预应力混凝土箱梁裂缝控制分析

刘 恒 马占生 涂 波

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳421001）

0 前言

混凝土是脆性材料，而钢筋却是韧性材料，它们两者在一起工作，弹性模量相差很大，而且两者的强度差别就更大，因此两种材料在一起共同发挥作用，要使钢筋参加工作，混凝土势必会开裂。大量的工程和理论分析表明钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的。裂缝一般分成不可见裂缝和可见裂缝。可见裂缝又分为无害裂缝和有害裂缝。有害裂缝在使用荷载或外界物理及化学作用下不断产生和发展，引起混凝土碳化，保护层剥落及钢筋锈蚀，直至影响结构的安全性和使用寿命，必须加以控制。

1 预应力箱梁裂缝的种类及起因分析

1.1 收缩裂缝

1.1.1 沉陷裂缝

当外界湿度减小时，梁体水份就会蒸发，引起凝胶失水，失去水膜的胶粒由于水分引力作用，使胶粒间距变小，产生收缩，由此引起的裂缝就是沉陷裂缝。其一般在浇筑后几个小时就发生。砼浇筑后若不及时养护，几小时内在梁体顶板产生的裂缝就是沉陷裂缝。

1.1.2 干缩裂缝

当砼内毛细水减少时，会引起毛细管内压力增大，使管壁受到压力，其压力随着温度减小而增大，表现为体积的“干缩”。由于箱梁内部与外表温度不同，从而使内部与外表面干缩的速度也不一样，表面干缩比内部快，所以在外表面产生拉应力引起干缩裂缝。同时由于新的砼干缩比老的砼快，从而在接缝处新砼受老砼的约束，导致新面变化，在接缝的表面产生干缩裂缝(即施工缝)。

砼的干缩大小与水泥的品种、水泥的用量和单位用水量有关。在施工中水泥标号越高、水泥颗粒越细，水泥用量越多、单位用水量越大时，砼的收缩也越大。此外，砂石在砼中形成骨架，对裂缝有一定的抑制作用。砂石愈干净、捣固愈密实，砼的收缩量也就愈小。

1.2 温度裂缝

连续箱梁在施工时受到来自与主墩临时混凝土固结支座的约束，也受到来自钢筋及预应力不均匀作用的外部约束，同时受到来自箱梁内部顶板、腹板、底板的截面厚薄不一的内部约束，在有外部及内部约束的情况下，砼在升温及降温过程中将产生温度应力σt。

砼温度裂缝的引发条件是：σt≥ft(砼的抗拉强度)。为了减免砼温度引起的收缩裂缝，需要控制砼拉应力(σt)不大于砼抗拉强度ft，控制温差ΔTm显然是最为有效并最为可行的。在砼浇筑后的温升期中(3-5天内)，砼处于塑性-弹性转变阶段，Ee较小，不容易发生问题，砼峰温过后，弹性模量逐渐增大，温度裂缝大多出现在浇筑后的7-20天内。同时，连续梁在悬臂分块浇筑过程中，早已硬化的“老”砼块体可对新接浇块体的温度变形起到约束作用，并有可能在新块体中引发裂缝，这种由于新老痛温差所引发的温度裂缝，机制简明预防这种裂缝最有效可行的办法就是降低砼浇筑温度以减小温差。

1.3 预应力裂缝

预应力裂缝主要容易出现在端块锚下应力区以及梁底沿纵向预应力筋的纵向裂缝。张拉时砼的强度未达到，锚中局部应力由泊松效应产生横向环状拉应力，拉应力可以导致开裂；底板中部纵向预应力的泊松效应及施工过程中预应力管道周围砼的收缩不均匀，容易造成底板横桥向拉应力过大，导致底板纵向裂缝。

