浅谈钢筋混凝土梁裂缝的产生原因及整治
【摘 要】胶济既有线提速区段部分利旧的混凝土梁存在梁体裂缝病害，本文分析了三种常见裂缝的产生原因，介绍了这几种裂缝的整治方法。
【关键词】既有线；提速区段；钢筋混凝土梁；裂缝；整治
0 引言
济南铁路局淄博工务段既有线提速地段共有341座钢筋混凝土梁桥。钢筋混凝土梁桥虽然较钢梁桥养护维修工作量大幅减小，但经过多年的运营，我们发现钢筋混凝土梁并不是我们过去想象的那样少维修和免维修设备。胶济既有线提速区段大部分既有线利旧的预应力钢筋混凝土梁桥、普通钢筋混凝土低高度板梁桥、普通钢筋混凝土π型梁桥、普通钢筋混凝土梁桥不同程度的存在梁体裂缝问题。
1 梁体裂缝成因
1.1 常见梁体裂缝的几种形式
①梁体竖向裂缝：这种裂缝出现在梁的侧面，从梁底向上开裂，并与主钢筋垂直；在长裂缝之间往往夹着数根短裂缝。胶济线K162+639为1-10m普通钢筋混凝土梁桥，该桥梁体存在大量的竖向裂缝共有32条，宽度在0.3-0.5mm之间；
②梁底纵向裂缝：这种裂缝存在于主筋位置附近，沿着主筋延伸方向，出现的水平纵向裂缝，伴随着裂缝的扩展，混凝土保护层剥离，钢筋外露而锈蚀。胶济线k304+435为1-8m普通钢筋混凝土低高度板梁桥，该桥梁体存在纵向裂缝，宽度在0.3-0.5mm之间；
③网状裂缝：在结构的表面浅层上，出现的龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝和干缩裂缝等。胶济线k366+142为1-16m普通钢筋混凝土梁桥，该桥梁体表面存在网状裂缝；
1.2 梁体产生的裂缝原因分析
①普通钢筋混凝土梁底部产生竖向裂缝是必然的，这是由混凝土抗压不抗拉不抗剪的特性决定的。人们根据混凝土的特性在梁的受拉截面上根据受力计算加入适当的受力筋。在梁体受力时，混凝土梁底受拉，当强度超过混凝土的受拉强度时混凝土产生裂缝，此时由钢筋受拉，众所周知钢筋的抗拉强度很高，这样提了梁体的承重能力。因此在允许的范围内的竖向裂缝是正常的。这种裂缝的特性是当荷载消失后梁体裂缝恢复原状。这样的裂缝是属于弹性范围的裂缝，其性能比较稳定。铁路桥隧建筑物状态评定标准规定混凝土梁桥裂缝宽度≥0.5mm为AA级裂化、0.3-0.5mm为A1级裂化。当梁底竖向裂缝超过规定的限值继续发展，梁体受压截面减小，中性轴上移偏心受拉时，钢筋受力超过钢筋的屈服强度时，钢筋严重变形，裂缝急剧向上开展并延伸，形成贯穿裂缝，后果将极其严重，这种裂缝发展过程比较缓慢，但一旦受拉钢筋达到屈服极限后，钢筋产生很大的塑性变形，此时病害急速发展造成梁体断裂。
②梁底纵向裂缝的产生原因比较复杂，是由于混凝土开裂导致钢筋暴露在空气中空气中的和氧气共同作用造成钢筋锈蚀，生成Fe（OH）2也就是俗称的铁锈，其体积会变成其原有体积的2-3倍，导致混凝土保护层鼓起甚至脱落。
③网状裂缝是由于混凝土等级低，施工方法不当，养护不到位等原因所致。
2 整治方案
整治裂缝的方法，根据裂缝的成因有以下几种：
①传统的修补方法是在裂缝表面凿v型槽，宽约1-2mm，深约0.5cm，槽面应尽量平整。用钢丝刷或竹刷刷清缝口，并凿去浮渣。用手持式皮风箱吹清，待表面干燥，裂缝外宜蘸有丙酮或二甲苯洗擦一遍保证槽内清洁。在裂缝四周涂一层环氧树脂浆液，最后嵌入环氧砂浆，用刮刀使其平面与原混凝土齐平。待环氧树脂硬化后就可应用。养护期间不宜受潮、受震，以保证修补质量。但这种方法的缺点是如果修补用修补胶与梁体结合不牢固，加之过车的震动和梁体自身的挠度修补混凝土脱落，扩大了裂缝的暴露面，必将对梁体带来新的损伤。
