預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁裂縫成因分析及防護(hù)措施

金科

摘要： 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁屬主要的橋梁結(jié)構(gòu)型式，也普遍的被用于工程項目中。預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁裂縫表現(xiàn)形式復(fù)雜，發(fā)生情況多樣。在建造與使用橋梁的過程中，由于出現(xiàn)一些像類似裂縫這樣的工程質(zhì)量問題從而發(fā)生了很多的橋梁坍塌事件。這些工程質(zhì)量——裂縫其實就是橋梁的“多發(fā)病”以及“常發(fā)病”了，我們的工程技術(shù)人員也是對于這個混凝土開裂問題非常煩惱。當(dāng)然了，對于這些裂縫來說如果采用一定的技術(shù)和工程措施也是能夠控制和解決的。因此為了以后工程中減少混凝土開裂現(xiàn)象，以此為研究目的，本文對預(yù)應(yīng)力在混凝土連續(xù)箱梁的應(yīng)用方面，做出相應(yīng)的分析總結(jié)，找出相應(yīng)的解決方案，以便保證以后工程的安全性。

Abstract： Prestressed concrete continuous box girder is a main type of bridge structure and is also widely used in engineering projects. Prestressed concrete continuous box girders have complex forms of cracks and occur in a variety of situations. During the construction and use of bridges， many bridge collapses occurred due to engineering quality problems such as similar cracks. The quality of these projects： the cracks are common disease of the bridges. Our engineers and technicians are also very annoyed with this concrete cracking problem. Of course， for these cracks， if certain technical and engineering measures are adopted， they can be controlled and resolved. Therefore， in order to reduce the cracking phenomenon of concrete in future projects， this paper makes a corresponding analysis and conclusion on the application of prestressed concrete in continuous box girder， and finds the corresponding solution to ensure the future project safety.

關(guān)鍵詞： 混凝土開裂；原因分析；解決方案；預(yù)應(yīng)力橋梁

Key words： concrete cracking；reason analysis；solution；prestressed bridge

中圖分類號：U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0225-02

0 引言

預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁以其剛度大、線形優(yōu)美、跨越能力強(qiáng)、造價低而被廣泛地用于橋梁工程中，目前，預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁是我國階段橋梁結(jié)構(gòu)的主要形式。此類設(shè)計已被普遍應(yīng)用橋梁設(shè)計的工程中，所以它的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量也逐漸被重視起來。在很多的質(zhì)量預(yù)控項目范圍中，它的裂縫問題也是比較普遍常見的，而且也是在質(zhì)量危害中出現(xiàn)的次數(shù)非常的高。因此，為了進(jìn)一步的解決混凝土箱梁裂縫問題，減少其中存在的潛在危害，本人結(jié)合自己的幾年實踐工作經(jīng)驗針對于預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁裂縫產(chǎn)生的原因、解決防護(hù)措施等等這些問題展進(jìn)行小議。

1 預(yù)應(yīng)力砼箱梁裂縫主要類型及特征

因為裂縫問題的現(xiàn)象以及它的發(fā)展經(jīng)常是其內(nèi)在的鋼筋材料等等發(fā)生腐蝕，從而會使鋼筋混凝土的抗?jié)B透能力、承受載重能力和耐用性大大的降低，以及還會對于連續(xù)箱梁的外觀和使用時間都會有影響的。所以，連續(xù)箱梁施工質(zhì)量的最重要的關(guān)鍵點就是有效的控制裂縫這個問題。因為連續(xù)箱梁的體積較大，厚度也大，再加上外在客觀環(huán)境的影響下，對于防治裂縫問題就成為了施工連續(xù)箱梁的困難點了。針對連續(xù)式箱梁設(shè)計，本文以裂縫產(chǎn)生的原因和特征為依據(jù)，歸納總結(jié)出7類，如下為具體內(nèi)容：

1.1 腹板的斜裂縫

裂縫特征：斜裂縫主要出現(xiàn)在其1/8跨和3/4跨中，沿著中間、左側(cè)和右側(cè)分布，其與平面夾角一般是15°、-50°。

產(chǎn)生的原因是由于砼抗拉強(qiáng)度小于腹板的最大主拉力或者是腹板的斜截面的抗剪強(qiáng)度不夠。像計算的模型與結(jié)構(gòu)真正實際狀態(tài)下的比較相差很大；類似像彎起的鋼筋與分布筋的布置不合理；橫縱向的切面由于受到雙向力的作用；橫縱向的預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力的損失比較大；腹板的薄厚程度以及溫度等等這些都是會引起腹板抗力不足的原因。

