探讨变截面连续箱梁裂缝成因及加固对策

摘要：随着近些年，高强混凝土、高强度钢筋和预应力等建桥技术的日益成熟，箱形截面由于能适应各种预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥，在短短的几十年内发展迅猛，但是已建预应力混凝土连续箱梁桥上的开裂情况却非常普遍。本文作者对多座大跨径预应力混凝土连续箱梁桥裂缝病害调查分析和总结归纳的基础上，提出了预应力混凝土连续箱梁桥典型裂缝的预防控制措施，并探讨粘钢加固法加固变截面连续箱梁应该注意的几个问题。

关键词：变截面连续梁桥裂缝加固

变截面连续箱梁桥由于其桥面受力合理、养护工程量小、行车舒适、材料节约及抗震性能强等优点，在我国交通建设中得到了广泛的应用。但是在使用过程中出现裂缝病害引起了人们的广泛关注。因此，对预应力混凝土连续箱梁桥出现的典型裂缝病害成因进行分析研究，并提出科学有效的预防控制和加固维修措施，具有重大的现实意义。

一、变截面连续箱梁桥的应用现状及病害分析

目前变截面连续梁桥横截面绝大部分为箱形截面，且以单箱单室截面居多。然而采取变高度宽箱梁的同时也带来了诸多问题，预应力箱梁在施工阶段底板裂缝就是其中之一。主要表现在以下几点：

1)钢束的曲度效应与箱梁底板恒载应力叠加，底板内相应的横桥向正应力则会高出只由恒载产生的应力的4～5倍。如果没有足够的钢筋布置在底板内，将形成严重的开裂并可能导致破坏。

2)对于箱梁底板,其内的预应力钢束张拉后,若底板横向配筋不足或尺寸不够,底板不能提供足够的抗力来抵抗径向力作用,底板必然会产生纵向裂缝甚至破坏;另外,若底板上下两层钢筋网间的系筋不足及预应力钢束防崩钢筋不足, 预应力钢束径向力引起的砼局部主拉应力大于某一限值,亦可能导致底板开裂。

3)大跨径变截面连续箱梁桥在施工时一般采用挂篮悬臂分段施工法，由桥墩中心向两边对称施工，这样难免会在跨中合龙段出现合龙高差，高差的存在会使预应力束产生转折，因而会在转折处对底板产生集中力的作用。当底板预应力束的张拉力过大时，如果不采取合理措施，就会使底板开裂甚至局部剥落。

4)施工中波纹管的安装位置与设计出入较大，定位钢筋与梁内普通钢筋骨架的连接不牢固，浇筑混凝土时波纹管产生较大变形或位移，导致预应力筋实际线形与设计有较大出入，这将使得局部预应力钢束的曲率变大，钢束引起的下崩力也将相应增大。

5)混凝土质量较差，导致密实度不够、局部强度下降。

6)箱梁钢筋布置较为复杂，扣除波纹管和非预应力钢筋所占的空间，混凝土浇筑质量很难得到保证，底板底部混凝土不密实，混凝土实际抗拉强度低于理论值，易导致拉裂。

7)施工单位为了保证施工进度，混凝土强度尚未达到施工规范要求便过早张拉预应力钢束，施加预应力后，变形较大。

二、预应力混凝土连续箱梁桥典型裂缝的预防控制措施

2.1 设计方面

1)在选定箱梁截面尺寸时，不仅要注意梁高(H 支和H中)的因素，还应该重视腹板尺寸和底缘线形的优化。2)优化纵向预应力布束方案，加强预应力储备。因此在设计过程中，有必要考虑结构各个截面的应力要有一定的安全储备，即对使用荷载作用下截面的正应力和混凝土主拉应力提供一定应力储备，以便在设计上带来可靠保证。

3)注重局部细节的构造配筋。应当采取有效的构造措施:加密、加大槽口附近箍筋直径并采用闭合箍筋;加厚槽口处一定范围内腹板的厚度;加大张拉槽口沿腹板纵向的钢筋配筋量;用型钢局部加强槽口。通过改善临时固结支座的布置，有效地地限制裂缝的产生，同时在横隔板内布置加强钢筋活钢筋网，以提高横隔板的强度和刚度。