②对于裂缝多且深入结构内部的竖向、斜向、纵向裂缝也可以采用注浆法进行修补。按灌浆材料的不同可分为水泥石灰粘土灌浆、化学灌浆、沥青灌浆。其中化学灌浆这种方法效果最好，应用最广，它可以修补0.3mm甚至更细小的裂缝。主要工艺流程是仔细检查裂缝并清理干净，在裂缝上打孔埋嘴子，埋好后将其余的裂缝全部封闭，在封闭完后隔一天可进行打压试验看封闭效果，无渗漏后将配制好的浆液灌入。灌浆完毕待浆液聚合固化后，即可将灌浆嘴一一拆除，并用环氧树脂抹平。最后对每一道裂缝表面再刷一层环氧树脂水泥浆，确保封闭严实。这种处理方法处理裂缝效果较好，但是对于梁底竖向裂缝严重超限的梁体可以说是“治标不治本”。
③目前胶济线部分竖向裂缝严重的梁体施加纵向体外预应力效果明显，增加梁体的纵向强度，克服了既有桥梁本身的设计强度不足的弱点。
施加纵向体外预应力法是利用对梁体受拉区施加纵向预应力，可以抵消部分自重应力，起到卸载作用，从而能较大幅度的提高粱的承载能力。
3 实例
大圩河（双），中心里程胶济k188+067，全长110.8m，3-32.0m预应力混凝土梁，图号丰70-2，梁高2.50m，摇轴支座。桥上线路为直线，1980年建成。在日常的设备检查中，工区发现梁底出现竖向裂缝。随着列车的高速重载，该梁的裂缝有所发展，于是对其进行了纵向加固。预应力束采用1×7公称直径15.2mm抗拉强度为1860MPa的环氧涂层钢绞线组成的可更换成品索，钢绞线为外包PE的单根无粘结环氧喷涂钢绞线，每股钢束外套HDPE管道，在钢束穿过横隔板及锚固块的预应力管道中预埋钢管钢管内衬四氟板。钢绞线的技术标准须符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003要求锚具采用低回缩锚具，锚垫板及千斤顶采用配套锚垫板、千斤顶。具体施工工艺：（1）在横隔板及外侧肋上纵向预应力穿过出打孔，孔径76mm；孔内设外径76mm壁厚4mm钢管，钢管与孔壁之间采用建筑结构胶粘结；（2）采用化学植筋法制作腹板内侧混凝土锚固块，锚固块中横向预应力管道直径35mm，纵向预应力管道直径65mm；（3）张拉锚固块横向预应力，张拉应力1395MPa；制作腹板外侧混凝土锚固块；（4）张拉纵向预应力筋，张拉应力1395MPa；（5）密封锚头。
注意事项：（1）钻孔前应用电子探测仪精确探测梁体钢筋和预应力筋的位置，以防钻断梁内钢筋；（2）新旧混凝土界面进行凿毛处理；（3）为防止碱骨料反应，混凝土骨料的选择及最大碱含量应符合《铁路混凝土工程预防碱-骨料反应技术条件》TB/T3054的有关规定。
经过纵向加固提高了梁体竖向刚度，阻止了梁体竖向裂缝的发展，保证了胶济铁路时速200km/h线路的安全运营。
4 结语
既有线提速区段，列车的高速重载对桥涵设备的质量要求在不断提高，针对我段管内部分既有桥梁仍在使用，及时检查发现梁体病害，并根据成因对症下药能有效的延长梁体寿命，是保证行车安全的关键。
【参考文献】
[1]黄棠.结构设计原理[M].北京：中国铁道出版社，1999.
[2]蒙云，卢波.桥梁加固与改造[M].北京：人民交通出版社，2004.
[责任编辑：谢庆云]
