摘要：本文以泰萊高速公路上汶河特大橋為例，針對預應力空心板底出現縱向裂縫病害情況，結合實際情況深入分析預應力空心板產生縱裂的原因和機理，通過做砼強度、鋼筋銹蝕情況、表面砼碳化等試驗以及板內鋼絞線數量同設計比對等多方面驗證，探討出該橋預應力空心板發生縱裂的根本原因，通過預應力空心板施工、混凝土空心板初期養護、空心板設計方面、橋梁后期改建加固等的控制，減少預應力空心板底出現縱向開裂，并提出了相應的防治措施。

　　關鍵詞：預應力空心板橋;縱向裂縫;原因分析及防治

　　Abstract: Based on the Wen River Bridge in the Taylor highway, for example, longitudinal cracks, combined with the actual situation in-depth analysis of prestressed hollow plate of the cause and mechanism of the longitudinal fissure, and by doing concrete strength for prestressed hollow slab bottomsteel corrosion in the surface of the concrete carbonation test and plate strand number of the same design than many validation, investigate the root cause of the bridge prestressed hollow plate interhemispheric prestressed hollow slab construction, concrete hollow core slabsinitial curing, the design of the hollow plate, bridges and late alterations reinforcement of control, reduce longitudinal cracking in the end of the prestressed hollow slab, and the control measures.

　　Key words: prestressed hollow slab bridge; longitudinal cracks; Cause Analysis and Prevention

　　中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

　　1、前言

　　在現代橋梁工程中，預應力混凝土空心板梁由于其自重輕、規模化預制、施工方便等諸多有利因素而被廣泛使用，在許多橋梁中就普遍采用了這種結構，取得了良好的社會、經濟效益。但近些年來發現部分橋梁由于空心板板內積水反復凍脹以及施工空心板預制和設計不符、空心板的初期養護不當等原因致使空心板底出現縱向裂縫，部分開裂嚴重區域混凝土脫落、滲水、泛白。本文結合工程實例來對先張法預應力混凝土空心板縱向裂縫的產生原因進行分析以及對預應力混凝土空心板板底縱向裂縫采取的處治方法進行總結，作為日后解決類似問題的借鑒。

　　2、工程概況

　　汶河特大橋位于S26泰萊高速萊蕪市西郊汶河上，中心樁號K43+050，該橋是一座54×20m先張法預應力混凝土空心板梁橋,橋梁全長1084.06m,橋面寬度23m。空心板梁長1996cm，寬99cm，高85cm，空心板截面(見圖1),采用C50號混凝土及Ⅱ級鋼筋。橋面汽車荷載為汽-超20級，掛-120。

　　橋梁特殊檢查發現該橋共有約70塊空心板底出現開裂現象，約占全橋空心板總數6%，其中橋梁邊板開裂較多。裂縫產生于空心板的中部，有從支點一直延伸至跨中，直至另一支點即縱向貫通開裂。也有部分空心板裂縫并不連續，僅在局部開裂，而且跨中部位縱向開裂多，支點附近開裂少;也有的空心板開裂嚴重，部分區域發生縱向裂縫發生分叉，開裂兩側混凝土存在高差，開裂深度達7cm，將混凝土切割破碎，混凝土碎塊掉落，露出預應力鋼絞線，開裂處滲水、泛白。多數裂縫寬度在0.12-0.30mm左右，部分較嚴重的裂縫寬度達2.0mm，部分裂縫寬度已大大超過《公路橋涵養護規范》(JTGH11—2004)對預應力構件縱向裂縫寬度的規定值(0.2mm)。

　　發生縱裂的位置都在空心板縱向中軸線位置或在中軸線附近，裂縫深度均已發展到預應力鋼絞線的位置，甚至有的裂縫已貫通底板(深度達到13cm以上)，發生漏水、泛白嚴重情況的典型

