公路旧桥梁体裂缝检测要点及成因分析
公路旧桥梁体裂缝检测要点及成因分析
郑连生1 王星1 石永彬1 李海勇2
（1.天津市市政工程研究院；2.天津市公路工程总公司）
1 前言 桥梁是公路建设中用于跨越构造物的结构，目前我国桥梁多为钢筋混凝土和预应力混凝土结构。随着道路交通量的增加，车辆超限、超载屡禁不止，以及不可逆转的车辆大型化发展趋势，造成桥梁在投入运营一段时间后就出现严重下挠、开裂等病害，结构安全性降低，影响桥梁的正常使用。本人近几年参加了一些旧桥的检测、加固设计工作，担任过数十座桥梁检测项目的负责人，对桥梁病害有所了解。本文仅对公路旧桥常见结构梁体裂缝这一病害的检测要点及成因分析进行介绍。 2 裂缝的概念及危害 裂缝是固体材料中的某种不连续现象，裂缝按形状分为，表面的、贯穿的、纵向的、横向的、斜向的、上宽下窄、下宽上窄、枣核形和纵深的（深度达厚度一半），裂缝的形状与结构受力状态有直接关系。 从近代固体强度理论的发展中可以看到，裂缝的扩展是结构破坏的初始阶段，相对的某些裂缝，也会使结构承载力受到一定威胁，同时，裂缝使空气等进入结构内部，直接与钢筋相接触，从而使钢筋失去了混凝土对其保护作用，钢筋锈蚀产生膨胀效应，对外围混凝土产生相当大的拉应力，致使混凝土裂缝进一步扩张，严重影响钢与混凝土之间的粘结作用，从而影响结构的整体性，降低结构刚度和承载能力，并影响结构的耐久性。 3 几种常见结构裂缝的检测要点及成因分析 3.1 简支空心板梁 ⑴钢筋混凝土板梁：梁底横向裂缝及腹板竖向裂缝是常见病害，裂缝主要分布在跨中附近，裂缝较密，腹板裂缝表现为下宽上窄，严重的会向上延伸到翼缘。此类结构在荷载作用下梁底产生正弯距，梁底拉应力大于混凝土本身的抗拉强度，因此会出现横向裂缝。 ⑵先张预应力混凝土板梁：主要病害类型为梁端底部有横向裂缝，裂缝会向上延伸至板梁腹板，形成支座附近腹板斜裂缝。产生此类病害的原因是多方面的，比如在设计阶段预应力失效长度设置不当会导致构件不能更好的抵抗自重及活荷载的弯矩，梁端位置弯矩在梁底产生的拉应力
过大而产生横向裂缝，当板梁梁底横向裂缝发展到一定深度时，该位置处混凝土截面有效抗剪面积减小，使剪应力增大，便出现了腹板斜裂缝。即板梁所出现的板底横向裂缝及腹板斜裂缝是由弯矩引起的，剪力加快了裂缝的发展，属于典型的弯剪破坏。 ⑶后张预应力混凝土板梁：梁底纵向裂缝是此类结构的典型病害。主要原因有两点：其一，由于泊松效应，在混凝土纵向受压时，在横向产生拉应力，拉应力过大导致板梁底纵向裂缝；其二，后张法预应力混凝土板梁张拉时，板梁会产生反拱，而预应力钢筋是柔性受拉的，会保持直线，而底板预应力钢筋下部的混凝土向上变形，预应力钢筋必然对其产生压应力，由于底板空心最下缘位置较薄，较容易在此处产生裂缝。 3.2 T梁 对于钢筋混凝土T梁，梁体裂缝主要表现为腹板竖向裂缝、支座附近腹板斜裂缝。跨中附近腹板竖向裂缝一般分布在跨中附近，间距较小，裂缝从底部向上发展，下宽上窄，严重的向上延伸整个腹板高度，向下水平贯通梁底而形成U型裂缝，主要是荷载导致的混凝土开裂；支座附近腹板斜裂缝一般是T梁端部抗剪能力不足而产生的裂缝，裂缝走向与梁体纵轴线成45°角。 对于预应力混凝土T梁，腹板的纵向水平裂缝比较普遍，裂缝一般沿波纹管走向，梁端位置随波纹管向上弯起，产生此类裂缝的主要原因是波纹管壁外混凝土保护层厚度不足造成的。 3.3 箱梁 钢筋混凝土箱梁的梁体裂缝较为普遍，主要有底板横向裂缝、腹板竖向裂缝及翼板横向水平裂缝。裂缝宽度一般很小，间距较小，结构一般不受损伤。产生裂缝的机理主要是由于混凝土抗拉能力不足，导致处于正弯矩区的梁底部和负弯矩区的梁体出现裂缝。此外，混凝土收缩徐变效应也是致裂的主要原因之一。 预应力混凝土箱梁结构裂缝，按照裂缝产生的位置不同，可以分为：腹板裂缝、底板裂缝、横隔板裂缝、0#块裂缝和锚固区裂缝。 ⑴腹板裂缝 腹板裂缝根据其产生形态主要分为斜向裂缝、纵向水平裂缝两种。 ①腹板斜向裂缝属结构性裂缝，主要分布于距支座L/4（L为跨度）附近的腹板，边跨梁端腹板区域，约呈45°角分布，主要有弯剪斜裂缝和腹剪斜裂缝两种。 ②腹板纵向水平裂缝大部分沿着腹板下缘的预应力管道分布，且跨中开裂趋势大于梁端。主要原因是：箱梁变形在梁体内部受到钢筋、波纹管、骨料等的约束作用时，在混凝土内部产生了较大的拉应力，这种拉应力与预加外应力平衡后在梁的各腹板、各截面产生了重分布，当重分布后的拉应力超过混凝土的抗拉强度时即可造成混凝土产生裂缝。
