高寒干旱地區鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害分析與防治

覃世創

湖北省路橋集團有限公司，湖北武漢 445800

高寒干旱地區氣候環境相對較為特殊，區域內很多橋梁有不同形式裂縫。混凝土簡支箱梁截面形式為箱型，結構性能良好，被廣泛應用于現代橋梁建設中。隨著道路等級的提高以及交通運輸需求變化，城市橋梁建設中鋼筋混凝土箱梁橋數量越來越多。鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害的出現不僅威脅到橋梁的安全和使用壽命，甚至威脅行車的安全，必須要做好對高寒干旱地區鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫的分析，制定針對性的防治策略，實現對裂縫病害的有效處理，最大限度減少裂縫病害的影響，本文就此展開了研究分析。

1 工程概況

本工程項目位于我國北方，氣候干燥，空氣濕度小，正是因為這種環境氣候特點，很多橋梁存在有不同形式裂縫。橋跨結構為30m箱梁，鉆孔灌注樁基礎。混凝土強度等級為C50，施工季節在夏季，利用大流態泵送分兩次澆筑完成，第一次澆筑腹板和底板，第二次澆筑頂板，將接茬面布置在腹板與翼緣板交界位置。兩次澆筑間隔10d。箱梁混凝土澆筑完成1個月左右時間，觀察箱梁懸臂板底，存在有非常多裂縫，肉眼可見，形成有碳酸鈣。這些裂縫有以下幾個特點：第一，裂縫從翼板根部延伸，與箱梁中心線垂直，裂縫長度大小不一致，寬度在0.07～0.25mm左右，懸臂根部裂縫最多，懸臂端裂縫逐漸減少，裂縫之間的間隔大約在1～2m；第二，裂縫多出現在箱梁翼板地面，觀察橋面未發現裂縫，裂縫位置未出現漏水，表明裂縫非貫穿裂縫；第三，裂縫順整跨分布相對較為均勻，未集中出現在跨中等位置。

2 裂縫成因分析

箱梁翼板位置存在復雜的應力狀態，裂縫的出現，不僅受到箱梁翼板縱向應力計算方法可靠性因素影響，同時還與施工環境、工藝以及技術等因素聯系密切。也就是說，箱梁翼板裂縫的出現可能有以下兩個方面因素：第一，因為結構的變化出現裂縫；第二，在外荷載作用下因為結構次應力產生裂縫。

結構變形會受到不均勻沉降、溫度變化等因素影響，如果這些變形因素約束未得到滿足，會有應力出現，應力增大到一定程度產生裂縫。

第一，不均勻沉降。本項目簡支梁橋梁基礎為端承樁，不均勻沉降發生率不是很大。另外，簡支梁即使有不均勻沉降出現，沉降量相對較小，翼板下緣位置不會有太多不規則裂縫出現。

第二，溫度變化裂縫。混凝土澆筑后混凝土會產生較大熱量，非常容易因為水化熱不均勻收縮出現自約束應力。混凝土內部出現壓應力，面層產生拉應力，如果拉應力過大時，混凝土表面將會有裂縫出現；在混凝土拆模時，如果存在較大晝夜溫差，混凝土表面容易有溫度沖擊情況出現，澆筑初期，水化熱會產生非常大拉應力，未做好拆模時機的選擇，混凝土表明溫度過高，拆除模板時氣溫迅速下降，出現溫度梯度，在這種情況下，混凝土表明會多一層拉應力。早期混凝土表明彈性模量和強度相對較低，容易開裂。

第三，還存在混凝土收縮裂縫。混凝土收縮產生的應力非常容易引起結構變形，進而產生裂縫。混凝土干燥失水同樣會出現收縮，隨著時間的增長，收縮明顯增加，變形無法恢復。混凝土收縮情況的出現主要是因為水泥石，通過控制水泥石含量方式能夠實現對混凝土收縮的有效控制，如果混凝土中使用過多水泥石，將會產生非常大收縮量。本工程箱梁選擇大流態泵送混凝土澆筑方式，有較大坍落度，水泥用量多，同樣會很大程度上增大收縮量。

另外，因為間支箱梁分兩次澆筑，頂板混凝土澆筑時底板和腹板混凝土已經基本達到設計強度，先澆筑的混凝土已經產生一定收縮，兩層混凝土因為收縮不同步，頂板混凝土的收縮會一定程度上受到腹板混凝土約束，當約束力所產生的應力超過混凝土極限抗拉強度時，將會有橫向裂縫出現。在翼板根部位置有非常大約束應力，其余地方約束應力逐漸減少，這一特點與本次工程裂縫類型有非常大相似性。