　　3、原因分析及防治

　　3.1空心板底縱向開裂原因分析

　　預應力空心板板底存在縱向裂縫會對梁體的整體性和剛度都會產生影響，裂縫的存在也會使混凝土受到損害，并且在混凝土開裂嚴重區域使鋼筋暴露在空氣中，增加了鋼筋被腐蝕的機率，從而會降低構件的使用壽命，通過實驗空心板鋼筋銹蝕及表面砼碳化情況輕微。縱向裂縫的發生必然與結構本身的特性存在聯系，下面從結構設計和施工兩方面的原因進行分析。

　　3.1.1空心板結構設計情況

　　本橋空心板的設計荷載等級標準為汽-超20級，掛-120。鋼絞線采用φ15.24鋼絞線，非預應力筋采用Ⅱ級鋼筋。20m預應力空心板橫截面空心板寬為99cm，板高85cm，空心板砼標號為C50。

　　橋梁檢測部門為了搞清楚空心板底縱向開裂的原因，對開裂較嚴重的板進行破壞性尺寸檢驗，通過鋼卷尺的現場量取，經過同設計資料比對，空心板外形尺寸同設計相符，腹板尺寸厚度同設計相符，但頂底板尺寸同設計相差較大，比設計值小2.7cm(原設計頂板厚9cm,底板厚14 cm)，具體見下圖3所示：

　　圖3解剖后實際量取尺寸

　　經過現場解剖驗證20米空心板預應力鋼絞線共計14根，同設計相符，空心板頂面、腹板等位置普通鋼筋數量同設計相符，也沒有銹蝕的現象，但該空心板預應力鋼筋凈保護層5.1cm,設計文件中的預應力鋼筋凈保護層應為3.74cm，所以空心板預應力鋼筋位置同設計不符。

　　綜上所述通過全面解剖空心板，總結實際截面尺寸和設計截面尺寸差異見下表：

　　序號名稱設計值測量值

　　1空心板頂板厚度9cm6.3cm

　　2空心板底板厚度14cm13.5cm

　　3空心板腹板厚度11cm11cm

　　4預應力根數14根14根

　　5預應力凈保護層3.7cm5.1cm

　　6普通鋼筋數量相同

　　由本橋空心板橫斷面尺寸可以看出，由于預制空心板時可能芯模固定不牢，混凝土振搗時因擠壓力的作用使芯模上浮，造成空心板頂板厚度不足， 致使頂板較薄，一般為7～8cm，而下底板相對較厚，一般為14～15cm，因此當空心板內由于橋面積水通過橋面縱、橫向裂縫滲入到空心板頂，然后通過板端封頭或板頂裂縫或板頂空洞(上次中修鑿除原先整體化砼板頂被打穿，檢測中發現很多板頂出現空洞)進入到空心板內，使空心板內存水，經過反復凍融，當內外溫差差別大時,底板中軸線處因橫向拉應力過大導致縱向裂縫出現，現場檢測時空心板內積水排放見圖4，該一塊板內共排出積水約3立方米。

　　水柱

　　圖4 板內積水排放

　　3.1.2空心板的施工情況

　　根據了解，本橋預制空心板大部分是在夏季進行，在夏季混凝土澆注施工時，添加外加劑的高標號混凝土的坍落度損失較快，導致空心板的底板混凝土不密實，導致空心板混凝土質量離散性很大。另外由于施工的誤差底板的厚度可能比上設計值小，從局部受力分析，它確實降低了底板的抗裂能力。空心板縱向開裂，與施加預應力的大小也有關系。夏季預應力束張拉時，鋼絞線在暴曬下溫度可達60℃左右，但是混凝土澆注時，按照施工規范要求溫度不能過高，在溫度差的作用下，鋼絞線收縮產生超過設計值的張拉力，致使空心板預拱度增加，空心板受力也增大，易于發生開裂。