⑵底板裂缝 底板裂缝从形状上主要为横向裂缝、纵向裂缝两种。 ①底板横向裂缝：在箱梁正弯矩峰值附近，节段施工的梁桥沿接缝或在其附近，由于弯曲正应力引起的底板弯曲裂缝一般会贯穿底板全宽，严重时底板裂缝扩展延伸到腹板，形成U形裂缝。底板横向弯曲裂缝属结构性裂缝，出现的一些原因包括：预应力布设不当，跨中底板预应力储备不足；预应力张拉不到位或运营中超重车辆过多或对二期恒载估计不足导致配筋或截面不足。 ②底板纵向裂缝：在工程上常见于主跨中部，近墩处底板中部和两侧。其产生的主要原因为：箱梁的横向刚度不足，横向挠度过大会在底板引起纵向裂缝。 ⑶ 0#块裂缝 在大跨径桥梁施工过程中，往往是开始阶段施工的块段容易开裂，即0#块比其他块段更容易出现开裂现象，裂缝主要是施工阶段，由于0#块应力较大产生的混凝土内部裂缝逐步扩散到结构表面。 ⑷横隔板裂缝 横隔板是高应力区域，特别是位于墩顶和梁端的横隔板，荷载产生的应力更大。横隔板裂缝主要表现为板上的竖向、横向裂缝，人孔四周的辐射状裂缝。应力集中、混凝土的干缩以及箱梁偏载导致应力过大是致裂的主要原因。 ⑸锚固区裂缝 锚固区裂缝主要是因为混凝土强度不够，锚固端压力过大，引起混凝土开裂。 4 裂缝检测方法及注意事项 4.1 裂缝检测方法 工程实际中，桥梁结构裂缝的种类是多种多样的，产生的原因也是错综复杂，且彼此相互作用，因此，我们在检测或分析时，应从多方面进行研究，根据实际情况，分析裂缝成因及对结构工作状态和承载能力的影响程度，提出安全、有效的处理措施。对于混凝土桥梁裂缝处理一般可通过下列步骤解决： ⑴通过调查和检测掌握裂缝的特征，如：裂缝出现部位、裂缝长度及走向、裂缝宽度、裂缝深度、裂缝形状（是否交叉）以及裂缝的发展速度等。 在桥梁裂缝检测过程中，经常会定期检测裂缝的变化情况，可用以下简易方法进行：①用读数放大镜或裂缝观测仪直接测量裂缝的宽度。
②设置两块金属板相接触，量测并记下裂缝变化的尺寸。 ③利用水泥浆或石膏作成薄片的标记贴在裂缝处，或用玻璃片糊在裂缝上，观察其是否继续开裂。 ⑵根据经验，综合设计、施工资料的调查，分析裂缝产生的时间，判断裂缝的性质及产生的可能原因。 ⑶可通过计算或荷载试验确定裂缝对桥梁工作状况和承载能力的影响。对于一座具体的桥梁，可根据实际情况和必要性确定是否进行荷载试验，关键是要掌握裂缝的成因、性质及对结构工作状况、承载能力和耐久性的影响程度，如果能够根据经验和计算有把握判别，则无须进行荷载试验。 ⑷确定处理方案。 4.2 裂缝检测过程中的注意事项 ⑴裂缝检测工作尽量在结构受外界因素影响较小时进行。 ⑵要求记录气温的情况。因为气温降低时，结构的外层比内层冷却的快些，因而表面收缩较快，这时裂缝呈现的较大，当气温增高时则情况相反。 ⑶要求记录检测日期。因为当裂缝处于不稳定阶段时，裂缝的状态会随时间推移受外界影响而变化。 5 结语 大量工程实践说明，混凝土桥梁梁体产生裂缝是不可避免的，从这个角度来说，裂缝也是混凝土材料的固有特征之一。我们要根据不同的工程的实际情况，确定“有害裂缝”和“无害裂缝”的概念，若对所有部位的抗裂要求过严，必然增大工程成本，但是根据结构物不同部位的质量要求，将裂缝的有害程度控制在允许范围内，是可行的。对保证桥梁承载力、结构的安全性、耐久性具有重要的意义。同时，在结构产生裂缝病害后，要认真分析原因，找到解决问题的最佳方法，保证处治方案的可操作性和有效性，使结构在加固后能发挥正常的使用功能，达到保护国家财产和人民生命安全的目的。
参考文献 [1]混凝土结构裂缝防治讲述化学工业出版社 [2]公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）
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