因此，本項目裂縫的出現主要受溫度和混凝土收縮影響，簡支箱梁選擇C50強度混凝土，因為強度等級高，水泥水化熱會產生非常大收縮。另外，腹板混凝土會一定程度上約束頂板混凝土收縮，進而有裂縫出現。

3 箱梁翼板結構裂縫評估和防治

3.1 箱梁翼板結構裂縫評估

分析翼板裂縫特征和成因，同時與檢測結果相結合，翼板裂縫屬于未貫穿裂縫，表面相對較寬，裂縫深度在30～50mm間，裂縫的出現不會過多的影響到結構受力。從結構耐久性角度出發，為了減少裂縫對整個結構的影響，對裂縫寬度超過1mm，長度超過500mm的裂縫采取針對性的處理措施，本次選擇化學灌漿處理，其余裂縫選擇表面封閉處理方式。

3.2 裂縫防治措施

3.2.1 在設計方面

第一，普通鋼筋混凝土結構設計混凝土強度盡量控制在C40以下，隨著強度等級的升高，混凝土將會出現較大收縮，進而產生裂縫。

第二，設計過程中需要對箱梁翼緣板中剪滯效應有充分考慮，雖然剪滯效應的出現并非間支箱梁翼緣板裂縫主要原因，但是如果未對剪滯力有充分考慮，將非常容易加重箱梁裂縫。

第三，箱梁翼緣板位置有十分復雜受力，尤其在肋和板交界位置，應力狀態十分復雜，在設計過程中，適當增加翼緣板下緣縱向構造筋，降低翼緣板裂縫病害發生率。

3.2.2 在施工方面

第一，優化混凝土配合比。混凝土收縮的出現很大程度上受到水泥石影響，在施工過程中適當減少水泥石含量，能夠實現對收縮問題的有效控制，因此，在混凝土配合比設計過程中盡量減少水泥用量，可選擇混凝土雙摻技術等輔助施工。集料能夠一定程度上限制水泥石收縮，集料數量對混凝土收縮同樣有非常大影響，在集料選擇方面，盡量選擇花崗巖等彈性模量較高碎石。

第二，減少箱梁頂板和底板、腹板澆筑時間間隔。頂板與底板、腹板澆筑時間過長同樣容易使簡支箱梁翼緣板開裂，主要是因為兩個位置混凝土收縮不同步，因此，想要降低腹板和底板對頂板混凝土約束應力，必須要適當減少澆筑時間間隔，以5d以內為宜。

第三，精心養護，適當延長養護時間。重視頂板混凝土的養護，尤其注意保持翼板位置濕潤。混凝土早期養護需要從外界吸收一定的水分，如果水分供應不足，就會出現干縮等情況。隨著時間的增長，混凝土干縮會越來越明顯，很多干縮出現在初期階段，這一階段混凝土強度相對較小，容易有裂縫出現。適當延長混凝土養護時間，可以使干縮發生得到一定的推遲，但是無法減少干縮期。做好養護工作，混凝土抗拉強度超過干縮應力后，就可以不用潮濕養護，混凝土不會有開裂情況出現，達到相應的養護效果。也就是說，通過延長潮濕養護時間方式，能夠使混凝土收縮有明顯推遲，混凝土具有更高的強度，降低收縮過程中裂縫發生率。

第四，確定拆模時間，做好拆模后保溫工作。混凝土裂縫多屬于表面裂縫，深淺不一，這些裂縫的出現很大程度上受到溫度梯度因素影響，如果溫度驟降，將非常容易形成裂縫，因此，做好混凝土表面保溫工作，對裂縫的預防有積極影響。

為了提高施工效率，施工中往往拆模時間快，在這種情況下，混凝土抗溫度變化能力不是很強，容易出現裂縫。受到水化熱影響，模板拆除前其表面溫度一般高于外界環境溫度，模板拆除后，混凝土表面直接接觸空氣，溫度迅速下降，這種溫差情況的出現會在混凝土表面產生較大拉應力，進而產生裂縫。拆模盡量選擇氣溫較高時間，比如中午，最大限度降低混凝土與外界溫差，模板拆除后，還需要使用草簾等及時覆蓋混凝土表明，取得保濕、保溫效果。

4 結語

混凝土裂縫的出現與不均勻沉降、溫度變化、混凝土收縮、澆筑間隔等因素有關，針對高寒干旱地區鋼筋混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害，必須要做好病害原因的分析，結合分析結果，選擇針對性的防治措施，從混凝土配合比、澆筑時間間隔、養護、拆模等方面出發，減少混凝土簡支箱梁翼板裂縫病害，提高簡支箱梁翼板結構強度和安全性，取得理想的施工效果。