在拌和、運(yùn)輸、振搗、凝結(jié)、硬化的過(guò)程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)。水化過(guò)程中釋放出大量的熱能，水化反應(yīng)有兩次升溫和兩次降溫過(guò)程，內(nèi)部溫度升高，而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝土內(nèi)部體積膨脹，降溫使混凝土表面收縮，膨脹時(shí)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，收縮時(shí)混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力超過(guò)其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時(shí)，梁板表面將發(fā)生裂縫現(xiàn)象。
2.5 礦物成分與水起水化反應(yīng)
水泥與水接觸后，其礦物成分與水起水化反應(yīng)生成水化物，水化物的體積是水泥的2倍多，同時(shí)水化物的生成在混凝土中產(chǎn)生大量的熱量，當(dāng)內(nèi)外差形成時(shí)，裂縫便形成。
2.6 堿骨料反應(yīng)
在我們施工中，多數(shù)為硅酸鹽骨料，是活性集料中含有無(wú)定型氧化硅成分，或在堿環(huán)境下石料本身會(huì)產(chǎn)生膨脹，當(dāng)混凝土拌和后，水泥中的堿不斷溶解，這時(shí)堿液與活性骨料的硅酸鹽物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，析出膠狀的堿－硅膠，膠從周?chē)橘|(zhì)中吸取水分而發(fā)生的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)裂縫。
2.7 混凝土的干縮作用
混凝土在凝結(jié)、硬化過(guò)程中，僅很少一部分水分參加水化反應(yīng)，而大部分水分逐漸蒸發(fā)，使混凝土體積產(chǎn)生干縮變形。由于水泥漿形成水泥石，其極限干縮接近3000微應(yīng)變。干縮作用使混凝土內(nèi)產(chǎn)生不同程度的拉應(yīng)力。由于混凝土硬化初期抗拉強(qiáng)度小，如果干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。
3 預(yù)應(yīng)力混凝土板梁裂縫外部成因分析
3.1 混凝土局部應(yīng)力過(guò)大
預(yù)應(yīng)力筋錨墊板下會(huì)產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，周?chē)炷烈桩a(chǎn)生細(xì)微裂縫，此裂縫危害較小，但錨墊板下混凝土如不密實(shí)或養(yǎng)生不夠則易產(chǎn)生較大裂縫，危害較大。
3.2 主要受力鋼筋數(shù)量不足
設(shè)計(jì)或施工時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋不足，鋼索線(xiàn)形布置有誤差，致使受拉區(qū)變形過(guò)大，混凝土拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。
3.3 混凝土配比不合理
預(yù)應(yīng)力板梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)較高，20m跨徑以上約為50號(hào)，10m、13m和16m跨徑為40號(hào)較好。在混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)，一般施工人員偏于保守，水泥用量超過(guò)高限，特別是在新的混凝土評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)提高后，其水泥用量較以前增加了5%左右，由于水泥用量的增加使混凝土凝結(jié)縮量大，造成表面產(chǎn)生裂縫。
3.4 水灰比過(guò)大
在拌制混凝土過(guò)程中，有的拌和設(shè)備計(jì)量不準(zhǔn)，特別是用水量控制不準(zhǔn)，隨意性較大，由于水灰比過(guò)大而自下造成離析現(xiàn)象，其結(jié)果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振搗后水泥漿上浮到板頂，從而使混凝土強(qiáng)度不均勻，下部分強(qiáng)度大，頂板強(qiáng)度低，混凝土強(qiáng)度較弱區(qū)往往是裂縫容易發(fā)生的部位。底板浮漿過(guò)多發(fā)生收縮現(xiàn)象較為明顯，在每根箍筋處頂板橫向裂縫隙較為嚴(yán)重。
