先簡支后連續小箱梁開裂問題及解決措施

胡瑞光

（福建省高速公路有限責任公司南平管理分公司）

1 引言

近年來，先簡支后連續小箱梁橋在我國橋梁建設中得到了十分廣泛的應用，由于這種橋型自身的結構特點，在施工和運營階段容易出現一些威脅到其結構耐久性和安全性的典型病害，其中影響最大的就是小箱梁的開裂問題，裂縫問題的存在直接影響到此類橋型在工程中的應用和推廣。只有不斷的通過理論研究，從設計理論、施工工藝和運營管理等多方面開展系統的研究，形成一套完整的先簡支后連續小箱梁橋施工與控制關鍵技術，才能夠切實指導此類橋梁在今后橋梁建設中的應用。

2 先簡支后連續橋梁的結構形式和受力特點

簡支橋梁由于其施工工藝比較成熟，并且整體橋梁的受力體系比較簡單，具有梁體批量預制生產，上下結構同時施工的特點。早期的簡支梁橋橋面上設置有很多的伸縮縫裝置，這就導致橋面的連續性不足，行車過程中會受到顛簸，影響行車舒適性。而連續梁橋的受力體系比較復雜，大多采用現澆的施工工藝，材料設備的投入也比較大，上下部結構也不能夠同時施工，所以一般很難有效縮減施工工期，但是連續梁橋的伸縮縫比較少，因此橋面的連續性較好，提高了行車舒適性。先簡支后連續梁橋則結合了這兩種梁橋的優點，摒棄兩者的缺點，一方面能夠有效縮短施工工期，另一方面也能夠提供良好的行車環境。先簡支后連續梁橋體系圖如圖1所示，這種橋型針對頂端容易開裂的位置常采用先澆混凝土后張預應力工藝，通過墩頂梁段施工加預應力來抵消荷載在墩頂負彎矩區段產生的拉應力，使得混凝土始終都保持一種受壓狀態，很好的解決了開裂問題。

圖1 先簡支后預應力混凝土連續橋型

在將預支好的簡支梁放到臨時支座上的過程中，梁體主要承受的是先期的預應力和自身重量，現澆梁端接頭混凝土之后，張拉負彎矩預應力束，也就形成了連續梁結構，連續梁結構在使用過程中的受力具體表現為支點負彎矩比同等體積現澆的連續梁小，彎矩分布比較均勻，配置預應力束的時候更加方便。在簡直梁階段，混凝土早期形變不會產生次內力，支座的不均勻沉降也不會產生附加內力，但是在形成連續梁體之后，混凝土的收縮和變形就會受到約束，從而產生二次內力，并且這種內力會隨著時間的變化而不斷變化。

3 先簡支后連續小箱梁橋開裂成因分析

3.1 材料成因分析

材料方面重點是指混凝土對橋梁所造成的不良影響，因為混凝土本身材料的特殊性能，可以重點從混凝土的收縮、徐變和溫度這三個方面對結構的影響進行分析。

（1）混凝土的收縮和徐變問題，伴隨時間的推移，混凝土的熱脹冷縮會受到其內在的鋼筋與預應力鋼的制約，以致架構形成內部重分布，加之混凝土架構內部所有構成內容的漸變與收縮的水平不一，因此互相間會相互約束，以致橋梁內部形成應力，另外，梁體的標高修正與支座的沉降同樣會在架構中形成內力，伴隨混凝土的逐漸變化便會漸漸減弱制約內力。

（2）混凝土溫度對小箱梁的不良影響，混凝土物料因為本身的導熱功能不顯著，如果外面的溫度產生很大變化，其內架構內部的溫度變動便會落后，以致混凝土層分散的熱量產生很大程度的差別，最后導致架構內的溫度以非線性的形式分布。另外，混凝土橋梁構件溫度的分布狀況同其構件的形狀也有很大的聯系，就箱型橋梁來說，箱梁的頂板溫度變化相對腹板表面溫度差異比較大，所以在橋面鋪裝層比較薄的時候，箱梁頂板受溫度的影響就相對明顯。