　　由于該橋建造時由于空心板數量多(全橋共1188塊空心板)，因此預制空心板時跨越冬季進行預制，即有一部分空心板是在冬季進行預制。在冬季施工過程中，因為外界溫度較低，而空心板梁混凝土中由于水化熱的原因產生很大的熱量。而在養護過程中，當油布掀開后，混凝土表面遇冷將發生急劇收縮，而內部混凝土因水化熱尚未完全消失而發生較大的內外溫差，從而形成一種內脹外縮的現象，導致混凝土表面產生裂縫。梁體頂板與底板收縮不一致導致板底出現縱向開裂。

　　另外空心板梁在預制板廠養護時，當油布掀開后，上頂板的冷卻將快于下底板、收縮也將大于、快于下底板，而此時埋設于空心板底部的鋼鉸線尚未剪索，梁體預應力尚未得到，再加上上頂板布筋少，抵不住這種大的拉應力，從而導致了頂部裂縫的產生。

　　檢查發現板底出現縱向裂縫，另外一個原因是板內預應力引起次應力，通過觀察發現原空心板預應力鋼絞線回縮量較大，并且14根鋼絞線回縮量差別較大，其中兩根明顯縮進板內，造成板內出現次應力，引起空心板底出現縱向裂縫。

　　另外施工過程中，由于先張法預應力束放張時，鋼束的回縮會給混凝土施加強大的預應力，在橫向可產生劈裂橫向拉應力。如果預應力放張過早，混凝土強度尚低，會產生縱向開裂的微小裂縫。預應力放張過快，梁體內部應變無法很快達到平衡，發生應變滯后，也會導致橫向拉應力超限而開裂。另一方面如果施工未按照規范要求對稱均衡地放張，也會在截面橫向產生彎矩，應力迭加超過限值后發生開裂。

　　本橋邊板開裂的較多，約占全橋開裂空心板的半數以上，分析原因是邊板截面不對稱，放張后截面上橫向彎距比中板截面大，而尺寸與中板相近，加上防撞護欄澆筑溫度同邊板預制時差別較大，造成收縮不同步，所以邊板是薄弱環節，縱向開裂就比中板多些。

　　3.1.3綜合分析，空心板產生縱裂的主要原因首先是由于部分空心板在冬季預制施工時，砼強度達不到放張要求，板內存在次應力，加上雨水通過鋪裝縱橫向裂縫滲透到板頂，沿板頂裂縫或者板頂空洞(上次大修換鋪裝打穿了很多板頂)，滲透到板內，導致板內積水，經過反復凍融，使空心板發生較大的內外溫差，從而形成一種內脹外縮的現象，加上板內外溫差較大引起產生縱裂。

　　3.2空心板底縱向開裂防治

　　對于已經出現的裂縫，鑒于對空心板的整體受力性能影響不大，應視其嚴重程度進行適當的處理，主要目的是封閉裂縫，減少構件受侵蝕的機會，消除裂縫對空心板使用壽命的影響。

　　對于板底出現縱向裂縫，但未超過規范規定的限值，建議對板底順橋向采用碳纖維布進行加固。混凝土開裂、碎裂嚴重的，采取換板處理以消除安全后患。

　　4、結論

　　由以上情況可以看出，預應力空心板底出現縱向裂縫的原因有設計和施工兩個方面。

　　為避免預應力空心板的結構產生縱向裂縫，首先應優化設計。在設計時應充分考慮溫度應力的影響，為避免橫向應力引起的縱向裂縫可在設計時適當加強橫向普通鋼筋的配置，雖然結構的設計通過常規的受力驗算，能夠滿足規范要求，但仍需要增加結構應對施工偏差的容錯性，減少發生質量問題的機率。

　　在施工方面，應改進混泥土施工工藝，保證混凝土的澆注質量。避免在冬季施工橋梁關鍵承重構件，在氣溫較低的季節施工附屬構件，混凝土澆筑后應立即采取保溫措施。在空心板養護階段必須嚴格按規范養生，放張應采取齡期和砼強度雙控的原則。進行維修加固鑿除原橋面鋪裝時嚴禁損壞空心板頂板。

　　參考文獻：

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