3.5 砂、石料含泥量超限
在施工過(guò)程中，有時(shí)砂、石料含泥量超限，這樣它們與水泥之間的膠結(jié)力有所下降，造成混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性降低并且產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫。
3.6 內(nèi)模膠囊上浮
預(yù)應(yīng)力空心板在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土對(duì)膠囊有較大的浮力，如果膠囊固定不牢，就會(huì)發(fā)生膠囊上浮現(xiàn)象，造成頂板厚度減小，這種情況也極易造成裂縫。
3.7 抽拔膠囊過(guò)早
空心板抽拔膠囊的時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度和混凝土的質(zhì)量有關(guān)，一般控制混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.6MPa～0.8MPa時(shí)為宜。抽拔過(guò)早會(huì)出現(xiàn)“粘皮”現(xiàn)象，對(duì)混凝土質(zhì)量有影響，當(dāng)頂板厚度減小或是頂板浮漿過(guò)厚時(shí)，裂縫容易發(fā)生，這種原因出現(xiàn)的裂縫多為縱橫裂縫。
3.8 保護(hù)厚度不均勻
在鋼筋成型時(shí)，有時(shí)尺寸控制不準(zhǔn)確，造成空心板頂板和主梁翼緣上下部保護(hù)層過(guò)小或過(guò)大，這種情況下也常常出現(xiàn)裂縫。
3.9 內(nèi)模變形
空心板內(nèi)模膠因?yàn)橹圃熨|(zhì)量或在施工中有所損壞，造成混凝土澆筑過(guò)程中漏氣，氣壓降低；箱梁內(nèi)模變形，在混凝土幾乎沒(méi)有強(qiáng)度的情況下，頂板混凝土將發(fā)生下陷，造成難以補(bǔ)救的事故。
3.10 側(cè)模拆除時(shí)間過(guò)早
在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到2.5Mpa時(shí)，拆除側(cè)模板，由于操作時(shí)發(fā)生震動(dòng)，側(cè)面常常出現(xiàn)較窄的豎向裂縫。
3.11 預(yù)埋鋼筋被碰撞
當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度很低時(shí)，在養(yǎng)生或操作中，碰撞板梁頂預(yù)埋鋼筋，這時(shí)混凝土基本沒(méi)有抵抗外力的能力，從而發(fā)生裂縫。
3.12 氣溫變化大
裂縫容易發(fā)生在溫差變化大的季節(jié)，氣溫的急劇變化或大風(fēng)造成混凝土表面急劇冷縮或干縮，從而增大了混凝土表面的拉應(yīng)力，加快了混凝土早期裂縫的形成。
3.13 養(yǎng)生不及時(shí)
混凝土施工完畢后，沒(méi)有適時(shí)很好地養(yǎng)護(hù)，混凝土表面水分蒸發(fā)過(guò)快，從而形成干縮裂縫。外界溫度在5℃以下時(shí)，如果不及時(shí)覆蓋保溫材料，也容易出現(xiàn)裂縫。
3.14 墩臺(tái)下沉和落架過(guò)早
墩臺(tái)不均勻下沉或梁底支架拆除過(guò)早造成梁的撓度變形過(guò)大，在超靜定結(jié)構(gòu)中造成橋墩支承點(diǎn)處較大內(nèi)應(yīng)力，頂部混凝土拉應(yīng)力超過(guò)抗拉應(yīng)力，出現(xiàn)較大裂縫，對(duì)橋梁危害性較大。
4 裂縫防治及措施
4.1 設(shè)計(jì)中普通鋼筋的合理配置
設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)計(jì)算之后詳細(xì)檢查細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，特別是力筋和鋼筋布置必須符合合理的保護(hù)層和間距數(shù)值的要求，不要試圖減薄腹板和板的厚度來(lái)節(jié)省材料。
4.2 薄厚構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)
薄厚構(gòu)件連接處設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能使兩構(gòu)件厚度一致，同時(shí)還要合理配置連結(jié)鋼筋，施工時(shí)盡量不要采用兩次澆筑。
4.3 控制梁根部變形
