探析现浇连续梁箱梁桥裂缝的成因及防治措施

探析现浇连续梁箱梁桥裂缝的成因及防治措施

摘要：预应力混凝土连续箱形梁桥由于具有结构轻盈、抗弯、抗扭性能优良等众多优点，在桥梁建设中得到了广泛的应用。但这些桥梁在修建过程中和运营过程中，有时会发现梁体不同部位出现横向、纵向和斜向等裂缝。裂缝一旦出现，轻则影响结构的耐久性，重则直接影响结构的承载能力，甚至危及结构的安全。对此，应予以重视，弄清裂缝产生的原因，采取措施预防裂缝发生。本文作者对连续梁箱梁桥裂缝成因进行了分析总结，归纳研究出裂缝大致种类及形成因素，并针对性地提出了预防和控制裂缝的措施，以供参考。

关键词：预应力 连续梁 裂缝分析 防治措施

Abstract: Due to its multiple advantages of light structure, bend resistance, torsion resistance, and so on, the prestressed concrete continuous box girder bridge has been widely used in bridge construction. However, in the construction and operation process, transverse crack, longitudinal crack and diagonal crack has occurred in the bridge sporadically. Crack once appearing, the light will affect the durability of the structure, and the serious will directly affect the bearing capacity, and even the safety of the structure, to which should be paid attention, finding out the causes and taking measures to prevent the cracks. In this paper, the author makes an analysis on the causes of the cracks in continuous box girder bridge, concludes the categories and causes of the cracks, and proposes the prevention and control measures, for reference.

Key words: prestress; continuous girder; crack analysis; prevention and control measure

一、顶底板纵向裂缝

纵向裂缝是主要的裂缝类型。裂缝是由于顶板横桥向拉应力过大造成的。在恒载、活载和温度荷载的作用下，都会产生横桥向拉应力。

1.沿后张法预应力孔道的裂缝

这种裂缝一般都出现在顶底板布置预应力束最薄处及预应力管道距混凝土表面最近的 预应力束处。当混凝土板受力弯曲时，就易产生纵向裂缝。

防治措施：合理地布置预应力束，严格按设计安设锚头，减少施工误差。要使预应力管道尽量靠近腹板，有足够的混凝土层，管道间的距离不能过小，至少应保持18~20cm。从统计来看，板厚小于波纹管直径3倍时常会出现劈裂缝。在混凝土板内上下层钢筋之间设置足够的抗拉锚筋，可避免经向崩裂，抗拉锚筋虽不属结构钢筋但决不可忽视。

2.后浇带纵向裂缝

这种裂缝往往沿后浇带顶底板薄弱部位通长分布，在混凝土强度形成后就已经产生。经过对施工工艺、裂缝分布分析，这种裂缝主要是混凝土硬化期间由于温度收缩作用引起的。后浇带不设箱室而梁高通常在1.3~1.5ｍ，混凝土体积大，水化热根据水泥用量不同，可使构件内部升温60℃~70℃，内部混凝土体积膨胀，受两端先 浇混凝土约束，使顺桥向受压，横桥向受拉，当横桥向的拉应力高于混凝土抗拉强度时，则沿纵桥向产生裂缝。

防治措施：减少混凝土早期水化热和早期收缩，选用低水化热 的水泥，良好级配的集料，掺人适量的粉煤灰或外加剂，减少水泥用 量，可降低混凝土内部升温，减小内外温差， 同时加强纵桥向的劲性钢筋骨架，有利于减小纵向温度伸长变形时混凝土的挤压而减小混凝土横向受拉应力，减少或避免早期此类纵向裂缝出现。

3.横向变形过大引起纵向裂缝

对于一些在纵向预留了大量的预应力孔道的梁体，由于削弱了梁板的有效厚度，而横桥向的端梁、隔梁只采用大直径钢筋骨架，不设预应力，施工时大吨位纵向预力张拉引起横向变形。较大的横向变形就会导致顶底板纵向裂缝。

防治措施：优化设计，合理地布设箱梁横断面，在规范允许范围内适当增加顶底板厚度， 弥补因纵向预应力孔道造成有效面积的削弱。横向尽可能布设预应力束，可通过与纵向预应力筋同步或提前张拉横向筋，使顶板混凝土同时四面受力，以克服较多裂缝的出现。

二、翼缘板、腹板纵向水平裂缝

箱梁混凝土施工时，腹板、翼板采用二次浇筑工艺，为了外观美观，通常要在腹板顶部、翼板根部分层。先期浇筑完成的腹板混凝土强度较高，翼板混凝土成型时，水化热引起的收缩变形向下受到腹板及底模转而向上变形，引起沿翼板根部水平纵向裂缝。

防治措施：调整混凝土水泥用量，降低因水化热而使混凝土内部温度的急剧升高而后又大幅降温带来的混凝土收缩应变。现浇箱梁混凝土的强度等级都能达到 C50以上，甚至 C60，施工单位的生产配比必须比设计强度的目标配比有更多的混凝土强度多余量，才能保证满足质量验收标准。但混凝土强度的增加，通常会采用增加水泥用量，混凝土强度越高，高标号水泥用量越多，混凝土水化热和收缩率都会增大。对此，要通过提高的粗细集料的质量，将混凝土中的水泥用量降低，以解决此类裂缝的出现。

