公路橋梁常用跨徑箱梁防裂措施研究

楊凱 吳文杰

摘?要：隨我國公路橋梁數量增長與已建橋梁老齡化的影響，橋梁的發展進入建養并重階段，確保橋梁長壽命至關重要。而開裂會影響混凝土梁的使用壽命，須開展箱梁防裂措施研究以確保橋梁長壽命。文中以公路橋梁常用跨徑箱梁為研究對象，通過分析箱梁開裂機理，進而提出箱梁防裂措施。

關鍵詞：公路橋梁;箱梁;防裂

1 箱梁裂縫成因分析

公路橋梁常用跨徑箱梁裂縫常表現為三種形式：沿箱梁腹板的斜裂縫、梁體垂直裂縫及局部網狀裂縫。其中斜裂縫常因箱梁受剪承載能力不足導致;垂直裂縫主要是因梁體溫度應力及施工不當造成;局部網狀裂縫的產生因設計、施工不當引起。三種形式的裂縫出現于箱梁預制及后期運營全過程，且每一階段的形態及發展各不相同。

1.1 施工階段裂縫成因

箱梁預制過程中，從混凝土澆筑至達到設計強度值，依據規范通常取28天齡期。在28天內，混凝土的彈性模量、抗壓強度隨齡期逐漸增長，異于28天后混凝土的受力性能。較小力的作用可能導致箱梁早期裂縫的產生，其產生原因通常有：

（1）混凝土收縮變形。箱梁預制過程中因混凝土收縮變形導致的裂縫，以混凝土的塑性及自干燥收縮占主導作用。水化熱反應引起的塑性收縮出現在混凝土齡期增長的塑性階段，整個水化凝固過程過快或過慢均會導致箱梁出現裂縫。水泥硬化過程的自干燥收縮，泌水現象導致混凝土體積減小而收縮，最終致使箱梁出現裂縫。

（2）溫度力作用。受季節性、日照及溫度驟降溫差的作用，箱梁齡期成長過程中，箱梁底板中部、頂板與腹板相交處、箱梁翼緣位置處溫度應力較大。當溫差超出一定程度后，混凝土內部產生的較大拉應力會導致箱梁裂縫的產生。

（3）預應力施加。預應力施加過程中，由于混凝土力學性能隨齡期變化的特性，不同齡期階段的預應力施加都會導致箱梁受力及變形出現差異。未達到混凝土設計張拉強度而張拉預應力，會導致箱梁兩側腹板及錨固區域出現局部裂縫。因超張拉或預應力管道定位偏差等因素也會導致箱梁在施工階段出現裂縫。

1.2 運營階段裂縫成因

箱梁運營階段產生的裂縫主要為結構性裂縫，受荷載承受能力超限、強迫位移及偶然作用的影響。

2 設計階段防裂措施

2.1 設計方法

混凝土結構設計規范中對箱梁構件的設計計算采用平截面假定，但當構件出現裂縫后，混凝土與鋼筋接觸面出現相對滑移，不再滿足平截面假定。加之，設計計算時對施作環境濕度、溫度無法準確考慮，對混凝土齡期時間考慮不周，均會導致構件裂縫的產生。因而設計階段需對上述影響因素加以考慮。

2.2 防裂措施設計

2.2.1 優化箱梁截面尺寸

預應力管道偏差引起的腹板附加應力隨腹板厚度的增加而變小，而腹板厚度的增加對箱梁構件整體受力變化影響較小。為防止因預應力管道偏差而導致的箱梁腹板開裂，可在設計階段可適當增加箱梁腹板厚度。

2.2.2 調整構造鋼筋配置

為避免因預應力張拉、溫度應力引起箱梁裂縫的出現，可通過調整構造鋼筋用以防止裂縫的出現。通過布置合理的橫向鋼筋或加密預應力定位鋼筋的方法，防止預應力張拉引起的箱梁腹板裂縫;選用較小直徑鋼筋小間距加密鋼筋網，防止因溫度應力變化導致的收縮裂縫。

2.2.3 合理設計保護層厚度

保護層厚度一定程度可以限制溫度應力引起的收縮裂縫，在滿足設計規范要求外，通過增加一定厚度的保護層用以限制梁體裂縫的出現。箱梁保護層厚度不得小于保護層厚度與預應力保護層厚度的允許偏差之和。

3 施工階段防裂措施

3.1 控制張拉時間

箱梁構件在混凝土齡期3天至5天期間進行張拉時，箱梁上撓最大，極易在此期間產生裂縫。因此要結合試驗所得混凝土齡期發展，嚴格控制張拉時間，防止因混凝土齡期不足導致的構件裂縫。

3.2 準確定位預應力管道

預應力管道安裝過程中，預應力管道定位偏差達到20mm時，出現與腹板的深至波紋管位置縱向裂縫。因此，在預應力管道安裝后、混凝土澆筑前，須對預應力定位進行檢查，也可在安裝時適當加密波紋管周圍的定位鋼筋。

3.3 控制模板變形

腹板厚度的減小會引起箱梁內部拉應力的增大，而施工過程中模板變形會導致腹板厚度的減小，從而在預應力張拉過程中使得腹板出現裂縫。因此，在模板安裝過程中對極易產生變形的部位應做加強處理，且應做好模板接縫處理。

3.4 混凝土養護

箱梁混凝土內部溫度在澆筑后36h內因水化熱反應而急劇上升，36h后溫度開始出現下降，下降速率較之升溫更快。在此過程中，箱梁內外溫差、濕度控制不當，會導致箱梁內部出現拉應力，過大的拉應力極易導致箱梁腹板、頂板及腹板與頂板相交處出現裂縫。因此嚴格控制從混凝土澆筑后3天內混凝土的溫度、濕度對箱梁防裂至關重要，具體可采用以下方法：

①嚴格控制拆模時間，梁體內外溫差不大時方可拆模;

②混凝土澆筑后應及時覆蓋，外界溫度過高時應采用噴灑設備進行養護，外界溫度過低時應采用保溫措施;

③箱梁混凝土澆筑36h后內部溫度開始下降，在降溫期間應加強養護，以防過快降溫導致的收縮裂縫。

4 運營階段防裂措施

4.1 嚴禁車輛超載運營

橋梁在長期超載運營下，當超出構件疲勞限度后，橫向聯系首先出現開裂，導致單板受力，加劇箱梁裂縫的產生，因此對出現超載區域的橋梁應實行超載管制。

4.2 定期檢測養護

橋梁使用過程中，因外界環境及荷載影響下，難免會出現裂縫。定期對橋梁進行檢測，掌握橋梁健康狀況，對出現裂縫部位分析原因，并對裂縫位置進行加固處理，以延長橋梁使用壽命。

5 結論

文章通過對公路橋梁常用跨徑箱梁裂縫成因進行分析，基于裂縫成因分析結果，分別從設計、施工及運營階段提出優化截面設計、合理配置鋼筋、控制預應力管道定位和預應力施加、注重養護、限制超載及加強養護的防裂措施。

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