空心板梁常见裂缝的形成原因及维修处理措施

第9页共9页空心板梁常见裂缝的形成原因及维修处理措施赵阳（吉林市市政设设施管理处吉吉林HYPERLINK"/132011/"1320111）摘要：空心板梁梁是我国常用用的小跨径梁梁体，但其在使用用过程中混凝凝土常出现许许多裂缝，本本文通过对空空心板梁各种种类型的裂缝缝的汇总和成成因分析，提提出各类裂缝的防治和和加固处理措措施。关键词：空心板板梁；荷载裂裂缝；非荷载载裂缝；裂缝缝形成的原因因；维修处理理措施1引言空心板梁是目前前我国中、小小桥上部结构构使用最为广广泛的结构类类型，其工作作状态直接关关系到桥梁的安全，而空心心板梁日常使使用中最常见见的病害就是是裂缝，虽然然裂缝在规范范里是作为正正常使用状态态中耐久性来来评价，但结结构损坏乃致致倒塌往往是是从裂缝的扩扩展开始的，随随着时间的推推移桥梁结构构逐渐由安全全状态转化为为危险状态，因因此需准确分析空心板梁梁裂缝形成的的原因，为其其养护维修或或加固提供技技术依据。空心板梁常见裂裂缝主要有两两类：荷载裂裂缝和非荷载载裂缝，在预预应力混凝土土梁和非预应应力混凝土梁梁中两者的存存在情况也不不一样，预应应力混凝土中中以非荷载裂裂缝居多，而而普通钢筋混混凝土空心板板梁常出现的的裂缝为荷载载裂缝，因此此在裂缝分析析中需准确测测量其宽度和和深度，判断断裂缝的性质质和成因，评评价裂缝对结结构安全的影影响，提出养养护或维修加加固措施。2空心板梁荷载载裂缝2.1普通钢筋筋混凝土空心心板梁2.1.1梁底底横向裂缝普通钢筋混凝土土空心板梁梁梁底横向裂缝缝是最为常见见的裂缝类型型，这种裂缝缝通常横向贯贯通梁底，裂裂缝位置基本本位于空心板板梁，基本位位于1/4～3/4跨，这些裂裂缝是空心板板梁在荷载作作用下产生的的正弯矩裂缝缝。此类裂缝在检测测过程中应注注意裂缝的宽宽度，当裂缝缝宽度小于规规范规定的限限值（《城市市桥梁养护技技术规范》（CJJ999-20003）和《公路桥桥涵养护规范范》（JTGHH11-20004）规定的钢钢筋混凝土梁梁裂缝宽度限限值分别为0.20mmm、0.25mmm，以下简称称规范），不不影响桥梁的的承载能力，是是正常的荷载载裂缝；当裂裂缝宽度大于于规范规定的的限值，且梁梁底裂缝向两两侧腹板延伸伸，尤其是跨跨中挠度出现现较大变形，裂裂缝宽度扩展展至空心板梁梁理论计算的的中性轴高度度时，此类病病害往往出现现在空心板梁梁对应的桥面面铺装出现纵纵向贯通裂缝缝，梁间剪力力铰遭到破坏坏，形成单梁梁受力状态，空空心板梁受拉拉区钢筋处于于屈服阶段或或受压区混凝凝土中和轴的的高度在不断断上移，是空空心板梁即将将破坏的预兆兆，应引起足足够的重视，应应及时进行加加固或更换梁梁板，典型图见图1。若空心板梁梁底底出现横向裂裂缝且对应桥桥面出现纵向向贯通裂缝，加加固措施为人人工凿除原桥桥面铺装混凝凝土，修复梁梁间损坏的剪剪力铰，若空空心板梁间铰铰缝钢筋损坏坏，须在空心心板梁原剪力力铰两侧植筋筋，然后用钢钢筋钢纤维混混凝土重筑桥桥面铺装，并并适当增加桥桥面铺装钢筋筋，并增设剪剪力钉，确保保所设铺装层层与主梁共同同作用。