箱梁裂缝分析及加固对策

结束语
本文针对预应力混凝土连续箱梁裂 缝，制定了相应的裂缝分布、裂缝加载监 测、裂缝深度检测方案，对裂缝成因进行 了分析，并根据该桥的实际情况制定了 相应的加固方案。实践证明，该加固方案 非常适宜，对抑制箱梁裂缝的发生和发 展，提高桥梁的承载能力，具有良好的效 果。
本文作者系河北省石黄高速公路管理处工程师
重，尤其以第二联更为严重，宽度较大， 而产生与钢束垂直的裂缝，该裂缝发展 但由于顶板直接接触迎水面，桥面铺装
有的底板横缝宽度达 ０ ． ４ ｍ ｍ 。顶板多为 到一定程度后形成贯通的横向裂缝；
层也仅有 ５ ｃ ｍ 的沥青防水混凝土，混凝
细而密的轻微裂
同时在一定程度上提高承载力和 刚度，恢复桥梁的使用性能，增加安全 储备。
加固方案
腹板加固 该桥的病害中，箱梁主拉应力区腹
板斜裂缝比较严重，降低了其截面抗剪 能力。加固首先处理裂缝，然后在腹板 内、外侧面水平粘贴钢板，提高其抗剪能 力。采用 ８ ｍ ｍ 厚钢板。
图 ２ 底板加固设计图
粘贴钢板和碳纤维布相结合 如果只采用粘钢，增加重量较多且 锚孔过多，容易对梁体造成损伤，而仅 粘贴碳纤维布则提高刚度有限。单一采 用其任一办法效果都不理想，所以采用 结合办法以达到最佳效果，即板底两侧 横向 １ 米内纵向满粘 ６ ｍ ｍ 厚钢板，其余 ３ 米纵向从跨中粘贴碳布至应力较小区 域。由于单层碳布受力效果不理想，应 粘贴 ２ 层。
上。体外预应力加固由于改变了桥梁的
受力体系，对于中小跨径普通钢筋混凝
土梁式桥可有效改善桥梁的受力状况，
并减小桥梁的挠度，缩小裂缝宽度，尤其
是对提高其承载能力比较有效。但对于
该桥这种大跨径预应力桥，其技术上有
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箱梁常见裂缝按其成因大致可分 为：纵向弯曲裂缝（位于受拉区，大体 与梁轴线垂直，表现为底板横缝）；纵向 弯曲剪应力裂缝（位于受拉区，大体与 梁轴线垂直，在箱梁腹板表现为斜向裂 缝）；温度收缩裂缝；箱梁底板的锚下裂
缝以及由大吨位预应力引起的底板纵向 裂缝等。
该桥的裂缝检查采用多名技术人员 同时作业，对箱梁顶板、底板、腹板内外 侧的裂缝进行普查，并在现场对裂缝进 行描述。该桥箱梁裂缝的外观特征描述 如下：
桥梁隧道
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箱梁裂缝分析及加固对策 文 ／ 康 非
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近年来，随着混凝土分段施工
理论的完善及施工技术的发展，
预应力混凝土连续箱梁因其具
有较大的抗弯抗扭刚度、较好
的整体性和连续性而被广泛采
用。但这种桥梁也存在着一些
缺点，如箱梁往往会出现裂缝，
而且在运营过程中裂缝会日渐
工程概况
该桥于 １９９４ 年竣工。上部构造为 １５ 孔 ４０ 米预应力混凝土箱式（单箱单室）连 续梁，每联 ５ 孔，长 ２００ 米，单桥共分三 联，全长 ６１６．７０ 米，双幅共 ６ 联；桥面 净空 ２ ×净 － ９ ． ５ 米，２ ％桥面横坡由箱 梁顶面调成。下部构造为独柱式墩、框架
工程问题分析
箱梁裂缝检测
桥梁整体刚度被消弱，承载能力不适应 形不协调，共同受力情况不理想。
纤维布相结合的方案进行箱梁底板加固。
当前重载交通的需要，而且箱梁裂缝仍
处于不稳定状态，仍有加剧的趋势，因此
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对该桥的加固的目的主要是：
修复病害及恢复箱梁的整体性；
