預應力砼空心板結構病害成因分析及處治

關鍵詞: 預應力空心板;裂縫;滲水泛白;鉸縫  

　　1 前言 　 

　　本公司所養(yǎng)護高速公路路段通車運營至今已兩年多,路段內橋梁的上部結構型式主要為預應力砼空心板,設計荷載等級為:公路-I級;雙向四車道;橋面布置為:0.5(防撞墻)+12.5(行車道)+0.5(防撞墻)m;單幅橋每跨橫向一般為13塊預制預應力砼空心板;跨徑一般為:10m、13m、16m、20m等。板式橡膠支座,雙柱式墩。 　

　　2 病害概述 　 

　　在日常的巡查過程中,發(fā)現(xiàn)預應力砼空心板結構存在病害主要為: 

　　(1)底板厚度過厚或過薄,破損露筋 

　　部分預應力砼空心板在底板表面位置存在底板過厚或過薄,破損露筋現(xiàn)象。 

　　(2)預應力砼空心板底板縱向裂縫 

　　相當數(shù)量的橋梁在底板中間位置靠近兩側墩臺支承位置附近存在縱向裂縫,部分通長,個別伴隨著滲水泛白現(xiàn)象;從裂縫的性狀來看,裂縫寬度介于0.05～0.4mm之間,部分裂縫已達到或超出《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》的限值0.2mm。 

　　(3) 預應力混凝土空心板底板橫向裂縫、底板和腹板斜向裂縫 

　　個別預應力混凝土空心板底板存在橫向裂縫,裂縫多數(shù)位于支點附近,少數(shù)出現(xiàn)在跨中位置,裂縫寬度介于0.05～0.3mm之間;少數(shù)預應力混凝土空心板橋梁底板、腹板在支點附近存在斜向裂縫,裂縫最大寬度達0.25mm;均已超出《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》對“預應力混凝土構件不允許出現(xiàn)橫向裂縫”的要求。 

　　(4) 鉸縫存在的主要病害是:鉸縫脫落、滲水泛白。 

　　預應力砼空心板鉸縫脫落較普遍,部分伴隨著滲水泛白現(xiàn)象,個別鉸縫在全跨范圍內脫落,滲水泛白。 　 

　　3 病害的成因分析 　 

　　經(jīng)對施工和養(yǎng)護方面的經(jīng)驗體會,認為上述病害的原因主要有以下幾個方面: 

　　(1) 底板厚度過厚或過薄,破損露筋 

　　預制空心板采用一次性裝模并一次性澆筑混凝土,由于板較寬,通常在1~1.3m左右,芯模底面下的底板混凝土不能直接振搗密實,而是兩側的混凝土(有的大部分是水泥砂漿)擠壓流動填充空心板的底板,如果混凝土石料規(guī)格過大,水灰比不當,就會出現(xiàn)底板混凝土不密實、滲水漏水現(xiàn)象或縱向收縮裂縫。如不處理,底板鋼筋易銹蝕,影響橋梁使用壽命。 

　　預制空心板的芯模固定不牢,混凝土振搗時因擠壓力的作用使芯模上浮,造成空心板底面超厚,頂板厚度不足,有的施工單位為了保證頂板厚度,人為加大了板高的尺寸,影響到橋面鋪裝層的厚度。預制空心板幾何尺寸與設計的幾何尺寸不相符、底座平面不平整的主要原因是施工馬虎,施工前、施工中、施工后沒有嚴格進行工序檢測所致。 

　　(2)預應力空心板梁底縱向裂縫 

　　1)利用ANSYS軟件模擬空心板梁內外溫度差,對應空心板頂?shù)桶鍣M向拉應力的相應變化,以及當頂?shù)装暹_到混凝土抗拉設計強度時,對應的內外溫差,得出了空心板梁縱向裂縫的原因:內外溫差達到13度時,底板中軸線處因橫向拉應力過大導致縱向裂縫出現(xiàn)的可能;空心板內外溫差對底板橫向應力影響較為敏感,對頂板較小。 

　　2)還有一種可能性就是由于保護層過溥而空氣的氯離子入浸,導致鋼筋生銹膨脹,從而出現(xiàn)延主筋方向的梁底縱向裂縫。

　　3)另種原因就是梁體內兩側預應力筋在被強拉過程中產(chǎn)生橫向附加拉應力,超過梁底混凝土的最大抗拉強度從而導致梁底中部延預應力筋產(chǎn)生縱向裂縫。 

　　(3) 預應力混凝土空心板底板橫向裂縫、底板和腹板斜向裂縫 

　　此類裂縫特征為典型的結構受力裂縫,在《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》中規(guī)定是不允許出現(xiàn)的,其出現(xiàn)的主要原因除考慮施工及環(huán)境因素外,首要須懷疑結構承載能力原因;對此類病害建議通過特殊檢查或荷載試驗來確定成因。 