防治的措施有以下5點：①計算模型要選擇與結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)下比較相差不大的；②預(yù)應(yīng)力筋的布置和分布筋及箍筋布置要求腹板的設(shè)計厚度達(dá)到要求；③通過計算得出精確的預(yù)應(yīng)力的各方面數(shù)據(jù)；④在縱向預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力束的預(yù)算上，要盡量精準(zhǔn)，在符合施工前提條件下進(jìn)行灌漿和豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉，并且在與縱向的預(yù)應(yīng)力筋張拉保持一致；⑤對于構(gòu)造筋的數(shù)量直徑要保證以及溫度模式。

1.2 底板的縱向裂縫

底板的縱向裂縫的特征有：裂縫大部分是在底板的地面中間部分，沿著橫向斷面跨中密，裂縫粗而且長，兩端的裂縫呈現(xiàn)短而稀疏的現(xiàn)象。

底板產(chǎn)生裂縫的主要誘因為：其跨中的抵抗彎矩不符合施工標(biāo)準(zhǔn)。由此導(dǎo)致產(chǎn)生曲線徑向力與預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致在其集合匯聚點產(chǎn)生合力。此外還有可能是由于橫向鋼筋配比不足以及受力界面大小不達(dá)標(biāo)等等這些原因引起的。

預(yù)防方法：①選擇合理的溫度模式以及核算合理的選擇項；②必須按照要求控制合龍段高差；③在分段澆筑的環(huán)節(jié)中，必須嚴(yán)格控制頂板砼、腹板與地板澆筑時的溫差與時間差；④在地板的施工環(huán)節(jié)中，要合理配置防蹦鋼筋與橫向鋼筋，確保其橫向配筋率符合施工要求；⑤施工時，砼達(dá)到張力值要求時才能進(jìn)行后續(xù)操作；⑥在實際施工中，應(yīng)盡可能的降低預(yù)應(yīng)力筋的既定位置的誤差；⑦在設(shè)計箱梁底緣時，結(jié)合實際情況合理設(shè)計，在設(shè)計中盡量減小預(yù)應(yīng)力鋼束曲線的集力與徑向力。

1.3 底板的橫向裂縫

底板中的裂縫的主要特征為：大多數(shù)裂縫集中在距離底部四分之一處，并向橫截面發(fā)散。

裂縫產(chǎn)生的原因主要為：所產(chǎn)生的彎拉力超出底板的可承受的最大值，所以會產(chǎn)生了橫向裂縫。那導(dǎo)致超過允許值是因為筋錨作為預(yù)應(yīng)力的主要受力點，通常其被固定在一個截面中，但這個截面中通常筋錨數(shù)量又偏多時，那么就會導(dǎo)致變形、裂縫，甚至坍塌等一系列連鎖反應(yīng)

預(yù)防方法：①使用掛籃進(jìn)行施工過程中，要實現(xiàn)預(yù)算處掛籃的局部變形情況，以便在出現(xiàn)變形時及時做出調(diào)整；②支架進(jìn)行施工過程中，對支架超載要預(yù)先進(jìn)行預(yù)壓，分析其沉降和變形情況；③確定砼已經(jīng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后才能拆模；④錨固定斷面底板應(yīng)當(dāng)具備一定量的壓應(yīng)力的儲備設(shè)置；⑤錨固的預(yù)應(yīng)力在同一斷面的情況中的噸位不能過大，應(yīng)當(dāng)依據(jù)其大小，設(shè)置合理的縱向分布鋼筋以通過錨固界面。

1.4 頂板的縱向裂縫

頂板的縱向裂縫的特點是大部分及總在跨中部分和各合龍段，在橫截面方向分布顯示是中間密集兩邊疏。

頂板的裂縫出現(xiàn)的誘因有多種，發(fā)生比例最大的誘因為：由于砼收縮與頂板中的跨中彎矩不達(dá)標(biāo)所致。以致于應(yīng)有橫向的預(yù)應(yīng)力筋損失過度或者是沒有用橫向預(yù)應(yīng)力筋；預(yù)存的預(yù)應(yīng)力預(yù)設(shè)值太小；溫度應(yīng)力太低；在實際施工中頂板的施工操作流程不服施工要求；砼的質(zhì)量和保養(yǎng)不好等等引起的砼的收縮。

預(yù)防方法：①為降低砼的收縮比例，在進(jìn)行攪拌水泥的過程中，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗決定攪拌的時長，同時下料速度保持勻速，在振搗過程中必須要密實確保其穩(wěn)固。②在實際中，必須嚴(yán)格把控鋼筋安裝的各項要求和避免由于施工人員由于踐踏所導(dǎo)致的鋼筋嚴(yán)重錯位等情況；在實際架設(shè)鋼筋結(jié)構(gòu)的實際工作中，應(yīng)當(dāng)儲備應(yīng)壓力的最大值，值越大就越安全；③若橋梁的設(shè)計方案中的溫度應(yīng)力值與實際結(jié)果偏差較大，則可以借鑒在此領(lǐng)域領(lǐng)先的其他國家的標(biāo)準(zhǔn)；④依據(jù)計算合理設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋，并保證其張拉應(yīng)力。

