预制小箱梁常见裂缝分类和防治

预制小箱梁常见裂缝分类和防治

吴清（广州交通投资集团有限公司 510288）

摘要：针对现有预制小箱梁存在的常见裂缝进行了分类，并就如何在设计和施工中防治 这类病害进行了说明。

关键词：小箱梁、裂缝、防治

随着我国桥梁建设事业的蓬勃发展，桥梁的结构形式也更加丰富，其中预制小箱梁由于具有较大的截面抗扭刚度、抗弯强度，兼有价格便宜、施工速度快的特点，因此在国内的公路建设中得到了迅速发展和广泛应用。但由于部分小箱梁设计上考虑不周（梁片的间距大、跨中不设横膈板，整体的横向刚度小）、施工不当（如出现支座脱空情况等）、加上超载车的影响、自身的老化和养护不够等原因，现有预制小箱梁桥已经大量存在病害，其病害形式突出表现在各类裂缝的出现上。本文根据广州地区部分小箱梁的裂缝情况，介绍几种常见裂缝的形式、

产生的主要原因及处理方式。 1、箱梁腹板的裂缝 1.1、裂缝形态 这类裂缝一般发生了梁端至1/4跨中处，病害严重的箱梁裂缝会扩展到整个腹板截面。多与梁板成45度左右夹角，或斜向延伸至底板，在腹板底部与底板结合处纵向发展，或向上延伸至顶板，腹板和顶板间的纵向裂缝连通，裂缝宽度一般在0.2mm 以上，个别桥梁的腹板斜裂缝宽度甚至超过2mm （文[1]），裂缝深度一般贯穿整个腹板截面。典型的裂缝分布图如图1所示。

0.4L=70L=75

0.350.2

L=75L=75

L=700.250.25L=700.4L=720.35L=80L=800.1

6718

0m 15.6m

14m

13m

12m

11m

10m

9m

8m

7m

6m

5m

4m

3m

2m 1m 1#肋外侧腹板裂缝图

图1 某小箱梁腹板裂缝分布图

1.2 产生裂缝的主要成因

造成小箱梁腹板裂缝的主要原因有以下几点：

（1）设计考虑不周。

在上个世纪的时候，受当时条件的限制，小箱梁的设计往往片面追求经济效益而被过度优化，安全系数较低；特别是某些小箱梁的腹板过于薄弱，腹板箍筋设计为单肢，且较为稀疏，难以满足抗剪要求，造成梁体在未达到设计荷载的时候，就出现腹剪裂缝。由于腹板太薄，箍筋又少，梁体抗剪储备不足，箍筋不足以限制裂缝的发展，所以，裂缝一旦出现，箍筋应力就很大，随着荷载的反复作用，裂缝进一步增长和扩宽，使梁体的整体刚度降低，承载能力下降。随着时间的推移，在荷载的不断作用下，梁体

状况加剧恶化，最终趋于破坏。

（2）施工原因

如支座脱空导致箱梁受力畸变，或者是模板定位不准确导致腹板厚度进一步减弱等，这些都会导致腹板裂缝的产生。 1.3裂缝处理和预防

（1）、加固措施： 对梁体裂缝进行修补，对于裂缝宽度大于0.12mm 的裂缝，可采用壁可法注射化学胶液进行修复，对于0.12mm 以下的微细裂缝，可采用环氧砂浆进行表面涂抹封闭。再使用混凝土加厚底板和腹板、必要时增设体外预应力。如图2～3所示。对于病害非常严重，使用一般的加固措施仍无法满足承载力要求的，应作废梁处理。

图 2 腹板外侧进行加厚，并设置预应力

图3 腹板内侧进行加厚

（2）、裂缝的预防： 此类裂缝的预防，主要从设计方面加以改进：A 、增加梁的高度和宽度；B 、加厚顶底板和腹板；

2、顶板的纵向裂缝 2.1 裂缝形态

这类裂缝一般出现在腹板与顶板交接的位置，或者是梁板湿接缝位置，间断或不间断纵向分布，局部甚至出现混凝土碎裂现象，从而造成桥面防水层损坏，梁体铰缝渗漏严重，横向连接失效，单梁受力现象比较明显。典型病害特征如图4所示。

图4 桥面板纵向裂缝

2.2 产生裂缝的主要成因

此类裂缝的产生，主要是汽车轮载对箱梁顶板的局部受力所引起，在进行小箱梁设计的时候，设计院一般会使用平面杆系软件进行计算，但是一般不会进行轮载作用下的结构局部计算分析。常见的小箱梁横向布置如图5所示。很多情况下，图中L2的距离

