预应力混凝土桥梁裂缝成因及预防加固措施研究

刘铭炜

摘 要：目前國内大部分桥梁为预应力混凝土桥梁，随着运营年限的增长，预应力混凝土桥梁时常会出现各种裂缝病害。为了使桥梁加固方案更科学、合理、安全、经济，更能有效提高桥梁寿命，本文将深入探讨预应力混凝土桥梁裂缝成因及预防加固措施。

关键词：预应力;混凝土;桥梁;裂缝

0 引言

基于建设交通强国的背景下，交通基础设施建设已成为实现其目标的重要抓手之一。目前国内已建或在建的大部分桥梁均为预应力混凝土桥梁，但随着运营年限的增长，预应力混凝土桥梁时常会出现各种各样的病害，如裂缝病害、跨中下挠、支座病害及桥梁铺装病害等，其中预应力混凝土桥梁的裂缝病害尤为普遍及严重。为了能为桥梁维修加固设计人员提供桥梁加固设计理念、思路和方法，使桥梁加固设计方案科学、合理、安全、经济，能有效提高桥梁寿命，文章以混凝土裂缝成因为出发点，着重分析了相关的预防及加固措施，希望能够给相关技术人员提供参考依据。

1 预应力混凝土桥梁裂缝的种类

预应力混凝土桥梁裂缝的种类主要有结构性裂缝以及非结构性裂缝两种。其中，结构型裂缝主要表现在：它可以造成裂缝形成各种不同的形状，如：八字型裂缝、水平型裂缝以及垂直型裂缝。而非结构型裂缝主要表现为收缩型裂缝、温度型裂缝以及塑性型裂缝。裂缝的产生的原因各式各样，因此，在桥梁维修加固设计中必须针对桥梁构件常见病害进行成因分析。

2 预应力混凝土桥梁裂缝成因分析

2.1 设计方面

桥梁结构受力分析是桥梁结构安全的重要保障。但由于计算模型中对结构受力的假设与实际受力并不完全符合，在计算过程中可能会出现桥梁荷载模拟不精确，出现少算、漏算的情况，从而导致结构安全系数不够;或者在结构设计时忽略规范规定的构造要求，导致截面尺寸不足，从而使结构刚度不足;或者钢筋设置偏少及布置不合理，同时在结构设计时未充分考虑施工可行性，导致施工与设计出现偏差。以上种种原因都可能导致后期预应力混凝土桥梁产生裂缝。

2.2 施工方面

施工队伍在进场后，未充分领会设计图纸意图，不了解桥梁结构的受力特点，不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式等问题是导致后期预应力混凝土桥梁产生裂缝病害的重要原因之一。

此外在施工阶段，将不合理的施工机具或材料堆放在桥梁上，预制结构的安装不妥当，也会造成结构受力不合理，进而产生裂缝。对于现浇预应力混凝土桥梁，若现场施工过程中，施工车辆超载行驶会导致桥梁混凝土内部应力过大，进而造成裂缝。

2.3 运营方面

随着国民经济的发展，大型车辆越来越多，交通压力也越来越大，导致超出设计荷载的重型车辆在路上频繁出现，桥梁裂缝病害也随之暴露。此外，在桥梁运营阶段，也时常会受车辆、船舶等的接触和撞击或者发生地震、爆炸等引起的震动，这也成为桥梁裂缝出现的又一原因。

2.4 其他方面

2.4.1 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形受到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。大跨度桥梁，其温度应力可以达到甚至超过活载产生的应力。

温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：（1）年温差：一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。（2）日照：桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。（3）骤然降温：突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。其中日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

2.4.2 应力原因

在道路桥梁施工中，应力也是造成混凝土产生裂缝的原因之一。其主要表现：在进行混凝土施工的过程中，混凝土会进行散热与硬化，此时就会出现不同程度的收缩现象。如收缩的应力过大超过混凝土最大的抗拉强度时，混凝土的结构就会出现收缩性质的裂缝，从而影响到整个道路桥梁的质量与使用寿命。因此，在具体的实践过程中，一定要对混凝土的应力问题进行有效的解决。

3 预应力混凝土桥梁裂缝预防及修补加固措施

3.1 设计阶段裂缝预防措施

在桥梁设计阶段，必须严格根据相关规范及相关经验设计结构尺寸，准确模拟桥梁荷载并对结构进行精细化分析。在经济合理的情况下，尽可能提高结构安全系数，严格控制裂缝宽度。做到尽可能在源头上防止桥梁裂缝病害的出现。

3.2 施工阶段裂缝预防措施

施工队伍在进场后，须充分理解设计图纸意图，充分了解桥梁结构的受力特点，严格按设计图纸及施工顺施工。在施工过程中，严禁将不合理的施工机具或材料堆放在桥梁上，以及严禁施工车辆超载行驶在桥梁上。

鉴于道路桥梁施工过程中出现的混凝土温度裂缝问题，首先，施工人员须先对现场地质等方面进行全面的勘查，确定好水泥以及粉煤灰等的使用材料，将混凝土粗集料最大粒径加以把控，加强对结构试验工序的关注，有效控制混凝土配合比，从根本上降低温度裂缝的发生;其次，在施工人员进行混凝土搅拌环节时，应该做好时间的控制工作，避免搅拌周期较长，导致表面较多的水分流失，进而引发裂缝现象;再者，施工人员须合理地引进及应用先进的施工工艺，维持整个施工工作能够高效开展，秉持分层或者是分块的处理模式，使保结构表面存在的热量能够在最短的时间内散去，尽可能的降低后期结构产生裂缝的可能性。

3.3 营运阶段裂缝修补及加固措施

对应后期桥梁出现裂缝后的修补及加固措施主要有：

（1）对梁底弯曲裂缝和沿预应力筋的纵向裂缝，可采用粘贴钢板、粘贴纤维复合材料的方法加固，也可采用增大截面法加固。增加铺装层厚度，加大截面受压区面积可提高抗弯强度和刚度，直接提高截面抗弯能力和刚度。但因增加的重量会抵消部分抗力，因此提高截面高度有限。（2）对于腹板上的斜裂缝，可在与裂缝反向并近似与水平线成45°，即大致正交于斜裂缝的方向粘贴钢板或纤维复合材料;对梁高度较矮，钢板或纤维锚固长度不足时，可粘贴成U形箍和加压条的形式。（3）对于腹板上的收缩裂缝和锚固区的裂缝，视缝宽大小可采用环氧胶封闭或灌缝处理。（4）对桥面纵向裂缝，可结合铺装层改造增加厚度和横向配筋，或者增加、加大横隔板。（5）对病害较多、较重的某一单片梁，条件许可时，可采用更换新梁的方法进行加固，然后重新浇筑整体化层。

3.4 道路桥梁的后期保养

在桥梁交工验收或维修加固后，为了避免裂缝的产生及扩散，养护人员需加强对桥梁的后期保养和逐渐优化改进，定期检查混凝土材料构造的损害程度以及保养和修补。后期保养程度及效果能够直接对整个工程造成影响，因此，养护单位应科学地去规划道路桥梁的后期保养，这样才能有效提高桥梁寿命。

4 结束语

本文针对预应力混凝土桥梁裂缝的成因和预防加固措施进行了深入分析，桥梁产生裂缝的原因有很多，但可以从设计阶段、施工阶段及营运阶段采取相应的措施，有效提高桥梁使用寿命。

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