超靜定結(jié)構(gòu)墩臺(tái)基礎(chǔ)底地基易產(chǎn)生不均勻下沉，如地質(zhì)狀況不好或不易改造，則應(yīng)選用其他靜定結(jié)構(gòu)。梁底支架不可過(guò)早拆除造成梁的撓度變形過(guò)大，多孔橋應(yīng)同時(shí)對(duì)稱(chēng)落架。
4.4 合理進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)
在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，不要為了提高保證率而過(guò)多地增加水泥用量，在滿(mǎn)足混凝土坍落度要求的前提下，盡量采取可靠的減水劑，合理調(diào)整配合比，降低水泥與水的用量，以減少混凝土的凝結(jié)收縮量。
4.5 嚴(yán)格控制原材料
按照質(zhì)量要求，嚴(yán)格進(jìn)行選料，對(duì)不符合要求的砂、石料和水泥不許進(jìn)場(chǎng)，對(duì)含泥量較大的骨料要用水沖洗，嚴(yán)禁使用過(guò)期和不同標(biāo)號(hào)水泥，盡量采用發(fā)熱量及收縮量較小的水泥。
4.6 選擇好的天氣澆筑混凝土并應(yīng)連續(xù)進(jìn)行
注意天氣預(yù)報(bào)，盡量選擇較好的天氣澆筑空心板，盡量避開(kāi)下雨和溫差較大的天氣澆筑。在夏天澆筑混凝土不宜在白天進(jìn)行，在冬季宜在溫度較高的時(shí)間澆筑混凝土，并要采取冬季施工措施。嚴(yán)禁在澆筑空心板過(guò)程中間斷施工，底板混凝土振平以后，應(yīng)立即放內(nèi)模并澆筑第二層混凝土，盡量縮短施工縫處上下兩部分混凝土的施工時(shí)間差，確保混凝土澆筑的連續(xù)性。
4.7 適時(shí)收漿二次抹平
混凝土在初凝前往往會(huì)出現(xiàn)裂縫，這時(shí)應(yīng)及時(shí)收漿二次抹平，這樣處理一是增加了混凝土表面的密度，二是使混凝土表面產(chǎn)生的裂縫愈合，這是消除早期裂縫最有效的措施。
4.8 嚴(yán)格檢查膠囊漏氣，防止膠囊上浮
對(duì)使用的膠囊要經(jīng)常打壓檢查，發(fā)現(xiàn)漏氣者應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。定位下料要準(zhǔn)確，生根要牢固，一般因定在
鋼絞線(xiàn)上為好，防止膠囊上浮，出現(xiàn)頂板厚度小，最終引起早期裂縫。
4.9 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)生
混凝土澆筑完畢，及時(shí)蓋草或塑料膜，并經(jīng)常灑水使之保持濕潤(rùn)。氣溫低于10℃，要加保溫材料，進(jìn)入冬季應(yīng)采用蒸氣養(yǎng)生。在早期養(yǎng)生時(shí)不要碰預(yù)留膠縫筋，更不要在上行走。
4.10 嚴(yán)格控制拆模時(shí)間
抽內(nèi)模的時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度而定，最好通過(guò)試塊來(lái)確定，嚴(yán)禁過(guò)早拆除內(nèi)模、側(cè)模，要待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，方可拆除。
4.11 裂縫的維修、加固措施
a)早期裂縫一般不必處理，但裂縫寬度較大和深度較深時(shí)，應(yīng)做些處理，對(duì)較嚴(yán)重的裂縫可以鑿成三角槽，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)；
b)裂縫嚴(yán)重時(shí)可在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹(shù)脂漿液加固；
c)用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿黏結(jié)鋼板于裂縫處加固或先在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹(shù)脂漿液再用環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)鋼板，二者結(jié)合起來(lái)效果更好。混凝土與鋼板一起共同受力，從而防止裂縫產(chǎn)生并增加承載力。向裂縫注入樹(shù)脂，可加強(qiáng)防水性，防止混凝土老化，以及防止內(nèi)部鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕而減少使用壽命；
d）出現(xiàn)裂縫的板梁，最好集中在一孔上安裝，橋面鋪裝混凝土做成防水混凝土，橋面鋼筋適當(dāng)增加，這樣會(huì)補(bǔ)救裂縫對(duì)板梁的影響。
