1 概述
近幾年來，先張預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土梁在高等級公路建設(shè)中發(fā)展很快，特別是跨徑在10m～20m以內(nèi)的簡支梁先張預(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、變形小、造價低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因此有著極強(qiáng)的競爭力，采用相當(dāng)普遍。有些板梁在施工中存在不同程度的開裂，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)計時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大或間距過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)、硬化的過程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)。水化過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，膨脹時混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，收縮時混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力超過其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時，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，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定型氧化硅成分，或在堿環(huán)境下石料本身會產(chǎn)生膨脹，當(dāng)混凝土拌和后，水泥中的堿不斷溶解，這時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，膠從周圍介質(zhì)中吸取水分而發(fā)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時，將會出現(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)力超過其抗拉強(qiáng)度時，將會出現(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)力過大
預(yù)應(yīng)力筋錨墊板下會產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，周圍混凝土易產(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)計或施工時預(yù)應(yīng)力鋼筋不足，鋼索線形布置有誤差，致使受拉區(qū)變形過大，混凝土拉應(yīng)力超過其抗拉強(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)計標(biāo)號較高，20m跨徑以上約為50號，10m、13m和16m跨徑為40號較好。在混凝土配比設(shè)計時，一般施工人員偏于保守，水泥用量超過高限，特別是在新的混凝土評定標(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 水灰比過大
在拌制混凝土過程中，有的拌和設(shè)備計量不準(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
在施工過程中，有時砂、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程中，混凝土對膠囊有較大的浮力，如果膠囊固定不牢，就會發(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 抽拔膠囊過早
空心板抽拔膠囊的時間與養(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時為宜。抽拔過早會出現(xiàn)“粘皮”現(xiàn)象，對混凝土質(zhì)量有影響，當(dāng)頂板厚度減小或是頂板浮漿過厚時，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，有時尺寸控制不準(zhǔn)確，造成空心板頂板和主梁翼緣上下部保護(hù)層過小或過大，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，造成混凝土澆筑過程中漏氣，氣壓降低；箱梁內(nèi)模變形，在混凝土幾乎沒有強(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)模拆除時間過早
在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到2.5Mpa時，拆除側(cè)模板，由于操作時發(fā)生震動，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，在養(yǎng)生或操作中，碰撞板梁頂預(yù)埋鋼筋，這時混凝土基本沒有抵抗外力的能力，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
混凝土施工完畢后，沒有適時很好地養(yǎng)護(hù)，混凝土表面水分蒸發(fā)過快，從而形成干縮裂縫。外界溫度在5℃以下時，如果不及時覆蓋保溫材料，也容易出現(xiàn)裂縫。
3.14 墩臺下沉和落架過早
墩臺不均勻下沉或梁底支架拆除過早造成梁的撓度變形過大，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)力超過抗拉應(yīng)力，出現(xiàn)較大裂縫，對橋梁危害性較大。
4 裂縫防治及措施
4.1 設(shè)計中普通鋼筋的合理配置
設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)計算之后詳細(xì)檢查細(xì)節(jié)設(shè)計，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節(jié)省材料。
4.2 薄厚構(gòu)件的連接設(shè)計
薄厚構(gòu)件連接處設(shè)計時要盡可能使兩構(gòu)件厚度一致，同時還要合理配置連結(jié)鋼筋，施工時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)。梁底支架不可過早拆除造成梁的撓度變形過大，多孔橋應(yīng)同時對稱落架。
4.4 合理進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計
在混凝土配合比設(shè)計中，不要為了提高保證率而過多地增加水泥用量，在滿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，對不符合要求的砂、石料和水泥不許進(jìn)場，對含泥量較大的骨料要用水沖洗，嚴(yán)禁使用過期和不同標(biāo)號水泥，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，盡量選擇較好的天氣澆筑空心板，盡量避開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間差，確保混凝土澆筑的連續(xù)性。
4.7 適時收漿二次抹平
混凝土在初凝前往往會出現(xiàn)裂縫，這時應(yīng)及時收漿二次抹平，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
對使用的膠囊要經(jīng)常打壓檢查，發(fā)現(xiàn)漏氣者應(yīng)及時修補(bǔ)。定位下料要準(zhǔn)確，生根要牢固，一般因定在
鋼絞線上為好，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，及時蓋草或塑料膜，并經(jīng)常灑水使之保持濕潤。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)格控制拆模時間
抽內(nèi)模的時間要根據(jù)現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度而定，最好通過試塊來確定，嚴(yán)禁過早拆除內(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，應(yīng)做些處理，對較嚴(yán)重的裂縫可以鑿成三角槽，用環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)；
b)裂縫嚴(yán)重時可在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹脂漿液加固；
c)用環(huán)氧樹脂砂漿黏結(jié)鋼板于裂縫處加固或先在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹脂漿液再用環(huán)氧樹脂黏結(jié)鋼板，二者結(jié)合起來效果更好。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，這樣會補(bǔ)救裂縫對板梁的影響。