　　(4) 鉸縫脫落、滲水泛白 

　　隨著現(xiàn)代經(jīng)濟高速發(fā)展,重型車和超載車出現(xiàn)頻繁。近些年來,這類橋梁經(jīng)常出現(xiàn)沿空心板間企口縫的縱向裂縫、坑槽和塌陷,且空心板間鉸縫處混凝土破碎、脫落、大面積滲漏,致使板間橫向聯(lián)系削弱甚至失效,出現(xiàn)單板受力,嚴重影響行車安全,成為整條公路交通的瓶頸。 

　　除超重超載這一原因外,施工控制不嚴格也是一個重要原因之一。通過對鉸縫脫落處進行他細觀察,發(fā)現(xiàn)鉸縫里部分充填了大量生活垃圾。 　 

　　4 處治措施 　 

　　(1) 底板橫向、斜向裂縫和腹板斜向、豎向裂縫 

　　該類型裂縫為典型的結構受力裂縫,建議首先對裂縫進行灌縫處理,然后粘貼纖維布或者鋼板進行加固。 

　　(2)預應力空心板梁底縱向裂縫 

　　建議對裂縫進行灌縫處理,具體措施如下: 

　　A 裂縫寬度<0.15mm 

　　采用聚合物水泥表面封閉法,聚合物水泥是在加固專用的改性環(huán)氧漿液配出后加入50克525#水泥攪拌均勻而成。 

　　B 裂縫寬度≥0.15mm 

　　采用灌注混凝土裂縫修補膠液封閉裂縫法,將裂縫修補膠漿液壓注入結構物內部裂縫中去,以達到封閉裂縫,恢復并提高結構強度、耐久性和抗?jié)B性的目的,使混凝土構件恢復整體性。 

　　(3)底板厚度過薄維修建議 

　　板底厚度偏薄,相應的鋼筋及鋼鉸線保護層也偏薄,這樣容易導致底板產(chǎn)生縱向裂縫。一旦有水侵入空心板內,極易導致鋼鉸線、鋼筋的銹蝕,進而降低板梁的承載能力。對于底板厚度偏薄的梁板,先對形成的孔洞進行鋼筋除銹、環(huán)氧混凝土修補,然后處理好主梁的防水問題,建議處理好橋面防水并在主梁底板粘貼玻璃絲布。 

　　(4) 鉸縫脫落、滲水泛白 

　　1)對處于明顯單板受力狀態(tài)的梁板。單板受力狀態(tài)使得作用在混凝土梁板上部的車輪壓力不能有效地進行橫向分配到其它板上,而集中的作用在單板受力的梁體上,大大加重了單板受力梁體的負擔。鑒于單板受力病害對橋梁上部結構危害的嚴重性,建議對此類病害橋梁做以下處治:首先對單板受力的梁板進行特殊檢查,根據(jù)梁板的破損狀況分別采取以下措施: 

　�、偃袅喊寤�本完好,直接更換橋面鋪裝。具體措施是:將原橋面鋪裝結構及鉸縫混凝土鑿除,重新澆筑鉸縫混凝土,新建橋面改為自上而下一層水泥混凝土橋面鋪裝,并將鋪裝鋼筋加強,增加橫向受力鋼筋,以改善上部結構的橫向分布及增強橫向聯(lián)結;同時為加強橋梁上部結構的整體性,提高承載能力,在板頂植筋與鋪裝層鋼筋相連接,使新建橋面鋪裝部分參與受力,以此在一定程度上增加安全儲備。對于處于單板受力病害晚期、個別橋面板已產(chǎn)生塑性變形的橋梁,建議采取粘貼碳纖維,進行單獨補強處理,必要時可考慮換板。同時,考慮到加固后美觀和改善使用狀況,可在橋面鋪裝層頂加鋪1～2cm微表處。 

　　②若梁板破損嚴重,可采取以下兩種措施:A進行灌縫封閉處理,然后粘貼纖維布,最后更換橋面鋪裝。B更換梁板和橋面鋪裝。 

　　2) 對于部分鉸縫脫落,只需對脫落的鉸縫進行混凝土修補處理,以增強橋梁的橫向聯(lián)系,同時,在日常養(yǎng)護中,要加強對單板受力狀態(tài)的觀測。 　 

　　5 結語  

　　先張法預應力砼空心板梁以其造價低、施工方便、可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點得到廣泛應用。本文針對所管養(yǎng)高速公路路段的預應力空心板橋梁出現(xiàn)的病害概況,對病害進行了成因分析,并提出了切實可行的維修處治方案,為此類型橋梁的管養(yǎng)工作提供了技術參考。 

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