預應力連續箱梁腹板斜向裂縫成因及控制措施

摘要：在橋梁施工中，連續箱梁是大跨度混凝土橋梁常用的一種形式，預應力連續箱梁裂縫的存在，會威脅到結構安全，降低結構的使用壽命，嚴重影響結構物的耐久性。文章分析了工程非結構裂縫產生的原因，并闡述裂縫防治措施。

關鍵詞：預應力連續箱梁；非結構裂縫；成因；措施

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0084-02

在橋梁施工中，連續箱梁是大跨度混凝土橋梁常用的一種形式，這種梁式結構在質量上存在的最大問題就是裂縫頻繁出現，混凝土裂縫是影響結構耐久性最關鍵的因素。由于混凝土裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力，影響箱梁的外觀，降低箱梁使用壽命。本文就某工程高標號連續箱梁非結構裂縫產生的原因進行分析和總結，以期為類似工程提供參考。

1 工程簡介

本工程某特大橋主橋結構布跨型式為（60+100+60）m三跨預應力混凝土變截面連續箱梁，主墩為27#、28#墩，分左右雙幅，單幅箱梁采用單箱單室截面，縱、橫、豎三向預應力體系，為全預應力構件。橋寬16.25m，根部梁高5.8m，跨中及端部梁高2.5m，箱梁0號塊長度為4m，腹板厚度為0.9m，腹板厚度9號塊以前為0.7m，12號塊以后為0.5m，10～11號塊由0.7m直線變公至0.5m。該工程采用商品混凝土，混凝土標號為C55，地泵泵送施工。

箱梁采取掛籃懸臂澆筑施工，各單“T”箱梁除懸臂箱梁外，分為13對梁段，箱梁縱向分段長度為8×3+5×4m，箱梁兩個“T”同時對稱懸臂澆筑。

2 裂縫形成

該橋在施工至28#墩右幅4#塊小樁號時，在拆除模板后第3天發現腹板內側出現斜向不規則裂縫，隨后立刻停止對該橋的施工，分析原因并派專人跟蹤觀測此裂縫，發現裂縫穩定無發展。然后實施了縱向預應力張拉，張拉后裂縫亦無變化，由此判斷此裂縫為局部淺層不規則發紋，于是進行正常施工。在之后的施工過程中，27#墩3#塊大樁號左側、27#墩4#塊大樁號右側、28#墩右側5#塊大樁號左右側、28#墩5#塊小樁號右側、28#墩6#塊大樁號右側、28#墩6#塊小樁號右側等均在模板脫落后3天左右又出現類似裂縫，隨組織專家進行現場分析。經對裂縫的寬度和深度進行無損檢測，裂縫沒有貫穿，深度最大約為6cm，裂縫寬度為0.15～0.45mm。裂縫有一定的規律性，一是出現在拆除內模后出現（不排除拆模前已產生，很細微沒有被發現）；二是位置都在腹板且斜向外側，基本在波紋管位置附近，且在跨度方向均勻分布，在腹板兩側基本對稱分布；三是在張拉縱向預應力之后裂縫無進一步發展。

3 腹板裂縫成因分析

從裂縫產生原因來分，裂縫主要包括結構裂縫和非結構裂縫。從檢測結果來看，以上裂縫均在拆模之后出現，在此期間結構無任何受力，因此可以判斷這些裂縫為非結構裂縫，從而排除是由于結構受力而產生的裂紋。這個階段可能導致結構發生變形的因素有：掛籃變形、溫度、砼澆筑順序、商品混凝土、養生、內模拆模早、結構配筋、環境等。當這些因素導致的變形受到外界約束或不協調變形時，結構內部就會產生拉應力，當拉應力超過抗拉強度后便會產生裂縫。

具體針對本橋，該橋采用商品混凝土，從開始澆筑到產生裂縫，由于是許多因素交織在一起的，很難明確區分某條裂縫具體是由哪種因素引起的，可能導致結構內部出現拉應力的變形主要有以下五種情況：商品混凝土質量、施工溫差大、內模拆模過早、梁體養生不到位、腹板波紋管位置布筋不足。

3.1 商品混凝土質量

混凝土澆搗過程中，特別是夏季高溫、空氣相對濕度較小時，由于混凝土表面水分急劇蒸發，形成很大的混凝土內外濕度梯度，混凝土表面在很大的拉應力下被拉裂，特別是混凝土截面薄弱處極易普遍出現裂縫，商品混凝土施工時對環境濕度的要求要比傳統現場攪拌混凝土高得多，養護時間也要大大提前。

影響商品混凝土干縮的因素主要有：（1）水泥用量太高會加劇收縮。（2）砂、石材料中含泥量增大也會加劇收縮。（3）坍落度大的混凝土產生干縮的可能性較大。（4）摻加緩凝型外加劑由于延緩了混凝土的凝結時間，因而會增大干縮的可能性。

3.2 施工溫差大

通過查看施工日志，混凝土節塊澆筑完成時間均為晚上，經歷了夜晚、中午等一天中溫度最高和最低峰時，早晚溫差大，水泥水化和環境溫度變化的共同作用使砼內外部產生溫差，砼內部不受或者少受環境溫度變化影響，表面受環境溫度變化影響則產生裂縫。