1.5 翼緣板根部的縱向裂縫

翼緣板根部的縱向裂縫特點是集中出現(xiàn)在上翼緣和腹板的交界處，先是從橋縱向拓展，后來引起了腹剪斜裂縫。

翼緣板根部縱向裂縫產(chǎn)生的原因由于局部的抗力不足或者是砼收縮。是因為腹板和上翼緣的交匯處產(chǎn)生了比較大的拉力，屬于“框架效應(yīng)”；在澆筑砼時，由于粗細(xì)骨料的嚴(yán)重分離，從而產(chǎn)生了很大的砼收縮。

預(yù)防方法：①為降低砼塑性的收縮性，施工時應(yīng)控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處應(yīng)當(dāng)采用分層澆筑的方式更為適當(dāng)。②嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范施工進(jìn)行，使兩側(cè)腹板成型尺寸和砼質(zhì)量的誤差能夠控制在允許范圍內(nèi)；③嚴(yán)格控制并預(yù)防偏載現(xiàn)象的發(fā)生。

1.6 翼緣板底面的橫向裂縫

翼緣板底面的橫向裂縫的特點大部分集中在負(fù)彎矩相較大的墩頂1/3跨部位的翼緣板底面，少部分集中在跨中的翼緣板底面，越往支點越密集；呈橫橋向發(fā)張，和連續(xù)箱梁中心線垂直。

翼緣板底面的橫向裂縫產(chǎn)生的原因是其截面的抵抗彎矩不足。導(dǎo)致其原因有：①翼緣板的縱向應(yīng)力計算的結(jié)果比較不安全；②沒有考慮到剪力滯的作用，該裂縫經(jīng)常在支點的1/3跨徑周圍，截面是越靠近支點越嚴(yán)重，裂縫的出現(xiàn)大部分是從翼緣板下緣開始的；③外面的受重較大；④溫度的變形、砼收縮和不勻稱的沉降。

預(yù)防方法：①可以接受允許結(jié)構(gòu)由于溫度變化、砼收縮和不均勻沉降引起的一定的變形，但不能產(chǎn)生偏大的約束應(yīng)力。②必須確保控制施工的臨時荷載不超載；③依據(jù)計算結(jié)果，合理設(shè)置墩頂區(qū)域的縱向鋼筋的相關(guān)事宜；④選擇合理的計算模型，特別是要詳細(xì)考慮剪力滯計算中有效寬度和剪滯系數(shù)的取值等有關(guān)問題。

1.7 預(yù)應(yīng)力張拉槽口處外側(cè)腹板的裂縫

表現(xiàn)的特點則是集中在預(yù)應(yīng)力張拉槽口處的外側(cè)腹板，沿著豎向擴(kuò)展到翼緣板和其底板。

預(yù)應(yīng)力張拉槽口處外側(cè)腹板裂縫產(chǎn)生的原因是局部的應(yīng)力非常大。因為張拉的槽口錨固束所產(chǎn)生的局部應(yīng)力非常大，導(dǎo)致通長束在槽口處的壓應(yīng)力變小；由于是張拉的需要大，槽口處腹板的箍筋可能會被切斷；加強(qiáng)鋼筋的配筋量在張拉槽口沿腹板縱向局部的分配太少；張拉槽口的間距太小。

2 預(yù)防方法

①選用合理的張拉順序，以減小局部應(yīng)力的超載現(xiàn)象的發(fā)生；②選用高效的構(gòu)造措施：加密、加大槽口附近箍筋直徑并采用閉合筋；加厚槽口處一定范圍內(nèi)腹板的厚度；加大張拉槽口沿腹板縱向的鋼筋配筋量；用型鋼局部加強(qiáng)槽口性能；③依據(jù)不同工況，驗算槽口局部應(yīng)力是否在要求范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫的形成是由于多種的因素綜合而成的結(jié)果，比較復(fù)雜。但是總結(jié)起來有三個主要的原因：①由于像溫度的影響、剪力滯作用和三向應(yīng)力的計算理論的不完善。②實際情況與模型的計算和設(shè)計勘測的結(jié)果相差很大，像是溫度應(yīng)力與基礎(chǔ)的不均勻下沉。③施工的不合理規(guī)范，例如像混凝土的配比問題、鋼筋的位置偏差、預(yù)應(yīng)力的損失等等一系列問題。總而言之，只要把好的設(shè)計、好的監(jiān)理好的施工方案及好的管理綜合的運用到一起，就可以有效的控制和解決預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的裂縫問題。

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