预应力混凝土连续箱形梁桥常见病害及防治措施

摘 要：预应力砼连续箱梁桥裂缝产生的原因很多，本文对预应力混凝土箱梁桥在建设和运营过程中出现的一些主要裂缝进行了分析研究，并提出了预防裂缝的措施。

关键词：预应力混凝土 连续梁 病害 防治

中图分类号：TU528.571文献标识码： A 文章编号：

一、PC连续箱形梁桥的特点

预应力混凝土变截面连续箱形梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面一般仅设两道伸缩缝，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工较成熟，施工质量和施工期能得到控制，成桥后养护工作量小。因此，这种桥型在我国公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛应用，但在建设和运营过程中也存在着许多问题值得研究[1]。

二、常见病害及相应的预防和处置措施

预应力砼连续梁桥上部结构在运营过程中经常出现以下几种病害，主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝、箱梁底部的横裂，箱梁腹板的竖裂与斜向裂缝，其中箱梁腹板的斜裂得格外关注。

2.1 顶板纵向裂缝。

该病害常见于顶板底部，对于挂篮分阶段施工的箱梁桥，纵裂多贯通整个阶段，部分裂缝长度较短，裂缝宽度多在0.10～0.15mm范围之内。箱梁顶板各个节段基本均存在纵裂，且间距比较密集。该病害属于预应力砼连续箱梁的常见病害，病害严重时可能危及结构的安全。

原因分析:

①沥青砼铺装层铺装时引起箱梁截面竖向温度梯度是顶板底部存在纵向裂缝的原因之一[2]。桥面铺装时沥青混凝土摊铺温度可高达150oC，一部分温度沿桥梁结构向下传递，形成温度梯度，进而引起顶板底部较大的温度应力。

②顶板的恒载及桥面活载也是引起顶板底部纵裂的原因。尤其对于宽幅单室箱梁，由桥面荷载引起的顶板底部的横向完全应力较大，也容易致使顶板底部产生纵裂。

③横向预应力度不足。由于横向预应力筋长度较短，预应力损失较大，有效预应力不足，也容易使得顶板底部纵向开裂。

处置措施：

①对于宽幅箱梁，若对应主车道位置纵裂较明显，裂缝宽度较大，则应按照横向预应力度不足来处理。可先在裂缝处涂抹环氧砂浆作为临时处理，若裂缝继续发展，应在板底沿横向垂直裂缝粘贴钢板或碳纤维布加固。

②若对应主车道位置纵裂并非更加明显，纵裂在顶板底部均匀分布，则纵裂应由施工阶段浇筑沥青砼层所产生的竖向温度梯度所致。可采取涂抹环氧砂浆的措施进行修补。

预防措施：

①在设计中，采用箱梁截面竖向温度梯度模式计算箱梁顶板横向应力，合理配置预应力束，并加大普通钢筋的配置量，以控制纵向裂缝的宽度[2]。

②施工时，采用多次、分层摊铺沥青混凝土，并尽量减少第一次摊铺的厚度，以降低截面上的竖向温差。

2.2 底板纵裂

该病害常见于变截面连续箱梁跨中合拢段及其两侧节段底板下缘，纵裂多对应于底板纵向预应力筋位置，裂缝宽度多在0.10～0.20mm范围之内，多集中于两侧腹板的中部区域。

原因分析：

①底部预应力的径向力过大：由于变截面连续箱梁，底板的预应力束多与底板的线性一致，多采用上凸的抛物线形式，抛物线的次数多在1.5～2.0之间。抛物线的次数越低在顶部的曲率越大，底板预应力束所产生的竖向等效荷载也越大。经文献[2,3]分析，底板预应力束的径向力是底板产生纵裂的主要原因。

②预应力束之间的间距，随着预应力束的间距增大，则由腹板侧向底板中部布置的预应力束将越靠近底板中部，由此引起的底板中部的横向应力也随之增加。因此预应力束间距过大也可能是引起底板纵裂的原因之一。

③大跨径箱梁桥跨中合拢段的底板一般较薄，且此处存在较多的预应力管道和普通钢筋通过，所以此处底板下缘砼的品质很难保证，这也是在跨中合拢段附近底板容易出现纵裂的原因之一。

处置措施：

①涂抹环氧砂浆封闭裂缝后，沿底板横向粘贴碳纤维布或钢板条。

预防措施：

①设计方面：当梁高和根部高度确定后，在满足抗剪要求的前提下，箱梁底部抛物线次数尽量取高些，以减小跨中合拢段纵向预应力束的径向等效荷载[2]。在按照规范要求，满足预应力束管道最小间距的前提下，预应力束应尽量向腹板靠拢。

