淺析預應力現澆連續箱梁裂縫的成因與防治

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0 前言

隨著施工技術的不斷地進步更新，大跨徑預應力混凝土連續梁橋成為我國大跨徑橋梁的主要橋型之一，連續箱梁因具備外形美觀、抗扭剛度大、整體性好等特點在橋梁工程中被廣泛采用。但由于設計計算理論模型與實際結構受力情況存在偏差、施工工藝未嚴格按要求執行、混凝土收縮徐變特性及疲勞特性等因素的影響，造成現澆連續箱梁梁體出現裂縫［1］。

1 預應力現澆連續箱梁裂縫成因分析

預應力混凝土現澆連續箱梁在彎矩、剪力和扭矩的共同作用下，處于復雜的空間受力狀態，產生裂縫的原因涉及設計計算、施工工藝、養護管理、材料性質等多方面。主要有由于設計原因引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫、

1.1 設計原因引起的裂縫

設計層面主要有以下原因：

（1）一般橋梁設計均采用平面桿系有限元分析法進行，箱梁的翹曲、畸變、剪力滯效應用系數考慮，活載偏載用內力增大系數考慮，通過分析比較，平面分析理論得出的梁體主應力值較小，空間分析理論計算得出的主應力值較大，而結構實際受力狀態與空間分析理論結果比較接近，造成箱梁截面尺寸擬定不合理或結構配筋不足等問題。

（2）設計時沒有充分考慮斜截面抗剪，非預應力鋼筋特別是腹板中的箍筋和彎起鋼筋設置過少，一旦豎向預應力損失過大，斜截面抗剪能力不足，引起腹板出現斜裂縫。

1.2 施工原因引起的裂縫

由于橋梁施工時，很多因素考慮不周全，或采取的施工措施不當造成梁體開裂，產生裂縫原因主要有以下幾種：

（1）橋梁地處深層軟土地段，連續箱梁采用滿堂支架整體現澆，支架基礎加固不到位，引起箱梁混凝土澆筑時支架出現不均勻沉降，造成梁體開裂；

（2）箱梁采用滿堂支架整體現澆，未對支架進行堆載預壓，未消除支架及基礎的非彈性變形，引起局部支架沉降差異較大，造成梁體開裂；

（3）混凝土設計配合比不合理，水泥用量過大，造成混凝土澆筑完成后內部水化熱過大，造成混凝土收縮應力過大，導致梁體產生裂縫；

（4）使用銹蝕鋼筋或鋼筋保護層厚度不足，造成鋼筋表面形成氫氧化鐵氫氧化物體積不斷增加，造成混凝土崩裂剝落；

（5）支架未設置合理的預拱度值，造成混凝土澆筑成型后梁體反拱下撓，結構加入外部荷載后梁體開裂；

（6）梁體支座安裝時未按設計要求的位移方向正確安裝，或支座型號安裝錯誤，引起梁體不能正常位移，造成梁體開裂；

（7）施工人員對結構受力理解不足，隨意更改調整構造鋼筋位置或鋼束坐標，改變了結構抗彎拉能力，張拉時梁體混凝土強度未達到設計強度值，或張拉順序及張拉力未嚴格按設計要求進行控制，造成梁體開裂；

（8）錨后加強鋼筋未按設計要求進行設置，或混凝土澆筑時錨后混凝土振搗不密實造成錨后空洞，導致鋼束張拉后錨固區域出現裂縫；

（9）混凝土澆筑完成后未及時進行養護，造成混凝土表面缺水而引起收縮過大，導致混凝土表面產生大量干縮裂縫［2］。

1.3 結構自身特性引起的裂縫

（1）預應力混凝土連續箱梁由于自身截面特性，因日照時間、太陽輻射強度、晝夜溫差等在梁體內部產生較大溫差，引起局部非均勻性溫差作用，繼而在梁體內部產生溫差應力，導致梁體產生裂縫；

（2）橋面瀝青混凝土攤鋪時的高溫及攤鋪時的橋面溫度疊加產生較大的溫度梯度，進而產生較大的溫差應力，造成梁體產生裂縫［3］。

1.4 后期運營管理不到位引起的裂縫

（1）橋梁投入運營使用階段后，頻繁的超載車輛對梁體加載，超出了結構容許的疲勞應力，造成梁體開裂；

（2）隨著運營時間的增長，預應力筋長時間持續受力，同時受混凝土收縮徐變的影響，預應力鋼束松弛效應越明顯，造成預應力施加不足削弱結構的抗剪能力，導致梁體開裂。

2 預應力現澆連續箱梁裂縫的防治措施

2.1 結構設計階段的防治措施

（1）結構設計驗算時采用平面有限元分析與空間有限元分析結合的理論，充分考慮構件抗彎拉性能，合理確定截面尺寸；

（2）設計時充分考慮斜截面抗剪能力，在腹板設置足夠的彎起鋼筋，同時合理設置腹板預應力鋼束，增加其抗剪抗彎能力；

（3）在規范允許范圍內適當增加頂底板厚度，彌補因縱向預應力孔道造成有效面積的削弱；

（4）在預應力鋼束曲線段設置防崩鋼筋，避免因張拉鋼束時產生的徑向應力超出其承受值，造成混凝土劈裂。

2.2 結構施工階段的防治措施

（1）對支架基礎進行處理，如采用換填或水泥攪拌樁進行地基處理，提高基礎承載力，確保地基承載力滿足要求，避免支架產生不均勻沉降；

（2）采用支架整體現澆時，支架搭設完成后對其按照設計荷載進行堆載預壓，消除支架及基礎的非彈性變形，支架拆除遵循先跨中后兩端的原則；

（3）選用低水化熱水泥，合理配制混凝土配合比，通過改善骨料級配、摻粉煤灰、摻外加劑等措施，減少水泥用量，降低混凝土水化熱，同時采取措施降低混凝土入模溫度，合理安排混凝土澆筑時間與澆筑順序；

（4）選定合理的砂率及水灰比，并嚴格控制砂率及水灰比，通過摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度及和易性；

（5）嚴格控制原材料質量及結構鋼筋保護層厚度，禁止使用不合格原材料，

（6）根據支架堆載預壓得出的參數，設置合理的支架預拱度，避免梁體成型后產生下撓，同時控制芯模拆除時間；

（7）支座安裝前，施工人員應認真查閱設計圖紙所要求的支座型號及位移方向，安裝時認真核對支座型號及位移方向，確保支座安裝的準確性；

（8）技術人員深入理解設計意圖，嚴禁施工人員擅自隨意更改鋼筋數量、位置及鋼束坐標，嚴格控制梁體張拉時混凝土強度，嚴格按設計圖紙要求的張拉力及張拉順序進行控制，張拉后及時進行壓漿封閉；

（9）認真按設計要求做好錨后加強鋼筋安裝，澆筑混凝土時特別注意錨后混凝土的振搗，確保其密實性；

（10）混凝土澆筑完成后進行二次收漿抹面，并及時進行土工布覆蓋灑水養護，保持混凝土表面濕潤。

2.3 結構運營階段的防治措施

（1）橋梁結構投入運營階段后，加強后期日常管理、養護與監測，嚴查超載車輛；

（2）結構縱向鋼束預應力施加時在規范允許范圍內進行超張拉，以抵消部分預應力損失。

3 結語

以上從設計、施工、運營管理等方面對預應力混凝土現澆連續箱梁的裂縫成因進行了簡要分析，為了確保滿足橋梁結構的使用功能，對于連續梁橋的裂縫問題應當引起足夠的重視，確保結構的安全及耐久性。