三、保护层不足引起的裂缝

如果混凝土质量较差或混凝土钢筋保护层不足而引起的裂缝，在混凝土拆模后养护不及时立即显现，有的随着混凝土的缓慢收缩而出现。这类裂缝通常出现在箱梁顶面，沿着表面钢筋位置分布。由于顶层钢筋较粗，如水灰比过大，表层混凝土粗骨料过少，混凝土收缩时在钢筋顶部产生集中的收缩应力，造成其位置与钢筋完全重合的裂缝。当水顺着裂缝渗入， 钢筋锈蚀后氧化物的体积可膨胀２～４倍以上，造成保护层的混凝土崩裂剥落。

防治措施：严格控制箱梁顶面混凝土保护层厚度，加强养护。通过施工观察表明，水灰比控制较好且保护层充分的较少沿钢筋位置出现裂缝。另外，在设有防裂钢筋网时，就不能简单地将防裂钢筋网放在保护层中，防裂网必须也有20～30㎜以上的保护层，且尽量使用细而密的表层钢筋，钢筋直径最好不超过16㎜。

四、收缩裂缝

收缩裂缝是混凝土施工现场最常见的一类裂缝，可能发生在构件的很多部位，这类裂缝很细很小，但对钢筋混凝土的耐久性危害较大。从混凝土收缩应力产生的原因分析，主要是混凝土早期水泥水化作用引起温度变化而使混凝土产生收缩变形。这种变形使没有受到约束的混凝土表面，当收缩拉应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。

防治措施：温度收缩和水化收缩造成的裂缝往往是叠加的，应从控制水泥用量、水化热， 关注早晚昼夜天气温度变化，加强冬季混凝土表面保温，减小混凝土内外温差等方面全方位采取措施控制产生裂缝的各种因素。此外，控制水灰比可有效地减少混凝土塑性收缩。通过掺加高效减水剂，在满足施工需要的坍落度、和易性的同时，可将水灰比降至0.35—0.4 之间。另外提高振捣质量，防止浮浆集中过厚，加强养护也是预防此类裂缝的主要措施。

五、曲线形底板：预应力张拉时内侧混凝土崩裂

对于一些半径较小的圆形匝道桥，设置预应力孔道时虽设置了“I”形抗拉筋，“U”形防崩筋及预应力管道定位筋，但在施工时由于存在着安置偏失误差，造成管道偏位，距离混凝土曲线表面过小，或由于骨架钢筋过密，混凝土浇筑时振捣不密实，粗骨料难以均布，造成混凝土强度不足。当大吨位张拉预应力束时，曲线内侧的混凝土在径向作用下，出现开裂或表面混凝土脱落崩裂。

防治措施：曲线设置足够数量的“J”抗拉筋，按梅花形布置，沿波纹管道设置加强箍筋，箍束底板上下缘向钢筋，设置“Ｕ”形防崩钢筋，可152㎝设置一道。波纹管道尽可能避免距离板下表面过近，可按50㎝设一道定位钢筋，优化预应力筋的位置。

六、结语

1.按照以往桥梁规范规定，预应力梁体混凝土的纵向裂缝宽度不应超0.2ｍｍ，在梁体的竖向裂缝则不允许出现。新修订的公路桥梁设计规范则对于一般环

境下的预应力梁体，规定其裂缝限值为0.1ｍｍ。而实际梁体一旦开裂，多数情况下裂缝宽度往往就已超过这些限值。所以，即使目前的裂缝对结构受力不会造成影响，单从保证结构耐久性来讲，也必须对其进行处理。对于因桥上超载引起的裂缝，一般应详细分析超载的情况，并根据未来荷载的发展可能，综合考虑经济、社会影响等因素，决定是加固或对裂缝进行一般的处理，或者予以废弃，重修新结构。

2.如上所述，预应力桥梁的开裂是一个复杂的问题，牵涉设计、施工、气候、运营期的荷载及其运营养护等方面，所以，要从根本上减少以至基本消除梁体开裂现象，需要各个方面的共同努力和配合，缺一不可。

3.近年来，有些设计和咨询部门在对结构设计进行优化时，往往仅从理论出发，对一些结构截面尺寸和布筋进行了不适当的消减，而没有综合考虑施工误差和工艺水平以及运营和养护的实际情况，导致结构的实际安全度和耐久性降低。在一些其他因素的综合影响下，极有可能导致混凝土开裂甚或造成事故。结果有的桥梁出事后的处理费用非常之大，而且耽误了工期，有的则对结构的耐久性造成了隐患，这种情况应该引起重视。

综上所述，预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因是受多种因素的影响，有其个别差异，也有共性。但随着工程人员对混凝土裂缝认识程度的不断深人，并且从设计和施工技术两方面加以提高改进严格技术管理，混凝土裂缝是可以避免的。