大跨度連續剛構橋裂縫成因及抗裂措施

王 軍

（中鐵二十一局集團第三工程有限公司， 陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

四支河大橋工程項目中，主橋上部選擇的是預應力混凝土連續剛構形式，跨徑（65+3×120+65）m，下部為薄壁空心墩，柱樁基礎并建設引橋，該處上部結構為預應力混凝土連續箱梁，下部結構采取柱式墩、樁基礎相結合的方式。橋址區溝谷交錯，不利于高效施工。

2 大跨連續剛構橋開裂成因

2.1 設計方面

（1）0#塊橫隔板。本結構施工中開設了人工孔，該處存在較為明顯的應力集中現象，加之外界因素的作用而產生裂縫。在溫度、水泥水化熱等方面的影響下會直接改變0#塊橫隔板的受力狀況，使該處的應力分布特點發生變化，從而形成裂縫。

（2）1/4 跨截面腹板。沿線車流量較大，為保證橋梁通行能力并提高其美觀性，在1/4 跨截面腹板的設計中以減小結構荷載為主要工作思路，盡管腹板較薄，但箱梁腹板處產生的主拉應力受多方面因素影響，如豎向正應力、剪應力，而多種類型的應力又與箱梁截面尺寸息息相關。進一步分析，箱梁腹板的厚度是主導因素，會在很大程度上決定腹板的主拉應力情況，若腹板厚度明顯偏小，將會出現明顯的腹板主拉應力集中現象并形成裂縫[1]。

（3）溫度應力。溫度也是極為關鍵的影響因素，具體包含日照溫度和體系溫度兩個方面，重點應從所在地的氣候條件入手，探討溫度對橋梁的影響。由于溫度的改變將使結構發生變形現象，并破壞原有的受力狀態，此特點在超靜定大跨徑結構中體現得更為明顯，是引發箱梁裂縫的主要成因。并且，若箱梁內外部溫差明顯將產生應力集中現象，塊段間形成的交界區域伴有較大的主拉應力，在超過結構極限抗拉強度時便會形成裂縫。

（4）齒板。封閉式箍筋是橋梁建設中極為關鍵的部分，部分工程項目在設計階段并未考慮到此方面因素，出現減少封閉箍筋數量甚至完全未設置封閉箍筋的情況，此時都會導致箍筋在預應力張拉時失效，由于齒板承受能力有限，在面對極大的張拉力時隨之開裂。

2.2 施工方面

（1）0#塊橫隔板。從連續橋梁的結構特點來看，零號塊的截面尺寸相對較大，該處主要設置為三向預應力體系并存在人洞，導致其內部的應力高度集中。橫隔板需要與周邊的腹板和底板連接，形成的交接區域伴有更明顯的水化熱溫度梯度，在此條件下形成溫度裂縫。此外若缺乏養護保濕措施將形成干縮裂縫。

（2）腹板。模板的溫度易發生變化或拆模工藝不合理，混凝土箱梁均容易形成裂縫。若采取的預應力束張拉流程不當，在后續養護階段易形成裂縫。此外，諸如腹板配筋偏少、預應力管道偏位等均是引發腹板開裂現象的原因。伴隨混凝土澆筑時間的延長，前期施工的混凝土已經達到初凝狀態，但上部依然持續澆筑作業，在加載量不斷增加時擾動更為明顯，導致前期施工的混凝土形成裂縫。

（3）底板。相比于設計方案，波紋管的實際安裝位置與之存在偏差或出現定位鋼筋偏位現象，在澆筑混凝土過程中受擾動作用而導致波紋管出現變形現象。波紋管產生折角后，此條件下若張拉預應力束，力筋將維持直線的狀態，但部分凸出的混凝土將作用于預應力筋，阻止其變為直線狀態，由于張拉的作用該部分混凝土將產生局部作用力，結構的受力狀況極為復雜，存在較明顯的下崩力，易出現局部開裂現象。理論上預應力束應具有足夠的平滑性，但從實際施工狀況來看，在振搗等環節中產生的因素均會對預應力管道造成影響，導致其發生變形現象或產生折角。