往往比L1的距离还大，使得湿接缝处的弯

矩往往较大，此外，

该处的施工质量往往相对较差，而国内汽车超载的现象又比较普遍。综合各种因素，使得小箱梁湿接缝位置容易出现纵向裂缝。

图5 小箱梁横向布置图

2.3 裂缝处理和预防

（1）裂缝处理 封闭交通，凿除破损混凝土后重新浇筑混凝土，并在梁底翼缘板下横向粘贴碳纤维布或钢板进行加固。

（2）预防措施

在进行结构设计时，应对小箱梁翼缘板进行汽车轮载作用下的局部受力分析。并充分注意湿接缝的施工质量。 3、沿波纹管的纵向裂缝 3.1 裂缝形态

这类裂缝主要分布在小箱梁腹板靠近底板20cm 左右的位置 ，大多在梁长的 L/4～3L/ 4 范围 ，沿（弯起前直线段）预应力钢束布束方向对应表面发生 ，产生裂缝的位置一般均伴随局部的表面混凝土离析。裂缝宽度基本上为 0.1～0.2mm 之间。裂缝深度一般在 1～2cm 之间 ，大体处于保护层范围。也有部分裂缝穿透保护层。 3.2 裂缝的主要成因

（1） 构造空间过小和混凝土性能的影响。

以典型25m 小箱梁设计为例，

腹板厚度

设计为16cm ，波纹管直径 8.7cm ，波纹管距两侧模板净距为3.65cm ，中间各有一层<10mm的架立构造钢筋。实际上波纹管两边每侧可供混凝土通过的净距为2.65cm 。如此小的距离，对混凝土的工作状态和工作性能有很高的要求，特别是对粗集料最大颗粒限制很严。但在实际施工中，粗集料质量未必得到很好的控制，集料偏粗，很容易导致波纹管的位置出现混凝土局部离析，进而导致裂缝的产生。

（2）预应力孔道压浆不及时。

小箱梁波纹管对应腹板部位局部混凝土承压面较小，如波纹管中心处，波纹管宽度占腹板总宽度的54%。如此小的承压面积，要求压浆必须及时进行，愈早愈好，尽量为预应力筋与结构混凝土之间提供有效的粘结。但实际上，由于施工组织及其他原因，部分小箱梁张拉后几天之内都未进行压浆，导致波纹管周围混凝土长时间承受较大的压力，加上保护层较薄（2cm），出现顺预应力管道方向的纵裂也就难免了。

（3）施工缝的影响。

一些小箱梁在浇筑中把施工缝设在腹板与底板的结合处，在直线段基本上处于波纹管的位置，致使波纹管位置形成混凝土的薄弱带，也是引起纵裂的一个原因。

3.3 裂缝处理和预防

（1）、加固措施

如果裂缝宽度在0.2mm以下，且没有穿透保护层，可以采用壁可法注射化学胶液的形式进行修复。如果裂缝宽度较大，且深度穿透了混凝土保护层，应进行荷载试验加以验证，严重的应做废梁处理。

（2）裂缝的预防

A、增大小箱梁腹板的厚度，建议增大到18~20cm，确保波纹管两侧混凝土能够通过的间距>3cm.同时，在配置混凝土时，对集料粒径应加以控制，保证混凝土的工作性能。

B、对预应力管道进行及时压浆，并避免将施工缝设置在波纹管直线段高度的位置。

4、梁体跨中的环向裂缝

4.1裂缝形态

以广州地区某高速公路为例，有2片小箱梁在浇筑完混凝土，拆除模板后停置在台座上，还没有进行施加预应力的情况下，中部横断面腹板、顶板、底板均出现环向裂缝，并且相互贯通，形成了断梁的现象。如图6所示。

图6 梁体环向裂缝

4.2、产生裂缝的主要原因

出现此类裂缝，原因多为梁底拉应力过大或混凝土受到有约束的收缩（重点是温度裂缝）。但是对于预应力钢筋混凝土结构，如果是因为梁底产生过大的拉应力，则表明梁底已经处于非常危险的受力状态，出现此种情况的可能性很小，此处不予讨论。本文重点讨论由于混凝土在温度应力作用产生此类收缩裂缝的原因。

（1）日照温差、下雨等原因导致骤然降温、夜晚温度下降等。

如果小箱梁混凝土浇筑完成后，在混凝土强度尚未形成前，发生下雨等突发事件，导致气温突然下降，则小箱梁混凝土在基础约束下产生的拉应力可能超出材料的抗拉强度，导致环向裂缝的产生。同样的道理，如果在白天最高气温的时候浇筑小箱梁，那么晚上气温下降时，同样可能导致小箱梁环向开裂。

（2）基础约束。

当小箱梁台座基础浇注在坚硬基岩或使用混凝土表面的台座时，没有采取光滑的钢板等隔离层放松约束的措施，混凝土在大气温度及其水化热温度的作用下，混凝土内部温度很高，当混凝土因降温的收缩变形受到台座的约束时，将会在混凝土内部出现很大的拉应力而产生约束裂缝。

