预应力砼空心板结构病害成因分析及处治

关键词: 预应力空心板;裂缝;渗水泛白;铰缝  

　　1 前言 　 

　　本公司所养护高速公路路段通车运营至今已两年多,路段内桥梁的上部结构型式主要为预应力砼空心板,设计荷载等级为:公路-I级;双向四车道;桥面布置为:0.5(防撞墙)+12.5(行车道)+0.5(防撞墙)m;单幅桥每跨横向一般为13块预制预应力砼空心板;跨径一般为:10m、13m、16m、20m等。板式橡胶支座,双柱式墩。 　

　　2 病害概述 　 

　　在日常的巡查过程中,发现预应力砼空心板结构存在病害主要为: 

　　(1)底板厚度过厚或过薄,破损露筋 

　　部分预应力砼空心板在底板表面位置存在底板过厚或过薄,破损露筋现象。 

　　(2)预应力砼空心板底板纵向裂缝 

　　相当数量的桥梁在底板中间位置靠近两侧墩台支承位置附近存在纵向裂缝,部分通长,个别伴随着渗水泛白现象;从裂缝的性状来看,裂缝宽度介于0.05～0.4mm之间,部分裂缝已达到或超出《公路桥涵养护规范》的限值0.2mm。 

　　(3) 预应力混凝土空心板底板横向裂缝、底板和腹板斜向裂缝 

　　个别预应力混凝土空心板底板存在横向裂缝,裂缝多数位于支点附近,少数出现在跨中位置,裂缝宽度介于0.05～0.3mm之间;少数预应力混凝土空心板桥梁底板、腹板在支点附近存在斜向裂缝,裂缝最大宽度达0.25mm;均已超出《公路桥涵养护规范》对“预应力混凝土构件不允许出现横向裂缝”的要求。 

　　(4) 铰缝存在的主要病害是:铰缝脱落、渗水泛白。 

　　预应力砼空心板铰缝脱落较普遍,部分伴随着渗水泛白现象,个别铰缝在全跨范围内脱落,渗水泛白。 　 

　　3 病害的成因分析 　 

　　经对施工和养护方面的经验体会,认为上述病害的原因主要有以下几个方面: 

　　(1) 底板厚度过厚或过薄,破损露筋 

　　预制空心板采用一次性装模并一次性浇筑混凝土,由于板较宽,通常在1~1.3m左右,芯模底面下的底板混凝土不能直接振捣密实,而是两侧的混凝土(有的大部分是水泥砂浆)挤压流动填充空心板的底板,如果混凝土石料规格过大,水灰比不当,就会出现底板混凝土不密实、渗水漏水现象或纵向收缩裂缝。如不处理,底板钢筋易锈蚀,影响桥梁使用寿命。 

　　预制空心板的芯模固定不牢,混凝土振捣时因挤压力的作用使芯模上浮,造成空心板底面超厚,顶板厚度不足,有的施工单位为了保证顶板厚度,人为加大了板高的尺寸,影响到桥面铺装层的厚度。预制空心板几何尺寸与设计的几何尺寸不相符、底座平面不平整的主要原因是施工马虎,施工前、施工中、施工后没有严格进行工序检测所致。 

　　(2)预应力空心板梁底纵向裂缝 

　　1)利用ANSYS软件模拟空心板梁内外温度差,对应空心板顶低板横向拉应力的相应变化,以及当顶底板达到混凝土抗拉设计强度时,对应的内外温差,得出了空心板梁纵向裂缝的原因:内外温差达到13度时,底板中轴线处因横向拉应力过大导致纵向裂缝出现的可能;空心板内外温差对底板横向应力影响较为敏感,对顶板较小。 

　　2)还有一种可能性就是由于保护层过溥而空气的氯离子入浸,导致钢筋生锈膨胀,从而出现延主筋方向的梁底纵向裂缝。

　　3)另种原因就是梁体内两侧预应力筋在被强拉过程中产生横向附加拉应力,超过梁底混凝土的最大抗拉强度从而导致梁底中部延预应力筋产生纵向裂缝。 

　　(3) 预应力混凝土空心板底板横向裂缝、底板和腹板斜向裂缝 

　　此类裂缝特征为典型的结构受力裂缝,在《公路桥涵养护规范》中规定是不允许出现的,其出现的主要原因除考虑施工及环境因素外,首要须怀疑结构承载能力原因;对此类病害建议通过特殊检查或荷载试验来确定成因。 