（4）齒板。齒塊錨頭普遍設置在箱梁接縫面，但該處前期澆筑的混凝土已經具有足夠的抗拉強度，而新澆混凝土在此方面相對較弱，若將預應力筋錨固的位置選為該處將嚴重影響到錨固區，使其形成局部高壓力并產生蠕變現象，同時在錨頭后方的混凝土將伴有較明顯的拉應力，施工中若未合理配置錨后受拉鋼筋，接縫面開裂的概率將明顯加大。

3 大跨連續剛構橋開裂防止措施

3.1 設計方面措施

（1）0#塊橫隔板鋼筋網加密。重點考慮橫隔板與腹板所形成的交界區域，改變原本間距為15cm 的鋼筋布設方式，加密至10cm。

（2）腹板厚度過渡段調整。若橋梁工程中各腹板都設為相同的厚度將顯著加大成本投入，主梁根部周邊區域安裝的腹板存在極為明顯的主拉應力，該值超出規范限值后直接破壞腹板的穩定性，導致該處產生斜裂縫。對此選取橋墩中心線至兩側32.5m 的范圍，該處所用的腹板厚度增加至70cm，并設置過渡段逐步改變腹板厚度，使其由70cm 有序遞減至50cm。

（3）溫度應力控制。考慮的是邊跨支點附近、0#塊附近、主梁1/4 跨附近，選擇該處的向陽面腹板，在原基礎上適當加密抗裂鋼筋網，調整腹板兩側的水平縱筋布設方式，即間距由原本的12cm 加密至10cm。

（4）齒板封閉式箍筋調整。橋梁中使用到適量的活口封閉式箍筋，在其作用下將對中心處的混凝土產生較明顯的約束，但箍筋開口處具有特殊性，由于鋼筋缺乏連續性導致在受力狀態下伴有較明顯的張開趨勢，原本的約束作用顯得微弱，為薄弱部位。封閉箍筋主要設置在底板和齒板處，對該處采取預應力張拉措施后，將形成明顯的徑向力。為確保箍筋的正常使用效果，需調整封閉式箍筋的開口方向，采取與徑向力反向的方式；對于齒板處的封閉鋼筋安裝，要求所有的開口均向下。

3.2 施工方面措施

（1）原材料質量控制。選擇與設計要求相符的原材料，從各項指標入手評價材料質量；抽檢進場的原材料，若不滿足要求則不可投入使用，各類型原材料單獨放置，并再次沖洗碎石，將含泥量控制在合理范圍內；經過試驗后確定合適的混合料配比，若施工環境發生變化要及時調整，例如現場溫度明顯偏高時，要從砂石含水量等方面入手，優化混合料的性能。

（2）保證澆筑質量。選擇的是鋼模板，安裝到位后再澆筑，設置好掛籃后需適當增加其抗彎剛度，以免在澆筑期間模板或掛籃發生失穩、變形現象。通過加貼模板、增設模板肋等方式均有助于提高模板剛度，使其維持穩定。箱梁的澆筑作業宜分層完成，并遵循對稱澆筑原則。

（3）加強養護。按照“內降外保”的思路做好養護工作，在冷卻水的作用下緩解混凝土內部高溫現象，并避免外部溫度快速散失，可采取蓄熱保溫措施。箱梁施工選擇高強混凝土，通過降低水灰比的方式可抑制水化反應，減少水分蒸發量，結束澆筑作業后通過灑水的方式有效養護，以達到保溫、保濕的效果。

（4）保證預應力張拉質量。從現場施工條件出發調整預應力張拉順序，此舉有助于控制水平裂縫。對于底板結構中設置了雙層鋼束的情況，首先完成下層鋼束的張拉作業，經過灌漿且混合料的強度滿足要求后，進一步組織上層鋼束的張拉，全程遵循勻速張拉原則。底板縱向預應力束的特殊之處在于容易產生徑向下崩力作用，導致該處的混凝土受損崩裂，為解決此問題需增設U 型定位筋，將其穩定掛設在縱向鋼筋上，通過點焊的方式保證其穩定性。

4 結束語

大跨度連續剛構橋在現代橋梁建設領域取得廣泛應用，但由于設計、施工等方面的不足，導致橋梁結構易出現裂縫病害。對此，施工單位需要明確剛構橋裂縫成因，從原材料質量、結構調整等角度入手，采取合適的抗裂措施，確保全橋建設品質。