图1松江区某某桥空心板梁梁跨中严重下下挠，该桥已已拆除重建2.1.2梁底底纵向裂缝普通钢筋混凝土土空心板梁梁梁底常会出现现纵向裂缝，此此类裂缝大多多与空心板梁梁空腔最低处处相对应，裂裂缝宽度较大大，个别裂缝缝宽度达到0.5mm，往往部分分裂缝表面有有明显的渗水水痕迹或白色色结晶物析出出,典型照片见见图2。纵向裂缝形成的的原因是由于于空心板梁底底板混凝土中中钢筋较密，粗粗骨料不易进进入空腔最低低处导致细骨骨料较多，此此处也不易振振捣(见图3)，使空腔最最低处混凝土土横向收缩应应力较其它处处大而开裂。裂裂缝表面明显显渗水痕迹表表明裂缝已贯贯通空腔底板板厚度，裂缝缝渗水是由于于空心板梁内内积水所致，梁梁内积水是由由于梁端堵头头板破损，其其上伸缩缝止止水带失效或或桥面连续处处开裂，导致致桥面雨水下下渗并通过破破损的堵头板板进入梁空腔腔内。裂缝表表面泛白是由由于水从缝隙隙中渗出时将将混凝土中Ca(OHH)2带出，与空空气中CO2作用形成白白色CaCO3结晶。裂缝处治措施：：此类裂缝对对承载能力并并不影响，仅仅影响耐久性性。应先对存存在明显渗水水痕迹的空心心板梁梁底空空腔较低处钻钻孔泄水，然然后清洗裂缝缝表面，风干干后涂刷渗透透结晶型浆料料两遍，封闭闭裂缝。图2空心板梁底底纵向开裂并并有明显渗水水痕迹图3空心板梁空空腔底部振捣捣不密实而开开裂2.1.3腹板板竖向裂缝普通钢筋混凝土土空心板梁跨跨中腹板也经经常会出现竖竖向裂缝（见见图4），裂缝呈枣枣核形状，即即两端细、中中间粗，是典典型的收缩裂裂缝，裂缝下端细细是由于空心心板梁底部配配筋量大，上上端由于逐渐渐延伸至受压压区而消失，中中间粗是由于于腹板侧面中中部纵向配筋筋较少，混凝凝土收缩而使使缝宽加大。值得注意的是，部部分空心板梁梁腹板竖向收收缩裂缝下端端经常与梁底底横向裂缝重重合，容易造造成收缩裂缝缝的长度误判判为横向裂缝缝开裂高度。遇遇到这种情况况应根据裂缝缝梁底横缝的的宽度和跨中中挠度变化加加以区分。空空心板梁竖向向收缩裂缝不不影响结构承承载能力，仅仅影响耐久性性，只需封闭闭裂缝即可。图4空心板腹板板竖向裂缝2.1.4腹板板斜向裂缝普通钢筋混凝土土空心板梁梁梁端时常出现现斜向裂缝(见图5)，这类裂缝缝通常表现为为两种形态：：一种为中间间宽两端细，呈呈枣核状，与与梁体顺桥向向呈45°夹角，为腹腹剪斜裂缝；；另外一种为为上细下宽，由由竖向裂缝引引伸而成的斜斜向裂缝，裂裂缝从主应力力轨迹图上看看，在剪弯区区段截面的下下边缘，主拉拉应力还是水水平向，为弯弯剪斜裂缝。梁梁端斜裂缝是是由于空心板板梁梁端抗剪剪能力不足所所致。裂缝处处治措施：裂裂缝宽度不超超过规范规定定的限值时，进进封闭裂缝即即可；若裂缝缝宽度超过规规范规定的限限值应对梁端端腹板进行加加固，以提高高其抗剪承载载能力，通常常采用粘贴钢钢板或梁端增增大截面法加加固。