　　(4) 铰缝脱落、渗水泛白 

　　随着现代经济高速发展,重型车和超载车出现频繁。近些年来,这类桥梁经常出现沿空心板间企口缝的纵向裂缝、坑槽和塌陷,且空心板间铰缝处混凝土破碎、脱落、大面积渗漏,致使板间横向联系削弱甚至失效,出现单板受力,严重影响行车安全,成为整条公路交通的瓶颈。 

　　除超重超载这一原因外,施工控制不严格也是一个重要原因之一。通过对铰缝脱落处进行他细观察,发现铰缝里部分充填了大量生活垃圾。 　 

　　4 处治措施 　 

　　(1) 底板横向、斜向裂缝和腹板斜向、竖向裂缝 

　　该类型裂缝为典型的结构受力裂缝,建议首先对裂缝进行灌缝处理,然后粘贴纤维布或者钢板进行加固。 

　　(2)预应力空心板梁底纵向裂缝 

　　建议对裂缝进行灌缝处理,具体措施如下: 

　　A 裂缝宽度<0.15mm 

　　采用聚合物水泥表面封闭法,聚合物水泥是在加固专用的改性环氧浆液配出后加入50克525#水泥搅拌均匀而成。 

　　B 裂缝宽度≥0.15mm 

　　采用灌注混凝土裂缝修补胶液封闭裂缝法,将裂缝修补胶浆液压注入结构物内部裂缝中去,以达到封闭裂缝,恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的,使混凝土构件恢复整体性。 

　　(3)底板厚度过薄维修建议 

　　板底厚度偏薄,相应的钢筋及钢铰线保护层也偏薄,这样容易导致底板产生纵向裂缝。一旦有水侵入空心板内,极易导致钢铰线、钢筋的锈蚀,进而降低板梁的承载能力。对于底板厚度偏薄的梁板,先对形成的孔洞进行钢筋除锈、环氧混凝土修补,然后处理好主梁的防水问题,建议处理好桥面防水并在主梁底板粘贴玻璃丝布。 

　　(4) 铰缝脱落、渗水泛白 

　　1)对处于明显单板受力状态的梁板。单板受力状态使得作用在混凝土梁板上部的车轮压力不能有效地进行横向分配到其它板上,而集中的作用在单板受力的梁体上,大大加重了单板受力梁体的负担。鉴于单板受力病害对桥梁上部结构危害的严重性,建议对此类病害桥梁做以下处治:首先对单板受力的梁板进行特殊检查,根据梁板的破损状况分别采取以下措施: 

　　①若梁板基本完好,直接更换桥面铺装。具体措施是:将原桥面铺装结构及铰缝混凝土凿除,重新浇筑铰缝混凝土,新建桥面改为自上而下一层水泥混凝土桥面铺装,并将铺装钢筋加强,增加横向受力钢筋,以改善上部结构的横向分布及增强横向联结;同时为加强桥梁上部结构的整体性,提高承载能力,在板顶植筋与铺装层钢筋相连接,使新建桥面铺装部分参与受力,以此在一定程度上增加安全储备。对于处于单板受力病害晚期、个别桥面板已产生塑性变形的桥梁,建议采取粘贴碳纤维,进行单独补强处理,必要时可考虑换板。同时,考虑到加固后美观和改善使用状况,可在桥面铺装层顶加铺1～2cm微表处。 

　　②若梁板破损严重,可采取以下两种措施:A进行灌缝封闭处理,然后粘贴纤维布,最后更换桥面铺装。B更换梁板和桥面铺装。 

　　2) 对于部分铰缝脱落,只需对脱落的铰缝进行混凝土修补处理,以增强桥梁的横向联系,同时,在日常养护中,要加强对单板受力状态的观测。 　 

　　5 结语  

　　先张法预应力砼空心板梁以其造价低、施工方便、可以工厂化生产等优点得到广泛应用。本文针对所管养高速公路路段的预应力空心板桥梁出现的病害概况,对病害进行了成因分析,并提出了切实可行的维修处治方案,为此类型桥梁的管养工作提供了技术参考。 

　　参考文献: 

　　[1]JTJ H11-2004,公路桥涵养护规范[s].北京:交通出版社,2004. 

　　[2]郑升宝,周志祥.预应力混凝土空心板端部开裂研究及处理[J].重庆交通学院学报,2003,(3). 

　　[3]卢树圣.现代预应力混凝土理论与应用[M].北京:中国铁道出版社,2000. 

　　[4]周志祥,任超,彭兴国, 等.预应力混凝土空心板桥纵向裂缝分析[J].重庆交通学院学报,2005,(2).