对薄弱部位进行补强，因为原设计
预应力布置不合理，顶板和锚固区底板 截面强度较低，加固设计应对该部位进 行补强；
加固补强十分必要。
箱梁裂缝成因分析
梁内部散热及吸收较慢，刚性较大的上 面板降温较快，这样形成上面板强有力
果不对裂缝进行整治处理，将降低结构 的刚度，不仅影响箱梁的质量，而且随着
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时间的推移，箱梁长期受周围环境的影 以下不足之处：
体，增大了受力截面，无论是在共同工作
进行封闭处理，并加强桥梁整体刚度，提 张拉力过低，则效果不明显，过高不但原 和碳布只承担活载作用，不至于引发新
高其承载能力。
预应力损失较大，而且在荷载作用下容 的病害，同时可有效封闭裂缝，防止其进
加固目的
易屈服而发生危险；
一步发展。
因为该桥箱梁裂缝病害较为严重，
由于新加预应力筋与梁体分离，变
纵上所述，该桥应采用粘贴钢板和碳
根据对调查结果的分析，初步断定 无疑会使两侧腹板内外板面出现附加的
上齿板裂缝，各联均有，多且大小 以下三种因素可能导致底板横向裂缝的 反复拉压应力，削弱了腹板的抗剪能力。
不一，最大超过 １ ｍ ｍ 。
产生。
由于预应力钢束在支座两侧 １３ 米范
表 １ 箱梁裂缝统计表（条） 腹板裂缝
第一联 ４２（０．１～０．２５ｍｍ） 第二联 ５３（０．１～０．４９ｍｍ） 第三联 ０
用超声平测法和其它必要的手段进行了 板钢筋均设置为普通钢筋，预应力钢束 的渗水现象主要是钢束锚固端的局部受
检测。采用不同的测距数量来控制检测 在支座两侧 １ ３ 米范围内均已截断；
压造成齿板内形成劈裂裂纹。另外在预
质量，达到正确检测和评价裂缝深度的
预应力作用过强，反拱过大，造 应力钢束锚入齿板的折角处，由于钢束
底板横缝 ３ （０ ． ２ ｍ ｍ ） ５ ２ （０ ． ５ ｍ ｍ ） ０
顶板裂缝 细微裂缝，数量较多 细微裂缝，数量较多 细微裂缝
齿板裂缝 ８８（０．１～１．６ｍｍ） ８１ （０．１ ～０ ． ２ ５ ｍ ｍ ） ５３
围内均已截断，未设弯起束，造成腹板抗 剪能力不足，主拉应力超过混凝土的抗 拉强度，这也是造成腹板斜向裂缝的重 要原因。
由于钢板、碳布与板底形成了整
底板加固
由于该桥的结构刚度和承载能力不
同程度上都有降低，应采用有效手段进
行加固。为此，考虑了两种加固方案。
体外预应力
体外预应力优点是不清凿原梁体，
损伤较小，加固时不影响交通或影响较
小，费用相对低，经济效果较好。根据该
桥的特点，体外预应力可在箱内腹底纵
向施加，通过转接器锚固在两头横隔板
规范所要求的 ０．２ｍｍ 的范围。检测结果 力的作用在支座处产生正弯矩。
齿板裂缝的产生主要是由于预应力
表明，裂缝深度均在 ０．７ｃｍ～５ ． ２ ｃ ｍ 之 箱梁腹板裂缝
钢束布置不尽合理，预应力张拉未达到
间，而箱梁保护层厚度约 ３．２ｃｍ。从检测
在腹板两端变截面处，内外侧对应 设计要求，以及齿板尺寸过小，混凝土强
明，加载过程中荷载位置不同，裂缝的发 展程度也不同。其中在剪力工况加载时 裂缝的发展是最大的，分别由原来的 ０ ．
束，就会在结构内部产生应力，当主拉应 力超过混凝土的抗拉强度时即产生温度 裂缝。混凝土结构的温度荷载与温度应
加固方案
裂缝影响分析
２ ６ ｍ ｍ 、０ ． １ ５ ｍ ｍ 发展为 ０ ． ３ １ ｍ ｍ 、０ ． 力，对控制结构的裂缝十分重要，Ｆｒｉｔｚ
响，这些裂缝的存在可能使钢筋产社锈
新加预应力势必造成原预应力损 方面还是在加固效果方面，比较可靠有
蚀，造成梁体承载能力下降，影响结构的 失，造成新老预应力筋的受力不均匀。因 效，而且保留了原受力体系，不改变应力
