预制小箱梁病害分析与处理

摘要：随着我国路桥建设的飞速发展，为满足施工需求，在施工过程中需要用到预制小箱梁。预制小箱梁的质量对保证路桥质量有重要作用，由于预制小箱梁自身的构造特性，加上设计施工、超载车辆、自然条件的影响，往往会导致小箱梁出现病害。本文针对预制小箱梁的病害进行了详细分析，同时提出了相应的处理和预防措施，对防治小箱梁病害发生，保证施工质量和生命安全有重要的指导意义。

关键词：小箱梁；病害；分析与处理

桥梁结构作为公路建设的重要基础设施，对保证公路的整体质量，确保运输安全有至关重要的作用。随着我国经济建设的不断发展，桥梁结构的形式也日益丰富，预制小箱梁以其较高的截面抗弯强度和抗扭强度，并且具有性价比高、施工速度快的优点，因此在国内外施工建设中得到了广泛应用。然而由于设计失误、施工不严格、超载车辆等因素的影响，加上自然天气和养护管理等条件造成桥梁的自身老化，所以现有的预制小箱梁桥大多存在病害，因此加强对预制小箱量的病害的分析和处理，对保证工程质量和提高经济效益有重要作用。

1.预制小箱梁病害分析

虽然小箱梁已经在工程中得到了广泛的推广，然而由于各种因素的影响，所以现有的小箱梁桥梁仍存在大量的危害。其中各种裂缝是影响小箱梁的主要病害，裂缝的形式主要表现为以下几个方面：

1.1箱梁腹板的裂缝

（1）裂缝的形态。箱梁腹板的裂缝主要发生在梁端至1/4跨中处，严重的可影响到整个箱梁的腹板截面。裂缝宽度通常在0.2mm左右，与梁板呈45度夹角，延伸至底板的裂缝多在腹板底部与其结合部纵向扩展，延伸至顶板的裂缝多在腹板和顶板之间。裂缝的深度大多会通过整个腹板截面。

（2）产生裂缝的原因

造成小箱梁腹板裂缝的主要因素有设计的不完善、施工不当。由于设计上的不完善往往会造成小箱梁的质量问题，加上过分追求经济效益和控制施工成本，一定程度上降低了施工的安全系数，如某些小箱梁腹板太薄弱、设计不合理，大大降低了桥梁的抗剪性，由于梁体没有满足荷载设计要求，所以容易造成腹板裂缝的出现。而且由于裂缝的出现会进一步使箍筋应力增大，荷载反复作用，进而加大裂缝的宽度和深度，降低梁体的整体刚度和承载力。裂缝产生的时间越久，梁体受破坏的程度就越严重。施工不当如支座脱空往往会造成箱梁受力的畸变，另外由于模板定位的不精确也会减小腹板的厚度，这些施工因素都会造成裂缝的产生。

1.2顶板的纵向裂缝

（1）裂缝形态。顶板的纵向裂缝通常位于腹板和顶板相交接的地方，或者处在梁板湿接缝处，沿纵向间断或连续分布，通常在局部还伴有混凝土的碎裂情况，这种裂缝往往造成桥面的防水层破坏，导致梁体铰缝渗漏，造成箱梁横向连接受损，出现单梁受力的现象。

图1 预制小箱梁顶板裂缝的分布图

（2）裂缝产生的原因

箱梁顶板的裂缝主要由于箱梁顶板受汽车轮载所引起的局部受力造成的。通常情况下，在进行小箱梁预制前，设计单位会通过软件对箱梁的整体受力情况进行计算，但对于局部的受力计算却很少。图1所示为通常小箱梁的横向布置。根据现场调查可知，图中的L2的距离往往大于L1的距离，导致湿接缝处的弯矩过大；同时湿接缝处的施工质量普遍较差，然而汽车超载现象又比较严重，所以在小箱梁的湿接缝处往往出现纵向裂缝。同时，在浇筑混凝土时，箱梁的内膜因浇筑的下层混凝土的重力而使得内模有一定程度的向上浮起，从而使得顶板厚度难以保证，并伴有裂缝的产生。

1.3沿波纹管的纵向裂缝

（1）裂缝形态。沿波纹管的纵向裂缝多位于小箱梁腹板接近底板20厘米左右处，沿着预应力的钢束布束方向，裂缝通常多发生在梁长1/4～3/4的范围内，裂缝产生的同时还会出现局部混凝土离析的现象。该类裂缝的深度在1-2cm范围内，宽度大多在0.1-0.2之间，大部分裂缝在保护层内，也有少数穿透保护层的。