2 控制箱梁裂缝产生的措施

2.1 砼的质量控制

2.2.1 原材料的选择

1）水泥的选择。水泥的品质影响水泥凝胶的组分、结构和数量，所以也影响水泥的毛细孔、凝胶孔德形状、尺寸和数量，并进而影响到砼的干缩性。

2）骨料的选择。砂石一般不与水泥浆起化学反应，它们在砼中主要起到骨架作用，因而可以降低水化热，大大减少砼由于水泥浆硬化而产生的收缩，并起到抑制裂缝发展的作用。由于骨料在砼中起着重要作用，故砼中骨料应具有良好的颗粒级配，以尽量减小空隙率；砂石表面应干净，以保证与水泥浆更多地结合；应尽可能减少含有的杂质，以保证砼的耐久性。石子的粒径较大时，砼所需的水泥用量和用水量都减少，降低砼的水化热，同时砼的干缩也较小。但石子太大，砼的搅拌和其他操作在施工中都将发生困难，而且易产生离析。针对以上情况，在施工中宜选用连续级配的碎石。使用砂子过粗易使新拌砼产生泌水现象，影响砼的和易性；使用的砂子较细时，又会使砼粘聚性略大、保水性好、易于振捣，但干缩较大、表面容易产生干缩裂缝。结合施工经验，宜选用细度模数为2.6-2.9的中砂。

3）外加剂的选择。箱梁钢筋较密，再加上有波纹管，因此要求砼的流动性大，和易性好，故宜使用减水剂。减水剂可改善砼的和易性，减少水的用量，减慢水化初期水化热产生的速度，有利于改善砼的温度应力，减少开裂现象。

4）配合比的选择。配置砼就是在满足砼和易性、强度、耐久性及尽可能经济等四项基本要求下，比较合理地确定水泥、水、砂子、石子四者的用量比例关系及外加剂的比例。在确保砼的工作性能的前提下，采用较少的拌合水量，较小的水灰比，较好的骨料级配以及较小些的坍落度，较低的拌合温度，都是有助于降低砼的干缩性的。

2.1.2 混凝土的抗拉性能

砼温度裂缝的引发条件是：σt(温度应力)≥ft(砼的抗拉强度)，砼的抗拉伸变形能力是制约砼裂缝的重要因素之一。

2.2 箱梁的施工工艺控制

2.2.1 混凝土的浇筑

连续箱梁一般先浇筑底板，再浇筑腹板，最后浇筑顶板，并分别采用不同的坍落度控制。底板和顶板控制在14-16cm之间，腹板控制在16-18cm之间。砼的振捣以附着式为主，插入式振动棒为辅，且重视附着式振动器的设置。附着式振动器必须两边对称振动，控制振动时间。底板和顶板采用插入式振动棒捣固，要布点均匀，逐步振捣尤其是注意锚头位置和新老混凝土接缝位置的振捣，不可过振或漏振，保证砼的质量，抑制裂缝的产生。梁体顶板在浇筑后要二次收浆，抹面拉毛，防止沉陷裂缝的出现。

2.2.2 养护

砼浇筑完成后即进行养生，能促进硬化作用得以充分发挥，防止干缩裂缝的出现。在施工中通常采用直接往砼表面浇水的方法，使砼表面保持绝对湿润，防止砼时干时湿，致使顶板开裂。

2.3 预应力施工控制

预应力施工是一道关键工序，是保证整个梁体质量的重要环节，也将直接影响箱梁以后的承载力。施加预应力要求精度高，故在施工中易受各方面的不良影响，如锚头砼质量，锚下钢筋及弹簧筋的布置，张拉机具及施工人员的技术水平等。在施工中采取以下措施：（1）标定千斤顶、油表使其处于良好的工作状态；（2）检查锚具、钢绞线的质量，杜绝不合格产品；（3）控制张拉时砼的强度和弹性模量；（4）使工作锚与锚垫板贴近，并且夹片安装均匀、打紧；（5）加载卸载时要平稳、缓慢，不可过快产生冲击力；（6）张拉顺序须严格按照设计张拉顺序施工。

3 结语

混凝土裂缝本身是一个较复杂的问题，它涉及到混凝土的材性、构性及施工环境等各方面的问题。实际工程结构中的干缩变形和温度变形是相伴发生，外部约束和内部约束也时而是同时存在的，如果我们能通过分析裂缝成因而采取一些措施，还是可以减少预应力混凝土裂缝的。

［1］JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S].

［2］JTG H11-2004公路桥涵养护规范[S].