耐久性和正常使用，故应该对该桥裂缝 原梁内应力已经较高，新加预应力控制 分布情况并在梁内产生新的应力，钢板
裂缝深度检测
纹的分布情况，即裂纹方向与预应力钢
土极易受到雨水侵蚀，同时在支座部位 钢束分布较密集，在钢束周围的应力集
为了了解该桥箱梁裂缝的深度，现 筋方向垂直，显然裂纹的出现是混凝土 中微裂纹较多，故在雨水的腐蚀下保护
场对箱梁底板及肋板出现的部分裂缝采 受拉开裂的结果，主要由于支座两侧底 层范围的混凝土极易脱落，而锚具附近
第 １、２ 联腹板内外侧裂缝，主要为 斜裂缝，较宽，最宽 ０．４９ｍｍ；
顶板纵向裂缝，密而小，均在 ０．１５ ｍ ｍ 以下；
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图 １ 立面图
第 １、２ 联底板横向裂缝，发生在支 底板横向裂缝
的横向胀缩以及箱梁内外壁较大的温差，
点至 １／４Ｌ 处，最宽 ０．５ｍｍ；
统计表明，该桥箱梁裂缝数量较
底板预应力钢筋锚固不足，锚固端 箱梁顶板裂缝
多，其中以箱梁底板横向裂缝和腹板斜 变形较大，使得钢束与混凝土之间产生
从裂缝特征来看，顶板裂缝主要是
向裂缝以及齿板裂缝居多，程度较为严 相对滑移，并沿钢束方向引起拉应力，进 钢筋锈蚀引起的裂缝，属于非荷载裂缝，
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增多，桥梁承载能力逐渐下降，
不能适应当前重载车辆较多的
交通状况，因此对预应力混凝
土连续箱梁桥的的病害检测以
及加固措施的研究日益引起人
们的广泛关注。本文以某高速
公路特大桥为例，阐明箱梁裂
缝的检测方法及加固处理措施，
可资同类型桥梁的病害检测及 加固设计参考。
式台、钻孔灌注桩基础。设计荷载：汽车 －超 ２０ 级，挂车－ １２０。
目的。将所测得的数据进行分析计算，得 成在连续梁支座底部产生了正弯矩，而 的合力作用使得该处混凝土被“崩”出，
出箱梁纵向裂缝深度的推定值。
相反在跨中产生负弯矩，尤其是在预应 造成顶齿板附近有局部的混凝土剥落和
被检测的箱梁部分裂缝宽度都在 ０． 力张拉施工阶段，如果不控制好张拉力， 露筋现象。
１ ５ ｍ ｍ～０ ． ３ ５ ｍ ｍ 之间，部分达到和超过 预拱度及张拉时的压重，势必由于预应 齿板裂缝
从上述分析中可知，箱梁裂缝既有
１６ｍｍ 。说明荷载因素对裂缝的产生、发 ｌｅｏｎｂａｒｄｔ认为温度应力是预应力箱梁发生 荷载型裂缝，又有非荷载型裂缝，虽然目
展存在一定的影响，裂缝仍处于不稳定 裂缝的主要原因之一。考虑到该桥位于 前裂缝对箱梁结构的安全使用没有影响，
状态，仍有进一步发展的趋势，对该桥的 华北平原区，年温差大致在 ４５℃左右，箱 但部分裂缝仍有进一步发展的可能，如
结果可见，部分裂缝深度很可能扩裂到 比较有规律，基本各处都有 １～２ 条主要 度不足所致。在今后桥梁的建设中，应该
箱梁钢筋部位。应及时采取措施对板底 裂缝，５０ ％超过 ０．２ｍｍ，最大 ０．４９ｍｍ， 对预应力钢束锚固区的危险截面加以验
纵向裂缝进行封闭，以避免板底钢筋发 部分裂缝贯穿腹板；在某些跨内也有竖 算，布置适量的普通钢筋，提高箱梁结构
生锈蚀而导致桥的病害情况进一步恶化。 向裂缝。
局部区域的抗裂性能，增加构件的局部
加载过程中的裂缝监测
混凝土具有热胀冷缩的性质，当外 强度。另外也要做到精心施工，使材料强
对全桥进行静力荷载试验，同时对 部环境或结构的内部温度发生变化时， 度及预应力张拉工艺等有可靠的保证，
箱体重点裂缝的变化进行监测。结果表 混凝土将发生变形。若这种变形受到约 做到符合设计要求。