（2）裂缝产生的原因

沿波纹管的纵向裂缝产生的主要原因有几个方面：

一是混凝土性能过低和构造空间过小。以云南昆安高速公路第3合同主线高架桥的小箱梁进行说明，梁长25.0m，对于一段简支一段连续的箱梁而言，波纹管外径56mm，腹板厚度18cm，波纹管与模板两侧的距离为6.2cm，中间的构造箍钢筋加分布筋厚度共为2.2cm，则波纹管两侧允许混凝土通过的理论距离为4cm，但实际操作中该距离往往会小于2.5cm。可以看出，实际操作中构造空间往往较小，这就要求混凝土有较高的工作性能和状态，尤其要严格控制粗集料的最大颗粒，可采用最大不超过22mm的粗骨料。然而集料的质量大多较难控制，一般较粗，这对箱梁质量造成了一定的影响，导致波纹管处混凝土局部表面发生离析，甚至会产生裂缝。

二是预应力孔道压浆的影响。由于小箱梁波纹管腹板处混凝土的承压面较小，所以必须要求压浆能及时压入预应力孔道，压浆越早则相应的结构混凝土和预应力筋之间的粘接效果越好。然而由于施工组织及其他因素的影响，常常会出现小箱梁张拉后未及时压浆的现象，造成波纹管周围混凝土承压时间过长，而且由于表面的保护层较薄，所以往往造成预应力管道裂缝的出现。

三是施工缝的影响。由于小箱梁在浇筑过程中，往往会预留一些施工缝，在腹板与底板的结合处，沿波纹管往往会形成混凝土的薄弱部分，这也是造成纵向裂缝的重要原因。

1.4环向裂缝

（1）裂缝形态。在高速公路建设中，两个小箱梁在混凝土浇筑完之后，由于模板拆除之后小箱梁将停置在台座上，在没有施加预应力的情况下，箱梁横断面的腹板、顶板和底板可能会出现环向裂缝，严重时会造成断梁。

（2）裂缝产生的原因

环向裂缝大多由于梁底拉应力过大或者由于混凝土受到应力收缩。对于预应力钢筋混凝土结构，如果梁底收到的拉应力过大时，这种情况十分危险，但相对来说发生的可能性比较小。这里一般考虑由于混凝土受温度影响产生裂缝的原因。一是由于气温、光照和下雨等因素导致的气温突然变化。在混凝土浇筑之后，且尚未达到一定强度时，这时如果出现下雨情况，会导致气温急剧下降，容易使小箱梁混凝土所受的拉应力过大，由于材料的抗拉强度有限，所以可能出现环向裂缝。同样地如果在白天浇筑时的气温较高，那么到晚上小箱梁也会出现环向裂缝。二是在混凝土浇筑过程中由于基础约束不当造成裂缝的出现。当小箱梁的台座基础是浇筑在坚硬的基岩或混凝土表面时，如果没有采取一定的放松约束措施，如使用光滑钢板进行隔离等，那么混凝土会由于气温或水化热温度的影响，致使混凝土内部温度升高，当混凝土突然降温时，会产生巨大的变形，从而在混凝土内部产生巨大的拉应力，导致裂缝的出现。这种裂缝一般在浇筑拆模时就出现了，裂缝的深度较深而且具有很强的穿透性。

1.5箱梁底板纵向裂缝

（1）裂缝形态。箱梁底板的裂缝一般出现在箱梁底板中部，最大裂缝宽度可达0.31mm，底板纵向的分布图如下所示：

图3 箱梁底板纵向裂缝分布图

（2）裂缝产生的原因

如果只出现小箱梁底板的纵向裂缝，则一般可以认为是非设计因素造成的，而是由于施工因素造成的。如果进行箱梁底板混凝土浇筑时没有按照规范对箱梁底板预应力筋进行布设，则可能造成预应力管道偏离原有设计位置。在预应力作用下局部梁段会产生径向力，对箱梁底板受力构成影响。如果波纹管的偏差超出规范，就会使箱梁底板出现裂缝。

