预应力混凝土连续箱梁裂缝防治措施

周伟

【摘要】 本文分析了引起预应力混凝土箱形梁开裂的原因，分别从设计、施工和使用运营多方面提出了具体的预防措施，供大家参考。

【关键词】 预应力 连续箱梁 裂缝 腹板

1.前言

近年来，现浇预应力砼连续箱梁应用于平原地区的高速公路建设，工艺日趋成熟。但随着桥梁设计、使用要求的不断提高，砼施工中的砼裂缝是常见的一种缺陷。本文就江苏省扬溧高速公路上的某标段高标号现浇预应力砼连续箱梁的施工情况和裂缝产生的原因进行分析和总结，以期为类似工程提供一些参考。

2.引起预应力混凝土箱形梁开裂的原因

2.1 设计原因

设计计算方法不完善。现有的设计计算方法有以下几个方面的不足：一是用平面杆系计算代替空间分析计算，这种计算方法在薄壁结构中有较大误差；二是结构计算中抗剪计算不够， 由此会导致抗剪钢筋配置不足；三是预应力引起的剪力效应没有得到充分的认识。设计计算模式不当，根据现行规范，设计中箱梁构件一般是简化为T梁处理，但二者实际受力不同，T梁是开口截产生严重的横向裂缝。

箱梁两侧腹板受力不均也会产生裂缝，箱形梁设计及其抗裂性计算是根据箱形两侧腹板受力均匀，并将箱形截面简化为工形截面，其腹板厚度为箱形两侧腹板厚度之和这种假定来进行的，该假设对箱梁斜截面抗裂性考虑不够，这是因为：（1）由于施工误差， 箱梁两侧腹板厚度往往会不均匀，这会使较薄一侧的腹板首先开裂；（2）不可避免的偏载及两侧腹板混凝土内部不均匀缺陷等因素会使两侧腹板受力不均，从而使箱梁开裂。

当使用变高度箱梁时，底板在垂直平面内具有一定的曲率，预应力钢束必须按着这种曲率布置。钢束的曲率引起向下的径向荷载，这种荷载势必受到底板横向弯曲的抵抗。当底板横向配筋不足，或尺寸不够时，就会产生纵向裂缝甚至破坏。

2.2 施工原因

1）保护层过厚或由于操作人员乱踩已绑好的上层钢筋，使承受弯矩的钢筋保护层加厚，导致箱梁结构有效高度减小，降低结构抗弯承载能力，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2）混凝土振捣不密实，不均匀，出现蜂窝、麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其他荷载裂缝的起源点。

3）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土振捣不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。

4）混凝土搅拌、运输时间过长，导致水分蒸发过多，引起混凝土坍落度过低，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。

5）混凝土初期养护不好，致使表面急剧干燥，使得混凝土与大气接触面上出现不规则的收缩裂缝。

6）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，混凝土表面出现不规则裂缝。

7）混凝土分层或分层浇筑时，接头部位处理不好，易在新、旧混凝土的施工缝之间出现裂缝。

2.3 基础沉降变形引起的裂缝

产生原因：地质勘查工作不仔细，数据精度不够，试验资料不准，在没有充分掌握地质资料的情况下施工；同一联箱梁中，使用不同类型基础处理方式，如采用扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩长或桩径差别较大，采用扩大基础但基底标高差异较大。

2.4 其他原因

温度应力引起预应力混凝土箱形梁开裂已越来越受重视，理论分析和实验研究均已证明，在大跨预应力混凝土箱形梁桥特别是超静定结构体系中，温度应力甚至超出荷载应力的影响，这已被认为是预应力混凝土箱形梁产生开裂的主要原因之一。温度梯度曲线选择不当，对混凝土水化热和收缩时产生的残余应力重视不够等是引起预应力混凝土箱形梁开裂的主要原因。原规范的简化模型很难与实际温度场相符合，因此在计算温度应力时必然带来相当大的模型误差。我国桥梁界在预应力混凝土连续梁桥设计中，已提出按桥面升温5℃ 计算温度应力是不够安全的。新规范对原规范的温度场进行了调整，但在有条件时更宜采用史册温度场，因此，解决温度应力裂缝的途径是建立合理的温度场模型，选择合理的温度梯度曲线。

预应力混凝土连续箱梁中，徐变和收缩会导致预应力的损失，徐变将引起结构的次内力，这些都是箱梁产生裂缝的原因。混凝土收缩会使较厚构件（或在结构构件截面形状突变处）的表面开裂。这种表面裂缝是因为收缩总从构件表面开始，但受到内部的阻碍引起收缩拉应力而产生的。

在配有竖向预应力的箱梁中，竖向预应力筋应力损失的大小对腹板的抗裂性能也有着重要的影响。如果竖向预应力筋的应力松弛损失较大，则腹板混凝土的主拉应力会有较大的增加， 从而加速腹板裂縫的加大。

3.裂缝预防措施

针对预应力箱梁容易出现裂缝的几个因素，依据笔者的工作经验， 可以采取以下几种预防措施。

3.1 设计方面

箱梁在对称荷载作用下的弯曲存在剪力滞现象，特别是大跨度预应力混凝土桥梁中所用的宽箱粱（腹板间距较大的单箱单室的箱梁），剪力滞效应较为明显，此时，T梁翼缘有效分布宽度的计算方法已不能直接应用。因此，必须研究宽箱梁的剪力滞效应，寻求符合实际情况的计算方法。

在箱壁较薄，横隔板较稀时，截面就不能满足周边不变形的假设。在反对称荷载作用下，截面不但扭转而且要发生畸变。根据资料分析，对混凝土箱梁，截面畸变是产生翘曲正应力的主要原因，因此，应对此类箱梁进行畸变应力分析。当桥面宽度大干9m时，应就桥面横向不对称荷载对箱体产生的不利影响的受力进行分析。

此外，加强箱梁构造设计，在顶、底板布置加强钢筋网等措施，都可以使预应力混凝土连续箱梁中的裂缝宽度和裂缝间距变小。

3.2 施工方面

良好的施工质量是预防预应力混凝土连续箱梁开裂的重要因素，在施工时，首先要加强对钢筋制作与安装的质量管理，使钢筋制作与安装符合设计要求。支架的地基处理也应规范，地基处理完毕后，应请有关单位进行与施工条件相似情况下的地基承载力试验，确保支架的沉降在允许范围内，即24小时沉降量小于lmm 。浇筑混凝土前，对支架进行1.2倍梁身重量的荷载预压，消除支架变形。预压时间一般应不小于5天，视具体情况而定。

浇筑混凝土时要采用电子计量设备，确保混凝土配合比计量准确。肋板与底板交界处、内盖梁、端横梁等部位的混凝土应加强振捣，确保混凝土密实度。混凝土初凝后要及时进行养护， 防止收缩裂缝产生。

要在规范允许范围内控制预应力筋孔道定位偏差，预应力筋的张拉应严格按设计进行，预应力筋张拉时应有质检人员全过程旁站，确保张拉力与预应力筋伸长量均达到设计要求。

3.3 使用及管理方面

目前很多桥梁裂缝及病害与车辆的超载有关，因此需要开展有关使用荷载作用下既有桥梁的实际受力行为研究、调查与试验等；开展有关实际车辆荷载的大小、分布和频率等有关数据的调查研究。进行定期检测和维修，及时发现问题、处理问题。

4.结语

以上从设计、施工等多个角度对预应力混凝土连续箱梁的病害成因作了详细分析。箱梁裂缝的成因是复杂的，本文对这一问题所作的研究探讨，为日后预防箱梁开裂，以及箱梁裂缝处理工作打下了基础。

参考文献

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