連續剛構橋箱梁底板裂縫成因和防治策略

苗季朋

(中交第三公路工程局有限公司第四工程分公司，重慶 401100)

1 引言

連續剛構橋是交通工程中極為重要的一種形式，其所具備的優點受到了行業內的高度關注。但伴隨著使用時間的延長，剛構橋也逐步暴露出了一些問題，各類病害時常發生。總結工程案例可知，箱梁底板裂縫是最為常見的現象，其對剛構橋的整體質量造成了嚴重影響。因此，本文則對其成因進行分析，提出可行的防范措施，確保剛構橋的耐久性。

在本文所論述的工程項目中，該公路某一區段以剛構橋為基礎，由此形成連續的組合結構，各個剛構橋所構成的跨徑組合為(48+95+48)m。在進行主梁部分施工時，將其設計為變截面單箱雙室斷面形式，將其設置為單向2%橫坡。伴隨著連續剛構橋使用時間的延長，其箱梁底板部分出現了不同程度的裂縫現象，從而對剛構橋的整體穩定性造成了嚴重影響。

2 箱梁底板裂縫成因分析

2.1 設計方面

(1)未考慮橫向預應力的作用。作為重要的構成部分，箱梁底板在平面方向上會產生一定的彎曲率，在后續的預應力鋼束施工時則需要以此為基礎而展開。以預應力為參考，對其展開等效載荷分析，得知鋼束曲率將會形成一個向下的載荷，而底板所具有的橫向彎曲將會大范圍地抵消此部分載荷，具體可見圖1。在此情況下，若橫向預應力束達不到工程要求，加之底板截面尺寸偏小，將會引發底板裂縫現象。作為橋梁的基礎構件，其對應的軸向力長度將會持續被壓縮，同時受材料泊松比的影響也將產生抗拉力。如果正應力的儲備值超出正常范圍，此時垂直方向的拉應力將會出現明顯的波動，從而引發管道裂縫現象，所帶來的后果較為嚴重[1]。

(2)受橋梁自重的影響，將會在其上部結構內產生內力，伴隨著預應力值的改變，其對應的內力分布情況也存在差異。在過去的橋梁設計工作中，技術人員往往忽略了上部結構彈性內力的影響。而在如今的連續剛構橋設計過程中，則引入了更為先進的平面桿系軟件，在此平臺的作用下可以對結構的預應力以及結構受力情況進行分析。但受結構復雜性的影響，剪力滯效應并不具備穩定性，即便平面桿系軟件的分析水平良好，也依然無法對其進行精確的模擬，最終所得的實際結果必將與理論受力情況產生差異。需要注意的是，就當前的技術水平而言，設計理論與箱梁的實際受力狀態難以達到完全一致的狀態，工程人員對應力的把控精度依然存在不足，因此箱梁現象已經成為一種必然的結果。

圖1 底板預應力筋受力

2.2 施工方面

(1)實際施工中混凝土強度無法滿足工程要求。之所以出現此現象，與施工工藝方法有著密切的關聯。除此之外，如果工程工期較緊[2]，將會迫使施工單位縮減各個環節之間的空檔時間，有時混凝土尚未滿足齡期要求便隨即展開張拉預應力鋼束施工，此時箱梁底板極容易出現縱向裂縫，如圖2所示。

圖2 箱梁底板縱向裂縫

(2)經鋼束定位處理后變為了折線形。在結束預應力管道鋪設后，其在梁段區域內的位置無法滿足工程要求，即無法達到設計方案所提出的圓弧形鋼束定位要求，此時將變為折線形，由于存在一定的折點，因此會出現應力集中現象，此區域內的應力遠大于設計值，最終致使底板局部開裂。

(3)合攏時存在明顯的合攏高差現象。多數橋梁均需要以懸澆的方式進行施工，此時技術人員在設計時總是趨于理想狀態而展開，而這已經偏離了實際工程環境，在進行合攏作業時便會出現合攏高差現象。連續鋼構橋是一項系統性工程，其受到多方面因素的影響，加之施工中質量控制工作的欠缺，往往會存在合攏高差現象，嚴重時甚至達到了幾厘米之多。如果未采取任何措施就對其進行處理，此時將會對底板結構產生影響，隨之引發剝落或是開裂等質量問題。

(4)施工材料的原因。除了人為因素外，施工材料也會對橋梁的整體質量造成影響。材料是確保連續剛構橋各個環節得以正常施工的必要基礎，如果其中某個環節的材料未達到工程標準，則會對該環節的施工質量造成影響，并進一步削弱連續剛構橋的整體性能。受材料質量欠佳的影響，箱梁底板處產生裂縫的概率將隨之增大。

3 連續剛構橋箱梁裂縫防治措施

3.1 改進設計方法

在當前的連續剛構橋施工中，多數情況下均使用到了平面桿系軟件，這種有限元方法對構件的受力分析具有一定的可行性，但僅僅停留在二維層面，并未從三維的角度進行分析。在進行結構線彈性受力分析時，基于提升分析結果精確性的目的，應綜合考慮箱梁的實際受力情況，由此展開全面的模擬分析[3]。

對于連續鋼構橋而言，其對應的受力情況較為復雜，因此需要對其進行空間受力分析。在前期設計過程中，可以對傳統方式下的計算方式進行優化，減去其中不必要的環節；基于梁格理論可以較為精準地模擬出構件的空間受力情況，但應意識到的是，此方式在受力特性的表達方面具有一定的局限性。

考慮到梁格理論的應用特點，基于提升連續剛構橋分析準確性的目的，在進行箱梁結構裂縫的研究工作中，應牢牢圍繞理論知識而展開，從而對箱梁的空間受力情況做以準確分析。平面有限元軟件是基礎，在其作用下可以將復雜的箱梁受力情況以直觀地方式展現出來。基于此方式，一方面可以縮減設計所耗費的時間，另一方面則可以良好地避免箱梁構件裂縫現象。

3.2 施工材料方面

(1)在進行連續剛構橋施工時，混凝土以及鋼筋這兩大材料的使用量最大，基于提升施工質量的目的，應做好材料的控制工作，確保其達到工程質量要求[4]。

(2)對混凝土的配合比進行調整，在不影響整體質量的前提下應縮減水泥用量，由此緩解水化熱作用；此外，應將水灰比控制在合理范圍內，挑選級配優良的碎石作為原材料，從而提升混凝土結構的密實性。

(3)做好使用原料的稱量計重工作，基于泵送的方式進行混凝土材料的運輸作業。

(4)做好材料的儲存工作，應使用土工布對其進行覆蓋處理；當現場溫度偏低時，可以適當提升堆放區域內的溫度，將內外溫差控制在25 ℃范圍內[5]。

3.3 施工方面

(1)以工程實際狀況為基準，從而確定出合適的定位鋼束位置，必要時可以增加密波紋管的使用量，由此避免鋼束折線現象的產生。

(2)以設計強度為基準，所測得的混凝土強度應達到該值的90%，而后方可進行預應力張拉施工。

(3)注重質量檢測工作，確保兩懸臂端具有優良的合攏精度。

4 結語

對于連續剛構橋而言，箱梁底板處最容易出現病害，其中以裂縫現象最為常見。對此，有必要采取針對性措施，控制箱梁底板裂縫的產生。施工單位應對裂縫的成因進行分析，基于不同的因素具有針對性地提出防治措施，確保橋梁的工程質量，營造出足夠穩定、安全的行車環境。