2.预制小箱梁病害的处理防治措施

由以上的分析可知，预制小箱梁的病害主要表现在裂缝方面，所以对小箱梁病害进行防治应主要从裂缝的防治方面入手。针对如何处理小箱梁中出现的各种裂缝问题，以下分别进行详细的介绍：

2.1腹板裂缝的处理与预防

对于小箱梁的腹板裂缝，通常可采取加固措施，对梁体进行修补。当裂缝的宽度大于0.12mm时，可使用化学胶液注射的方法进行修复；而对于小于0.12mm的细微裂缝，大多采用环氧砂浆等封闭措施。还可以使用混凝土对腹板和底板进行加厚，特殊情况下可以增设体外预应力。当裂缝特别严重且用以上方法都无法解决时，可将其作为废梁进行放弃。以云南昆明至安宁高速公路第3合同（K9+000～K12+388）为例，其中的下层道路K10+360处拼宽桥因多次变更，于2006年10月4日最终设计为1孔33m组合箱梁对老路进行左右幅拼宽，共14片组合箱梁，该桥采用的波纹管为内径φ55mm（壁厚0.5mm），工地现场因一片箱梁腹板裂缝过大而作为废梁处理。除了加固措施，还可以从设计方面对裂缝进行提前预防，常用的改进方法有：加厚顶底板和腹板厚度，拓宽箱梁的宽度并增加高度。

2.2顶板纵向裂缝的处理与防治

对于梁箱的顶板纵向裂缝，需要暂停所在施工场地的交通，在对破损混凝土凿除的基础上重新浇筑混凝土，同时针对两底翼边缘可通过横向粘贴碳纤维或钢板进行加固。加强预防，加大湿接缝处的施工质量。在结构设计时要对小箱梁翼缘板进行汽车轮载局部受力分析。而在箱梁混凝土浇筑是，当浇筑至梁高一半左右时，需采取措施控制内模的稳定，可采用槽钢压在内模上等措施，以保证顶板的厚度。

2.3沿波纹管纵向裂缝的处理与防治

沿波纹管的纵向裂缝宽度一般在0.2mm以下，没有贯穿保护层，所以可以用化学胶液注射法进行修复。如果裂缝较大，超出了混凝土保护层，需要通过一定的载荷试验进行验证处理。裂缝的预防一般可以通过增大小箱梁腹板厚度，增大波纹管两侧混凝土的间距等方法进行预防，同时加强对集料粒径的控制，保证所配置混凝土的工作性能。另外及时压浆并合理布置施工缝的高度也可以有效预防裂缝的产生。

2.4梁体跨中环向裂缝的处理与防治

对于该类裂缝进行处理时，如果所用的是普通钢筋混凝土结构，则可以采用裂缝修复和加贴钢板的方法处理；如果箱梁为预应力混凝土结构，裂缝严重的则将无法修复。通过在小箱梁的台座上铺设钢板并控制混凝土浇筑时的温度，可以有效预防环向裂缝的产生。此外对于混凝土还需进行定期的养护，以保证梁体的温度控制在合适范围内。

2.5底板纵向裂缝的处理与防治

如果箱梁底板出现纵向裂缝，则一般采用壁可法进行表面封闭，同时也可以在箱梁底板加设碳纤维或钢板等措施进行处理。为了有效预防底板纵向裂缝的出现，应在设计时充分考虑底板的厚度，特殊情况下还需加设径向防崩箍筋。同时应注意加强对预应力管道位置的精确施工。

3.总结

桥梁结构作为公路建设的重要基础设施，对保证公路的整体质量，确保施工和运输安全有至关重要的作用。然而由于各种因素的影响，可能会导致预制小箱梁桥出现病害，其中裂缝是其主要表现形式。本文针对预制小箱梁的病害进行了详细分析，介绍了各种裂缝的形态和产生原因，同时进一步提出了相应的裂缝处理和防治措施。文中结合云南昆明至安宁高速公路工程第3合同段的实例，对腹板裂缝的一片小箱梁采取了报废处理，并对缺陷责任期发现的问题进行了有效处理，得到监理工程师、设计方和业主的认可。由于小箱梁的裂缝种类多种多样，产生的原因也不尽相同，所以要根据具体的情况现场分析，并采取合适的处理和防治措施。

参考文献：

[1] 张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 蒲广宁，饶中，孟屯良，丁学良.30 m预应力混凝土空心板病害成因分析及对策[J].公路，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[J].铁道建筑，2008，（01）：31-33.