影響溫度裂縫的因素有：

3.2.1 水泥品種和混凝土摻合料。由于粉煤灰、礦粉在水泥中水化速度較慢，與硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥相比，粉煤灰水泥、礦渣水泥、火山灰水泥均有比較低的水化熱，混凝土溫峰出現的時間推遲，所以用這些品種的水泥所配制的混凝土，產生溫度裂縫的傾向比用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土的低，與不摻摻合料的混凝土相比，摻合了粉煤灰等活性摻合料的混凝土的溫升開裂程度也能夠降低。

3.2.2 混凝土結構體的體積。混凝土結構體體積越大，一般其表面系數越小則散失出去的熱量的比例越小，相應地混凝土內部溫度越高。

3.2.3 環境溫度。評價混凝土發生溫度開裂可能性大小的主要指標是考察混凝土的內外溫度差，環境溫度越低，混凝土內外溫差越大，發生溫度開裂的危險性也越大。

3.3 內模拆模早

由于本工程施工工期緊，為加快施工進度，拆模時間基本都是澆筑完混凝土第二天，此時混凝土水化熱所產生的熱量處于峰值狀態，拆除模板后，混凝土表面的溫度急劇下降，從而導致內外溫差較大產生拉應力而導致混凝土開裂。

3.4 梁體養生不到位

混凝土養生包括濕度和溫度兩個方面。養生不僅僅只考慮澆水，而不考慮混凝土溫度變化，是一種傳統認識上的誤區。在箱梁拆除模板后，由于混凝土表面與內部的濕度和溫度均不同，板的臨空面水分散發快、混凝土收縮發展快，而在混凝土內部水分散發慢、混凝土收縮發展慢，從而導致混凝土內部出現拉應力。內部后期濕度一般能穩定在一定范圍內，而外部濕度變化明顯，內外存在明顯的濕度差，從而導致混凝土內外收縮出現明顯差異。

3.5 腹板波紋管位置布筋不足

對橋上所有裂縫進行統計分析，發現裂縫具有一定規律性，基本都是沿著腹板波紋管位置走向，從而判斷可能是混凝土受溫度及其他原因產生拉應力時，波紋管位置截面尺寸相對較小，最為薄弱較易拉裂，可通過波紋管附近局部加強有效控制。

4 裂縫控制措施

4.1 材料選擇和混凝土配合比設計方面

4.1.1 根據結構的要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強高的水泥。

4.1.2 選用級配優良的砂、石原材料，含泥量應符合規范要求。

4.1.3 積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目標已作為混凝土的第五、六大組份，可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

4.1.4 正確掌握好混凝土補償收縮技術的運用方法。對膨脹劑應充發考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。

4.1.5 配合比設計人員應深入施工現場，依據施工現場的澆搗工藝、操作水平、構件截面等情況，合理選擇好混凝土的設計坍落度，針對現場的砂、石原材料質量情況及時調整施工配合比，協助現場搞好構件的養護工作。

4.2 現場操作方面

4.2.1 澆搗工作：澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗、二次抹面技術，以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。

4.2.2 混凝土養護：在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養護工作尤為重要，以保證混凝土在早期盡可能少產生收縮，主要是控制好構件的濕潤養護。對于大體積混凝土，有條件時宜采用蓄水或流水養護，養護時間為14～28天。

4.2.3 混凝土的降溫和保溫工作：對于大體積混凝土，施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現，降低峰值。澆搗成型后，適當控制拆模時間，應采取必要的蓄水保溫措施，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養護，以防止由于混凝土內外溫差過大而引起的溫度裂縫。

4.2.4 避免在雨中或大風中澆灌混凝土。

4.2.5 夏季應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫人模、低溫養護，必要時經試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

4.2.6 對腹板波紋管位置用鋼筋進行局部加強。

5 結語

預應力連續箱梁由于混泥土標號高、水泥用量大、施工時間長，加之預應力管道密集等因素，裂縫出現較為普遍，本文分析了預應力混凝土連續箱梁非結構裂縫的成因及預防裂縫產生的措施。根據筆者在混凝土連續梁懸臂澆筑施工的實踐表明，裂縫預防措施及處理措施是有效的，希望能夠對以后類似工程起到借鑒作用。

參考文獻

[1] 劉芳.混凝土箱形橋腹板早期裂縫的產生與對策[J].上海鐵道科技，2002，（1）：29-30.

[2] 丁勇.普通鋼筋混凝土箱梁橋腹板豎向裂縫成因分析[J].工業建筑，2009，（39）.

[3] 鐘新谷.預應力混凝土連續箱梁橋裂縫防治與研究

[J].工程力學，2004，（S1）：211-230.

[4] 周翰斌.預應力混凝土連續箱梁施工階段腹板斜向裂縫探討[J].施工技術，2007，36（3）：88-91.

作者簡介：孔陽（1986—），男，中天路橋有限公司工程師，研究方向：工程技術管理。