預應力混凝土連續箱梁裂縫分析與防治

王成軍

（東營市公路勘察設計院有限公司，山東 東營 257091）

1 工程概況及裂縫現狀

1.1 工程概況

橋梁位于某城市快速路，橋梁中心樁號為K3+452，橋跨布置為2 聯3×32m，上部結構為預應力混凝土連續箱梁，單箱3 室結構，梁高1.6m；下部結構采用矩形橋墩，基礎為樁基接承臺基礎，每個橋墩下設置了4 個鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5m，各個墩樁長均為50m，該橋修建于2009 年，截至目前，該箱梁出現了少量的裂縫，主要分布在箱梁的底板、腹板和頂板。

1.2 裂縫現狀分析

經過觀察發現，該橋梁第二跨的底板出現了不同程度的縱向裂縫，且有的裂縫沿著底板的長度方向延伸比較長；在橋梁第一跨和第二跨的箱梁腹板位置出現了少量的斜裂縫，出現的位置比較集中，且深淺程度不一；另外，在箱梁的頂板、頂板結合處以及支座處都出現了不同程度的小裂縫。這些裂縫的產生都給該橋梁的正常使用帶來了潛在的威脅，這與平時的養護以及施工和使用過程中的一些外在影響因素是分不開的，為能夠更多地減少預應力混凝土連續箱梁裂縫的產生，應該從結構本身對裂縫產生的原因進行分析，并探索防治措施。

2 預應力混凝土連續箱梁裂縫產生的原因分析

2.1 底板縱向裂縫產生的原因

根據力學知識可以得知，在荷載作用下箱梁的底板受拉，這就導致箱梁的底板在荷載的作用下會產生不同程度的彎曲，如果底板的混凝土保護層厚度不足，就會使外層混凝土保護層被空氣中的二氧化碳腐蝕，進而使得結構表層被碳化，降低了混凝土本身的堿性【1】。在空氣的作用下，一些氯化物逐漸進入到結構內，與結構中的鋼筋表層發生反應，使得鋼筋表面的氧化膜被破壞，導致鋼筋和空氣中的元素發生反應，使混凝土產生一定的膨脹作用從而脹裂，進而導致了底板裂縫的產生。另外，對于預應力鋼筋的設置，很多設計者往往從預應力的性能出發，為了促進預應力能夠充分發揮力學特性，將預應力的位置進行了少量的調整，進而降低了混凝土的保護層厚度，這也在很大程度上導致了連續箱梁底板裂縫的產生。

2.2 腹板斜裂縫產生的原因

斜裂縫就是平時所講的剪切裂縫，該裂縫一般都出現在混凝土剪切應力較大的地方。通常來講，在預應力混凝土連續箱梁結構中，支座處的剪力一般都比較大，所以極易產生剪切裂縫，隨著荷載的不斷作用和時間的推移，裂縫逐漸向兩側沿著一定的斜度方向蔓延，進而產生更多的斜裂縫【2】。

2.3 支座處彎曲裂縫產生的原因

預應力混凝土連續箱梁產生彎曲裂縫的情況比較常見，該類裂縫一般出現在支座處，主要原因是由于該處混凝土的正應力遠遠超過了拉應力，進而導致結構內部的壓力分布出現了變化，使得受壓區混凝土產生了裂縫，并隨著時間和荷載的不斷作用而向下延伸，形成彎曲裂縫。在一些特殊的情況下，由于某些外在荷載的作用或者結構本身的影響，致使混凝土的拉應力遠遠超出了它的抗拉極限，這成為出現彎曲裂縫的直接原因，如果此種裂縫不能得到及時修復，將會逐漸深入到腹板中，給結構帶來巨大的破壞【3】。

3 預應力混凝土連續箱梁裂縫防治措施

3.1 合理設置混凝土保護層厚度

為了保證鋼筋和混凝土之間的協同作用，設置一定的保護層是很有必要的，當對混凝土箱梁結構進行設計時，要嚴格根據規范要求和混凝土結構物的實際要求，設置足夠的保護層，使得底板在受拉時不至于由于保護層薄而產生脹裂，進而保護內部的鋼筋不受腐蝕。根據JTG 3362—2018《公路混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，梁、板等結構最外側混凝土保護層厚度應該不小于表1 的規定。

表1 混凝土保護層最小厚度（梁、板、塔、拱圈、涵洞上部） mm

3.2 控制基礎及支架模板的施工質量

預應力混凝土連續箱梁橋的主要承力結構為基礎，所以，在施工中要嚴格控制基礎的施工質量，通過各種方式來對基礎進行加固處理，在施工時要對地基和基礎的結構層進行嚴格的檢測，確保其和設計一致，并保證其有足夠的承載力，進而避免由于設計或者施工質量而產生的地基不均勻沉降等現象，因為一旦地基產生不均勻沉降，箱梁結構就會產生不同程度的裂縫，嚴重者甚至導致結構的斷裂【4】。

預應力混凝土連續箱梁多為現澆結構，因此需要大規模的支架搭設。作為混凝土澆筑中的重要結構物，支架的質量直接關系混凝土澆筑的質量，這也在側面影響了橋梁裂縫的產生。在進行支架的搭設時，要仔細檢查支架的質量，對其強度及承載能力等方面進行嚴格的檢測，確保其在使用過程中不會產生變形。支架搭設完成后，要根據結構受力進行必要的預壓，消除地基和支架之間的非彈性變形，保證結構的安全性和穩定性。

3.3 做好預應力鋼筋的設置安裝和張拉

預應力鋼筋是預應力混凝土連續箱梁的重要構件，在進行預應力管道的設置時，要嚴格控制其曲率半徑的設計值，根據設計和計算要求控制預應力鋼筋的彎曲曲率及線形。另外，在一定位置要適當增加底板的厚度或者加大其截面尺寸，進而有效預防結構縱向裂縫的產生。

預應力的張拉也是一項十分重要的工程，在張拉過程中，要嚴格遵循張拉工藝的要求，保證伸長率滿足結構的實際要求，不可過度張拉。當同一截面預應力管道過多時，要分批次進行張拉，張拉完成并檢查合格后要及時對管道進行注漿處理，切記不要過早注漿，否則會嚴重影響鋼筋的彈性模量，進而導致后期結構的變形及混凝土的開裂。

3.4 做好混凝土的拌和及養護

混凝土材料的質量是結構整體質量的根本，因此，在混凝土的拌和階段就要嚴格控制其材料的比例和質量。在初期材料的選購上，要保證其符合國家規定的質量要求，在拌和時，嚴格根據要求控制混合材料的比例，在攪拌時，對于攪拌的力度和速度也要滿足要求，進而從根本上保證混凝土的質量。混凝土澆筑之后要做好必要的養護，根據相關的養護規范及現場環境和氣候的影響等因素，選擇合理的養護方案，并保證其達到一定的養護期，在達到強度要求后再進行使用，進而確保結構的穩定性，避免結構裂縫的產生。

4 結語

綜合上述分析可知，預應力混凝土連續箱梁出現裂縫的種類比較多，其產生裂縫的原因也是多種多樣的，涉及橋梁從建設到使用的各個階段，這就要求技術人員對其施工加以重視，在設計階段、施工階段、養護及使用階段都應該嚴格遵守相關要求及規定，保證橋梁的正常使用。