这类裂缝常在

混凝土浇注拆模时即出现，裂缝较深，有时是贯穿性的。

4.3 病害处理及预防

（1）病害处理

对于此类裂缝的处理，如果为预应力混凝土结构，裂缝严重时应进行废梁处理。如果为普通钢筋混凝土结构，可以采用裂缝修补+梁底贴钢板（或碳纤维）的处理方法。

（2）预防措施

在小箱梁台座上铺设钢板，并选择在温度较为平稳的时候进行混凝土浇筑，同时，应注意对混凝土进行良好的养护，避免梁体温度的急剧变化。

5、箱梁底板纵向裂缝

5.1裂缝形态

某高速公路25m小箱梁进行动静载试验过程中，箱梁底板中部出现不连续纵向裂缝，加载过程中裂缝有扩展，最大裂缝宽度为0.31mm，底板纵向裂缝分布如图7所示。

图7 底板纵向裂缝分布图

5.2 产生裂缝的主要原因

如果单纯出现箱梁底板纵向裂缝，那么此类裂缝的产生原因可以排除设计方面的因素，纵向裂缝应为施工方面的因素所引起。根据张勇等的计算分析（文[3]），当箱梁底板的预应力筋没有按规范要求进行布设时，预应力管道在浇筑底板混凝土时存在偏离原设计位置的可能。为此，波纹管偏位将使预应力在箱梁局部梁段产生径向力，径向力对箱梁底板受力性能将产生较大影响。按《公路桥涵施工技术规范》允许偏差进行取值的情况下，预应力径向力及使用荷载使箱梁底板产生横向拉应力为 2.35MPa （支座状态正常），小于C50混凝土抗拉强度设计值2.45MPa，底板不会出现纵向裂缝。而如果波纹管的偏位超出规范允许值，则底板出现裂缝的可能性较大。

5.3病害处理及预防

（1）病害处理

采用壁可法注射化学胶液对裂缝进行封闭，再采用在箱梁底板横向贴碳纤维的办法进行补强。

（2）病害预防

A、应注意预应力管道（尤其是在使用扁锚时）的定位，采取可靠的施工措施确保波纹管定位准备，同时加密定位筋的数量，建议设置为每50cm一道。

B、设计时考虑加厚底板厚度，应设置必要的径向防崩箍筋。

6、其他导致小箱梁产生裂缝的共性原因

上文已经对小箱梁的常见裂缝进行了分类分析，其中有一些导致小箱梁产生裂缝的共性问题，在上文并没有交代，下面对此进行简单介绍。

6.1、混凝土的原材料和质量不过关。

为了追求经济效益，采用性能比较差的原材料，如石子的级配不恰当、砂率过低、掺加二级粉煤灰、使用自制减水剂（性能极不稳定）、简单处理的江河水进行混凝土搅拌等；并且刻意缩短搅拌时间（往往只有20~30秒，远远低于规范要求的90~120秒）。这些都会导致混凝土性能不稳定，使混凝土结构极易产生病害。

6.2 施工和养护质量

（1）、很多小箱梁施工时未能严格按施工规范施工，表现为模板的定位不准确，振捣不密实等。直接导致混凝土强度不够，截面尺寸不准确，严重削弱了梁体的承载能力。

（2）、很多小箱梁在两端都设置2个支座，由于支座的安装高度不在同一个平面内，很容易导致部分支座脱空或虚设。此种状况严重改变了梁体的受力状态，这是引起梁体病害的一个重要原因。

（3）、养护因素。拆模时间过早，或者是不及时进行洒水养护和覆盖养生，都容易导致混凝土开裂现象。

6.3 超载车的影响。

目前的营运市场，几乎所有的公路都存在超载车辆运行的问题（笔者所在的单位曾经对广州某高速公路的超载车辆进行检查，

发现最大的车辆重153吨）。桥梁的安全储备不足于抵抗超载的车辆，这也是造成桥梁破坏的一个重要原因。

7 结语

小箱梁的裂缝种类多种多样，产生的原因也千变万化，应该根据实际情况进行具体分析，从而对症下药，找到解决问题的办法。本文对其中比较常见的典型裂缝进行了成因分析，并就如果预防和加固进行了简单介绍。

[1]魏建年. 李宝强.小箱梁加固.公路.J 2004，08:290-292

[2]蒲广宁.饶中.孟屯良.丁学良. 30m预应力混凝土空心板病害成因分析及对策.公路.J 2008.07.

[3]张勇.梁志广.胡强简支小箱梁底板纵向裂缝成因分析.铁道建筑. .J2008，01:31-33 [4]公路桥涵施工技术规范JTJ041 - 2000[ S] .北京:人民交通出版社，2000

作者简介：吴清.男.工程师.湖南新化人.1981年生.汉族.硕士.2006年毕业于清华大学结构工程专业.现任广州新化快速路有限公司副总工程师，从事道路桥梁方面的建设管理工作。

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