3.2 施工成因分析

3.2.1 鋼筋保護層厚度不足

在建造過程中，簡支連續底板鋼筋的墊塊假如高度較矮亦或密度不夠，便會導致混凝土鋼筋的保護厚度不夠，進而增快了大氣中水與二氧化碳對其的融合速率。假如二氧化碳融進混凝土內部，和部分堿性物質相遇并發生化學反應的時候，就會使原有的堿性物質性質發生變化，形成碳酸鹽，讓混凝土的堿度變低，該過程我們將其叫做碳化作用。假如碳化作用滲透到混凝土的保護層，讓保護層的堿度變小，鋼筋便喪失了保護，最后生銹，而生銹之后的鋼筋的規模會變成原來的3倍左右，如此就會讓周邊的混凝土形狀發生變化受到制約，導致的結果就是混凝土構件沿著鋼筋表面會產生縱向的裂縫。

3.2.2 預應力鋼束超張拉

當前時期，預應力鋼束的張拉施工通常運用的均是引申量與張拉力雙重控制的標準，但是受到各方面的影響，在實際施工中難以保障預應力鋼束的張拉可以達到設計的要求，較易產生超張拉的不足。假如箱梁底板的預應力鋼束張拉不能被高效的管控，作業過程中張拉力高于設計數值，加之預應力孔道較易偏離準確位置，因此較易在混凝土箱梁底板所在地形成垂直方向的裂縫。

3.2.3 預應力孔道偏位

在實際施工過程中，經常發生預應力鋼束的定位鋼筋未曾依照設計標準間距布設的狀況，以致預應力鋼束的現實地點和設計地點之間存在較大偏差，再加上施工過程中管理工作做的不到位，存在隨意踩踏預應力定位管道的現象，還有的定位管道的墊塊放置數量不足，以致在混凝土澆灌完工之后，管道下彎位置不準確。張拉預應力鋼束時，沿著鋼束的方向便會形成向上亦或向下的縱向力，在此種徑向力的影響下，便會增大箱梁底板出現裂縫的概率。

圖2 小箱梁底板縱向裂縫

3.2.4運營管理問題

運營管理問題主要是針對車輛的超負荷管控，在橋梁運行時期，假如管理工作沒有充分做好，便會常常產生部分超載汽車從橋梁上通過的問題。超負荷運行的汽車會讓橋梁出現程度較深的豎向彈性位置移動，左右兩側的箱梁翼緣板也會發生錯動，車輛離去后此種錯動停止，箱梁也會變回原來的樣子。可是假如長時間受到超負荷汽車的不良影響，較易讓小箱梁分開，嚴重時會喪失所有的橫向聯系性能，以致小項梁單梁受力狀況，彈性形狀變化逐漸發展為塑性形狀變化，在此種類型車輛的長期影響下，會增大底板預應力鋼束對其的反作用力。這也就是為什么有很大一部分的先簡支后連續小箱梁橋在建造過程中并未出現裂縫，而在運行一段時間后便會產生底板縱向裂縫的緣由。

4 先簡支后連續小箱梁橋防裂措施

4.1 選材防裂措施

抗裂混凝土的基本配置原則如下：

（1）混凝土早期的收縮裂縫一般都是出現在水泥漿的凝結硬化時，因為水泥漿形成的凝聚力所引發，因此在選擇水泥時要遵循“低鋁酸三鈣、低堿量和低水熱”的要求，而且盡量不選取早強水泥；

（2）骨料盡量選取級配優良、強度大、硬度大的干凈骨料，嚴格管控好奇的級配和形狀，另外還應當將沙子的細度模數管控在科學范疇內，提升水分含量，減小其表面積，進而減小水泥塑性收縮出現的裂縫；