4)试验选择梁的混凝土配合比时，必须采取强度与弹性模量指标双重控制，也就是说设计上除了对混凝土强度作出明确要求外，混凝土的弹性模量也应作出具体的规定。5)为防止由温度应力引起的非结构性裂缝，设计时应予以重视，可以通过采取施加横向预应力、配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生。

2.2 施工方面

1)对肋板与底板交界处、内盖梁、端横梁等部位加强振捣，最好采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高其抗裂性，而且提高混凝土的密实度，减少内部微裂，提高确保混凝土密实，凝土初凝后即进行养护、防止收缩裂缝的产生。2)加强钢筋的制作与安装的质量管理，使钢筋制作与安装符合设计要求。3)对于采用支架施工的箱梁，支架的地基处理应符合规范要求，地基处理完后，应请有关单位进行与施工条件相似情况下的地基承载力试验，确保支架的沉降在允许范围内。4)严格控制施工中使用的原材料(如水泥、普通钢筋、砂、碎石、预应力钢筋等)的质量，使各种材料均符合有关技术规范、规程的要求，坚决杜绝使用不合格材料。5)加强混凝土的养护措施。主要是保持适当的温度和湿度条件。在混凝土表面覆盖双层麻袋并洒水保持表面湿润进行养护。6)分段浇筑时，应严控制底板、腹板和顶板混凝土浇筑相差时间及温差，严格控制合拢段高差。7)为防止由温度应力引起的非结构性裂缝，在施工时，应尽量选择温度低的季节浇筑混凝土，热天浇筑混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥及级配良好的骨料，严格控制沙石的含泥量，尽量降低水灰比，合理使用减水剂、加强振捣以减少水化热。

三、粘钢加固法加固预应力混凝土连续箱梁桥

粘钢法是在钢筋混凝土梁的受拉区混凝土边缘粘钢板，利用钢板的抗拉性能，代替部分混凝土的受拉，使更多混凝土参与受压，以提高梁的正截面的承载力。在粘钢加固法加固预应力混凝土连续箱梁桥过程中应该注意以下几个问题：

3.1 粘贴整体钢板补强

1)对要补强区域进行整平，用磨光机将混凝土表面的灰浆除去，使其露出砂砾或骨料; 2)根据竣工图或用探测仪器避开钢筋束位置按纵横30cm的间距钻直径 25mm 的对拉螺栓通孔;3)将钢板对应位置钻孔，并按纵横1m的间隔在钢板上钻出压浆或出浆孔，将钢板拼接缝边开成坡口，用磨光砂轮机将钢板粘贴面磨出新鲜粗糙面;4)用压缩空气清除混凝土、钢板表面及钻孔内的浮尘，用丙酮涂抹混凝土和钢板的粘贴面及螺栓孔内壁;5)从低处向高处往钢板内逐步灌注壁可法专用材料，视灌注情况逐步封闭已出浆的出气孔;6)对粘贴已达到强度的钢板用敲击法进行检查，对不密实处重新钻压出浆孔进行补灌。

3.2 粘贴钢板条补强

按30cm 的间隔在垂直裂缝方向用磨光机将须粘贴钢板的混凝土表面灰土除去，使其露出砂粒或骨料;用压缩空气清理孔内浮尘土，然后涂抹一道丙酮;向孔内塞入二分之一孔深的软环氧胶泥;用丙酮清洗膨胀螺栓，在膨胀螺栓表面抹一层环氧树脂基液;向孔内打入膨胀螺栓，待紧固后松下螺母;用丙酮清洗混凝土和钢板的粘贴面，将欲粘贴的混凝土面和钢板面涂一层薄而匀的环氧树脂薄浆，然后在钢板上均匀涂一层环氧树脂胶泥 (厚度控制在 4mm 左右)，随即将钢板粘贴在混凝土面，立即加压成型，钢板粘贴好后，清除钢板表面的污垢，涂两层环氧树脂基液罩面防腐。

四、结语

总而言之，设计计算、设计的构造配筋、作用荷载、建筑材料、施工工艺、气候条件、日常养护等都会对预应力混凝土连续箱梁桥形成裂缝。在对混凝土连续箱梁桥进行加固时应该结合实际情况进行分析，论文简要的介绍了粘钢加固法加固法，仅供参考。

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