②施工方面：要严格控制底板下层砼的品质。

2.3 腹板竖裂

腹板竖裂多与梁底横裂或翼板横裂伴随产生，腹板竖裂属于预应力砼连续箱梁的常见病害。

原因分析：

①表面收缩裂缝。这种裂缝多见于等截面连续箱梁，裂缝自腹板底部至腹板顶部，部分竖裂上端向上延伸至翼板，但延伸长度较短。裂缝在腹板1/2梁高处宽度较大，向两端逐渐闭合，一般为0.10～0.15mm。裂缝间距无一定规律，这种裂缝在梁跨间任何部位都可能出现。这种裂缝主要由砼不均匀收缩所致，当然也有荷载的部分作用。

②正弯矩区裂缝：腹板竖裂多与底板横裂形成“L”型或“U”型裂缝，此病害主要分布在1/4～3/4跨径范围内，其位于腹板的裂缝长度为5cm～30cm，部分贯通整个腹板，裂缝宽度为0.10mm～0.35mm，裂缝间距在10～40cm不等。该区域底板横裂和腹板竖裂主要是受拉引起的结构性裂缝。

③负弯矩区裂缝

在支点负弯矩区，腹板竖裂起于顶、腹板交接处，上宽下窄，并且部分延伸至翼板，形成翼板横裂，部分为通长横裂。此类病害在翼板底部集中出现，往往只有少数几条，而且分布范围较小，这是由于负弯矩峰值下降较快的缘故。

处置措施：

①对于表面收缩裂缝，采取封闭措施，以防水气侵入梁体，加快钢筋锈蚀。

②对于正弯矩区弯拉裂缝，对裂缝进行封闭处理，并且在箱梁底板靠近腹板处粘贴钢板条加固。若裂缝仍得不到控制，可采取加厚两侧腹板并设置小股预应力束，以提高跨中的抗弯能力。

③对于负弯矩区弯拉裂缝，尤其对于翼板开裂并伴有渗水结晶处，应首先对裂缝进行封闭处理，并在箱梁墩顶桥面铺装层设置小股预应力束，以提高墩顶负弯矩区的抗弯能力和压应力储备。

2.4 腹板斜裂

腹板斜裂属于腹剪裂缝，从破坏性质而言属于脆性，因此腹板斜裂属于PC连续箱梁最严重的病害。斜裂缝往往首先发生在剪应力最大的支座附近[4,5]，但是对于部分桥梁，该类裂缝却首先出现在跨中区段。

对于双幅分离箱梁桥，由于外侧腹板靠近主车道，而重车一般占用主车道，故此外侧腹板的裂缝宽度一般大于内侧腹板的裂缝宽度。由于箱底板的自重以及上翼缘的悬臂，腹板内侧受到横向拉应力，因此箱内腹板斜裂缝比箱外腹板更严重一些。

病害原因：

①按平面问题分析，主拉应力偏小

设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，没有考虑横向应力，横向应力主要由于箱梁底板的自重以及翼板悬臂，活载和温度梯度引起，且数值不容忽视[5]。因此如何忽略横向应力的影响，必然使得计算的主拉应力值偏小。另外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变也会造成横向应力的增大。

②跨中弯起束配置不足，且竖向预应力损失过大

腹板砼，箍筋，弯起钢筋以及预应力束共同承担腹板剪力，在跨径的任何一个区域，均可能因为抗力不足而首先出现腹板斜向开裂。结构在跨中区段截面高度最低，竖向预应力筋的损失也最大，容易致使结构竖向预应力度达不到设计状态，并且部分桥梁在跨中区段未设置腹板下弯束，使得截面的抗力不足，故此结构容易在跨中区段出现腹剪斜向裂缝。

处置措施：

主要通过提高开裂截面的抗剪能力来避免裂缝进一步发展。首先涂抹环氧砂浆或注浆封闭裂缝，其次再采取垂直裂缝并与梁纵向成45°的方向粘贴钢板条加固，若设有预留预应力孔道，可以通过张拉备用预应力束的手段来提高结构在开裂截面的抗力。甚至于对腹板张拉体外预应力。

预防措施：采用三维模型分析箱梁的主拉应力，不要漏项，以防止计算主拉应力过小。

三、结束语

上文提到的预应力连续箱梁常见病害的原因及防治措施，部分已经成为检测界的共识，部分还在研究探索之中，希望能够为工程应用提供一些有价值的意见。

[1]席绪荣. 大跨度预应力混凝土连续梁桥常见病害及防治对策[J]. 中国水运, 2007, 7(9): 119-120.

[2]冯沛,邵旭东. 预应力混凝土连续箱梁桥病害原因分析及防治[D]. 长沙：湖南大学硕士学位论文, 2009.5.

[3]唐春霞. 大跨度预应力混凝土连续箱形梁桥的抗裂性分析[D]. 上海：同济大学硕士学位论文, 2006.3.

[4]林新元,周绪红. 预应力混凝土变截面连续箱梁裂后受力性能研究[D]. 西安：长安大学博士学位论文, 2010.12.

[5]楼庄鸿,王国亮. 大跨径梁式桥的主要病害及其预防[C]. 桥梁安全耐久性，检测、评定与加固技术研讨会.