钢筋混凝土空心板梁桥上部结构常见裂缝成因及维修方法

钢筋混凝土空心板梁桥上部结构常见裂缝成因及维修方法

1、钢筋混凝土空心板梁常见裂缝类型钢筋混凝土空心桥是我国早期中小型城市桥梁顶部结构中最常用的结构类型。随着我国交通事业的蓬勃发展,交通量的大幅度增长,行车密度及车辆载重越来越大,重型车辆日益增多,导致许多早期修建的钢筋混凝土空心板梁桥出现了不同程度的病害情况,而在这些病害中最为常见的就是裂缝现象。虽然裂缝在规范中作为使用状态的耐久性来评价,但结构的损坏往往是从裂缝的发展开始的,随着裂缝的不断扩展,桥梁会从安全状态逐渐变成危险状态。因此本文针对钢筋混凝土空心板梁桥上部结构的常见裂缝成因及维修方法进行了探讨和分析。钢筋混凝土空心板梁常见裂缝主要分为两类:荷载裂缝和非荷载裂缝。钢筋混凝土空心板梁裂缝大多数为荷载裂缝,但非荷载裂缝也经常出现,因此在裂缝检测时需准确测量裂缝的宽度和深度,以便在分析时判断裂缝的成因和性质,评价裂缝对结构安全的影响,提出养护或维修加固方法。2、钢筋混凝土空心板的上部结构负荷裂缝2.1空心板梁裂缝型钢筋混凝土空心板梁梁底横向裂缝是最为常见的裂缝类型,横向裂缝通常贯通梁底,裂缝位置一般位于空心板梁1/4~3/4跨之间,这种裂缝是空心板梁在荷载作用下产生的正弯矩裂缝。梁底横向裂缝为正常受力裂缝。这种裂缝在检测时应特别注意裂缝的宽度,当裂缝宽度小于规范规定的限值,不影响桥梁的承载能力,是正常的荷载裂缝,只需对裂缝进行封闭;当裂缝宽度大于规范规定的限值时,应引起足够的重视,并及时采取加固措施或更换梁板。2.2空心板梁体裂缝机理钢筋混凝土空心板梁梁底顺桥向裂缝也是常见的裂缝类型,此类裂缝大多产生在空心板梁空腔最低处,裂缝位置往往有明显的渗水痕迹、碱化反应或白色结晶物析出。梁底顺桥向裂缝病害的形成,一般有以下几个原因:1、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,导致最低处细骨料较多,且此处也不易振捣,使空腔最低处混凝土横向收缩应力比其他处大,而导致开裂;2、桥面铺装和伸缩缝破损严重,桥面渗水进入梁体,导致梁体纵向钢筋锈蚀膨胀,底板沿顺桥向开裂;3、施工时空心板预制抽胶管时水没有排净,冬季冻胀造成板底顺桥向开裂;4、铰缝横向连接偏弱导致个别梁体受力偏大,导致底板顺桥向开裂。梁底顺桥向裂缝位置有明显的渗水痕迹,表明裂缝深度已贯穿空腔底板。裂缝渗水是由于空心板梁内积水所致,空心板梁内积水来源一般有两种:一种是梁端封头板破损,其上伸缩缝或桥面连续处渗漏水,然后水从破损的梁端封头板处进入梁内;一种是梁顶板混凝土较薄、不密实,甚至有孔洞,桥面防水层破坏后水从桥面渗入空心板梁内。裂缝位置碱化反应和白色结晶物析出,是因为水从裂缝中渗出时将混凝土中的Ca(OH)2带出,与空气中的CO2作用形成白色CaCO3结晶。顺桥向裂缝的存在会加剧主梁结构钢筋锈蚀及混凝土冻融破坏,影响结构的耐久性;而且顺桥向裂缝会削弱断面的整体性,随着车辆荷载的不断作用,将使得顺桥向裂缝不断加宽和加深乃至贯穿整个截面,使空心板原来的完整闭口截面变成了相应的开口截面,严重影响结构的使用寿命,对桥梁安全运营产生严重影响。对于梁底顺桥向裂缝,采取封闭裂缝措施即可,但对于存在明显渗漏水痕迹的空心板,建议先在空心板空腔较低处钻孔泄水,然后清洗裂缝表面,风干后涂刷渗透结晶性涂料两遍,最后封闭裂缝。2.3板梁底部配筋裂缝钢筋混凝土空心板梁腹板经常会出现竖向裂缝,裂缝多数两端细、中间粗,为收缩裂缝。腹板竖向裂缝的产生,主要是板梁底部配筋量较大,裂缝延腹板至受压区消失,裂缝中间较粗是由于腹板侧面纵向配筋较少,混凝土收缩使裂缝加宽。值得注意的是,腹板竖向裂缝经常与梁底横向裂缝相连,这时就需要根据梁底横向裂缝的宽度和跨中挠度变化加以区分,以免把收缩裂缝的长度误判为横向裂缝开裂的高度。腹板竖向收缩裂缝不影响结构承载能力,采取封闭裂缝措施即可。2.4梁端斜裂缝封闭钢筋混凝土空心板梁梁端有时会出现斜向裂缝,斜向裂缝通常表现为两种形态:1、中间宽两端细,与梁体顺桥向呈45°夹角,为腹剪斜裂缝;2、上端细下端宽,由竖向裂缝演变而成的斜向裂缝,裂缝在剪弯区段截面的下边缘,主拉应力水平方向,为弯剪斜裂缝。梁端斜裂缝是由于空心板梁梁端抗剪能力不足而导致。斜向裂缝在宽度不超过规范规定的限值时,对裂缝进行封闭即可;当斜向裂缝宽度超过规范规定的限值时,应对梁端腹板采用粘贴钢板或增大截面法进行加固,从而提高梁端腹板的抗剪能力。3、钢筋混凝土空心板梁桥上部结构的非负荷裂缝3.1碱骨料反应对空心板梁的影响碱骨料反应是由于混凝土骨料含有氧化镁、硫酸盐或生石灰等骨料,当含碱量超过一定量时,这些骨料吸潮后膨胀致使混凝土开裂起壳。碱骨料反应对空心板梁伤害较为严重,不仅削弱梁体的有效截面,而且随时间推移,梁体表面出现碱骨料反应的区域将不断增加,将影响上部结构的承载能力。对已经出现此类病害的,建议对病害部位凿除开裂、起壳混凝土,挖出膨胀核心,再用聚合物砂浆修补,维修后表面清洗干净,再涂刷渗透结晶型浓缩浆料,以封闭混凝土表面毛细孔,隔绝水分或潮气侵入,以确保结构的耐久性。3.2混凝土结构裂缝混凝土在施工过程中会经过化学、物理和碳化等一系列收缩,当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时混凝土的极限拉应变就会产生与拉应力方向相垂直的裂缝,如板梁腹板表面竖向裂缝和龟裂。这类裂缝仅需封闭即可。3.3钢筋裂缝型钢筋锈蚀而导致混凝土开裂最为常见,因为钢筋在潮湿的环境中与空气中的氧气发生化学反应,产生三氧化二铁(铁锈的主要成份),其体积最多将增大4倍左右,最终导致混凝土胀裂,这类裂缝均是沿着钢筋走向发展。钢筋锈蚀引起的裂缝,尤其是主筋锈蚀产生的裂缝易导致混凝土与钢筋之间的握裹力减弱,钢筋截面减小,进而降低桥梁承载能力。处理该种裂缝,应先将钢筋锈蚀处周围混凝土彻底凿出,钢筋进行除锈,清理干净后用聚合物砂浆进行修补。空心板梁主筋严重锈蚀的应对