（3）最好選用高品質的粉煤灰亦或礦渣等礦物摻合料，運用品質級別高的引氣劑；

（4）選用減水劑的時候盡量選擇減水效率高的，降低拌合的用水量；

（5）少用硅酸鹽水泥，并且要限定混凝土材料中凝膠材料的用量上下限。

4.2 施工階段的防裂措施

4.2.1 混凝土澆筑階段的防裂措施

在混凝土澆筑過程中需要注意以下幾點：①先簡支后連續小箱梁澆灌混凝土時應該依照先澆筑底板，后澆筑腹板，最后澆筑頂板的次序，在澆筑施工時還應該設置專業的監察人員加以監督，避免產生漏振、欠振等問題。在部分振動器無法作業的地方比如模板的角落還應該運用插釬輔助振搗；②在小箱梁澆灌完工后，頂部還應進行抹光處置，而且要確保在混凝土初次凝結以前用清掃工具作拉毛處理；③對于一些橋梁中存有的預埋件、預應力管道、錨墊板后鋼筋密集區的振搗應力爭全面，到位，避免振搗器損傷預埋件與預應力管道，進而導致無謂的錯位與毀壞，確保混凝土的堅實性；④在夏天溫度較高的狀況下實施混凝土澆筑作業時，應保持混凝土混合料的溫度低于32℃，如果溫度高于32℃應該馬上采用科學的降溫舉措將溫度降低。

4.2.2 混凝土養護時期的防裂舉措

混凝土澆筑以后應當留出一定的時間加以養護，而且在混凝土構件養護時期，應實時關注外界氣溫的改變，采用科學的舉措對混凝土的溫度加以控制。養護所用的水不可隨意運用河中的水亦或海中的水，一定要確保達到混凝土拌合水的技術要求。養護階段可以采取以下幾點措施防止裂縫的出現：①澆筑完成后用麻袋亦或其他材料加以覆蓋，進行養護，防止混凝土構件遭受外界因素的影響以后出現裂縫；②合理安排箱梁的拆模時間，保證箱梁內外的溫度差不能過大，因此在外界氣溫變化較大或者風速較大的時候不宜拆模；③夏季施工時，在混凝土的降溫期間要進一步加強養護，防止降溫過快引起的裂縫，而冬季澆筑箱梁的時候，除了要按照冬季特定的養護方法外，在必要的時候還可以進行蒸汽養護。

圖3 小箱梁噴淋養護

4.2.3預應力張拉控制措施

在我國，有很大一部分的混凝土橋梁開裂問題都是由于預應力張拉作業不規范操作導致的，雖然預應力張拉作業有著相應的指標，但是收到監測方法的制約，很難保證其精度，再加上傳統的預應力張拉作業很容易受到人工干擾，很難消除人為因素帶來的影響。所以為了進一步確保橋梁的有效預應力建立以及其均勻度，可以考慮采用橋梁預應力智能張拉作業。智能張拉系統借助計算機軟件實現了預應力張拉的全過程自動化，消除了人為因素的影響，通過計算機控制張拉施工過程，徹底轉變了人工操作油泵控制預應，全過程無需人工干預，并且能夠適應多種施工環境，是我國目前預應力張拉作業領域比較先進的施工工藝。

圖4 橋梁預應力智能張拉系統

4.3 運營階段的防裂措施

先簡支后連續小箱梁橋上如果頻繁的有超載車通過甚至停車，很容易破壞橋梁結構穩定性，因此可以在橋梁兩側放上限重標志，而且應增大人工監察力度，禁止超載車輛從橋梁上行駛。另一方面，還應注重橋梁的檢測，為了保證橋梁的安全運行，深入了解橋梁的耐久性與承受力性能，一定要對橋梁實施定期檢查。尤其是對部分交通量大的路段，應注重橋梁的檢查，高度關注橋梁的檢查結果，著實增強橋梁的養護與管理工作。

5 結束語

先簡支后連續小箱梁橋由于受力體系簡單和施工工藝比較成熟，具有梁體批量預制生產，上下部結構同時施工的特點，能夠顯著縮短工期，在我國高速公路建設中得到了廣泛的應用。但是當前很多先簡支后連續小箱梁橋結構部件普遍存在比較嚴重的開裂病害，引起對其裂縫的成因和解決措施的研究就顯得更加重要。

[1]蔡斌，馬秀全，陳修林.連續箱梁裂縫問題探討[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2004，27（9）：11007～1111.

[2]林 炎.先簡支后連續橋梁施工技術方案[J].交通科技，2004（3）：59～64

[3]沈旭東.預應力混凝土箱形梁橋空間受力分析[D].同濟大學碩士學位論文，2008.