图5空心板梁梁梁端斜裂缝2.2预应力混混凝土空心板板梁2.2.1梁底底纵向裂缝预应力空心板梁梁梁底端部一一定范围和空空腔最低处均均容易出现纵纵向裂缝(见图6)，梁端一定范范围纵向裂缝缝是由于预应应力钢筋放张张时混凝土强强度尚未达到到规定的要求求，使梁端混混凝土纵向受受压较大，横横向则受拉，当当其拉应变大大于当时混凝凝土的极限拉拉应变即会沿沿预应力方向向开裂，由于于大多数预应应力空心板梁梁梁端设有预预应力隔离段段，所以此类类纵向裂缝会会在梁端一定定范围产生。梁底其他区域空腔正下方纵向裂缝除上述原因外，同时由于空心板梁底板混凝土中钢筋较密，粗骨料不易进入空腔最低处导致细骨料较多，此处也不易振捣，使空腔最低处混凝土横向收缩应力较其它处大，上述两因素导致预应力空心板梁空腔最低处易产生纵向裂缝。裂缝最大宽度超超过规范规定定的限值，将将不利于空心心板梁的耐久久性，尤其是是裂缝渗水，如如不及时维修修处理，梁内内预应力钢筋筋由于压力腐腐蚀其锈蚀速速率将会更快快，当锈蚀严严重时会引起起承载能力的的降低。针对对此类裂缝建建议先对存在在明显渗水痕痕迹的空心板板梁梁底空腔腔较低处钻孔孔泄水，然后后清洗裂缝表表面，风干后后涂刷渗透结结晶型浆料两两遍，封闭裂裂缝。图6空心板梁梁梁底纵向裂缝缝2.2.2梁底底横向裂缝预应力空心板梁梁根据规范规规定不允许出出现横向裂缝缝，一旦产生生横向裂缝说说明预应力不不足，应引起起高度重视，及及时进行专项项加固，通常常对空心板底底板采取体外外预应力、梁梁底粘贴碳纤纤维布加强或或体外预应力力和碳纤维布布相结合,见图7和图8。预应力空心板梁梁梁端有时可可能出现横向向裂缝，如果果梁底横向裂裂缝向两侧腹腹板延伸，可可能是弯剪斜斜裂缝引起的的，这种裂缝缝通常在腹板板的延伸高度度在同一水平平线上；如果果横向裂缝较较短，且不贯贯通梁底，可可能是由于混混凝土收缩引引起的。图7碳纤维布粘粘贴图8碳纤维布布粘贴位置示示意图2.2.3预应应力空心板梁梁腹板斜向裂裂缝预应力空心板梁梁梁端腹板偶偶尔也会出现现斜向裂缝（见图9），这类裂缝缝分为弯剪斜斜裂缝和腹剪剪斜裂缝两种种，裂缝产生生原因都是梁梁端抗剪能力力不足所致。裂裂缝宽度不超超过规范规定定的限值时，进进封闭裂缝即即可；若裂缝缝宽度超过规规范规定的限限值应对梁端端腹板进行加加固，以提高高其抗剪承载载能力，通常常采用粘贴钢钢板或梁端增增大截面法加加固。图9预应力空心心板梁梁端斜斜裂缝3空心板梁非荷荷载裂缝3.1混凝土收收缩引起的裂裂缝混凝土是用水泥泥、水、砂、石石子等按设计计比例配制，经经搅拌、成型型、养护而形形成的。混凝凝土在施工过过程中会经过过化学、物理理和碳化等一一系列收缩，当当收缩受到约约束而产生的的拉应变大于于当时混凝土土的极限拉应应变就会产生生与拉应力方方向相垂直的的裂缝，如空空心板梁腹板板表面龟裂等等。这类裂缝缝仅需用渗透透结晶型材料料封闭即可。3.2钢筋锈蚀蚀引起的裂缝缝空心板梁由于钢钢筋锈蚀而混混凝土开裂最最为常见，这这是因为钢筋筋在潮湿的环环境中与空气气中的氧气发发生化学反应应生产三氧化化二铁即铁锈锈的主要成分分，其体积是是将增大2~4倍，最终导导致混凝土被被胀裂，这类类裂缝的特点点是裂缝沿着着钢筋走向发发展。要分析钢筋锈蚀蚀的原因首先先要搞清楚钢钢筋锈蚀和混混凝土开裂的的先后顺序。若若先钢筋锈蚀蚀后混凝土开开裂，原因有有两种：一是是包裹在钢筋筋周围的混凝凝土保护层偏偏薄，保护层层过早全面碳碳化，致使混混凝土中的钢钢筋失去碱性性保护而锈蚀蚀；二是混凝凝土中氯离子子含量超标而而侵蚀钢筋，当当混凝土中氯氯离子超标时时虽然钢筋周周围的混凝土土未碳化，钢钢筋仍然会锈锈蚀，这是因因为氯离子半半径小，活性性大，具有很很强穿透钝化化膜的能力，氯氯离子首先吸吸附在钝化膜膜有缺陷处，使使氢氧化铁反反应成易溶的的氯化铁，使使钝化膜局部部破坏，产生生坑蚀。若先先混凝土开裂裂后钢筋锈蚀蚀，要确定混混凝土开裂的的原因，如荷荷载裂缝宽度度过大或骨料料膨胀引起混混凝土开裂等等，导致外界界腐蚀物直接接锈蚀钢筋。钢筋锈蚀引起的的裂缝虽然是是耐久性范畴畴，但是空心心板梁的主筋筋锈蚀易导致致混凝土与钢钢筋之间的握握裹力减弱，钢钢筋截面减小小，进而降低低承载能力，尤尤其是预应力力钢筋锈蚀后后，应力腐蚀蚀速度很快，应应该引起足够够的重视。混混凝土剥落露露筋处钢筋进进行除锈，清清理干净后用用聚合物修补补砂浆进行修修补，特别应应注意的是，在在修补之前必必须对露筋锈锈蚀周围起壳壳混凝土彻底底凿除，钢筋筋完全除锈，否否则类似病害害仍将再次发发生。空心板板梁主筋严重重锈蚀的应对对主筋钢筋有有效面积折减减后进行承载载能力检算，承承载能力不足足的可采用粘粘贴碳纤维布布或钢板进行行补强。3.3碱骨料膨膨胀引起的裂裂缝在空心板梁病害害检查过程中中发现，空心心板梁混凝土土出现环向裂裂缝，仔细用用手触摸，可可明显感觉裂裂缝两侧有高高差，沿裂缝缝凿除混凝土土后，发现混混凝土呈锥形形，破损处出出现姜黄色石石子，该石子子为膨胀源，这这是碱骨料反反应的典型特特征,见图10。碱骨料料反应是由于于混凝土骨料料含有氧化镁镁、硫酸盐或或生石灰等骨骨料，当含碱碱量超过一定定量（一般控控制在3kg/mm3之内）时，这这些骨料吸潮潮后膨胀致使使混凝土开裂裂起壳。这类类病害往往呈呈弥漫性，可可以说是混凝凝土的“癌症”。图10空心板梁梁因碱骨料反反应，破损区区域呈锥形状状碱骨料反应对槽槽形梁自损较较为严重，不不仅削弱梁体体的有效截面面，而且随时时间推移，梁梁体表面出现现碱骨料反应应的区域将不不断增加，影影响上部结构构的承载能力力，要防止碱碱骨料反应必必须把好混凝凝土原材料关关，对已经出出现此类病害害的，建议对对病害部位凿凿除开裂起壳壳混凝土，挖挖除膨胀核心心，再用聚合合物修补砂浆浆修补，维修修后表面清洗洗干净，再涂涂刷渗透结晶晶型浓缩浆料料，以封闭混混凝土表面毛毛细孔，隔绝绝水分或潮气气侵入，以确确保结构的耐耐久性，并加加强日常巡查查，对新出现现的碱骨料反反应须及时修修复。4结语综上所述，空心心板梁出现的的裂缝种类虽虽多，但每一一条裂缝都有有其产生的具具体原因，本本文通过对空空心板梁裂缝缝的分类、对对应裂缝产生生的原因及各各种裂缝处治治措施的详细细阐述，对桥桥梁养护人员员正确认识