浅析预应力现浇连续箱梁裂缝的成因与防治

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0 前言

随着施工技术的不断地进步更新，大跨径预应力混凝土连续梁桥成为我国大跨径桥梁的主要桥型之一，连续箱梁因具备外形美观、抗扭刚度大、整体性好等特点在桥梁工程中被广泛采用。但由于设计计算理论模型与实际结构受力情况存在偏差、施工工艺未严格按要求执行、混凝土收缩徐变特性及疲劳特性等因素的影响，造成现浇连续箱梁梁体出现裂缝［1］。

1 预应力现浇连续箱梁裂缝成因分析

预应力混凝土现浇连续箱梁在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，处于复杂的空间受力状态，产生裂缝的原因涉及设计计算、施工工艺、养护管理、材料性质等多方面。主要有由于设计原因引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、

1.1 设计原因引起的裂缝

设计层面主要有以下原因：

（1）一般桥梁设计均采用平面杆系有限元分析法进行，箱梁的翘曲、畸变、剪力滞效应用系数考虑，活载偏载用内力增大系数考虑，通过分析比较，平面分析理论得出的梁体主应力值较小，空间分析理论计算得出的主应力值较大，而结构实际受力状态与空间分析理论结果比较接近，造成箱梁截面尺寸拟定不合理或结构配筋不足等问题。

（2）设计时没有充分考虑斜截面抗剪，非预应力钢筋特别是腹板中的箍筋和弯起钢筋设置过少，一旦竖向预应力损失过大，斜截面抗剪能力不足，引起腹板出现斜裂缝。

1.2 施工原因引起的裂缝

由于桥梁施工时，很多因素考虑不周全，或采取的施工措施不当造成梁体开裂，产生裂缝原因主要有以下几种：

（1）桥梁地处深层软土地段，连续箱梁采用满堂支架整体现浇，支架基础加固不到位，引起箱梁混凝土浇筑时支架出现不均匀沉降，造成梁体开裂；

（2）箱梁采用满堂支架整体现浇，未对支架进行堆载预压，未消除支架及基础的非弹性变形，引起局部支架沉降差异较大，造成梁体开裂；

（3）混凝土设计配合比不合理，水泥用量过大，造成混凝土浇筑完成后内部水化热过大，造成混凝土收缩应力过大，导致梁体产生裂缝；

（4）使用锈蚀钢筋或钢筋保护层厚度不足，造成钢筋表面形成氢氧化铁氢氧化物体积不断增加，造成混凝土崩裂剥落；

（5）支架未设置合理的预拱度值，造成混凝土浇筑成型后梁体反拱下挠，结构加入外部荷载后梁体开裂；

（6）梁体支座安装时未按设计要求的位移方向正确安装，或支座型号安装错误，引起梁体不能正常位移，造成梁体开裂；

（7）施工人员对结构受力理解不足，随意更改调整构造钢筋位置或钢束坐标，改变了结构抗弯拉能力，张拉时梁体混凝土强度未达到设计强度值，或张拉顺序及张拉力未严格按设计要求进行控制，造成梁体开裂；

（8）锚后加强钢筋未按设计要求进行设置，或混凝土浇筑时锚后混凝土振捣不密实造成锚后空洞，导致钢束张拉后锚固区域出现裂缝；

（9）混凝土浇筑完成后未及时进行养护，造成混凝土表面缺水而引起收缩过大，导致混凝土表面产生大量干缩裂缝［2］。

1.3 结构自身特性引起的裂缝

（1）预应力混凝土连续箱梁由于自身截面特性，因日照时间、太阳辐射强度、昼夜温差等在梁体内部产生较大温差，引起局部非均匀性温差作用，继而在梁体内部产生温差应力，导致梁体产生裂缝；

（2）桥面沥青混凝土摊铺时的高温及摊铺时的桥面温度叠加产生较大的温度梯度，进而产生较大的温差应力，造成梁体产生裂缝［3］。

1.4 后期运营管理不到位引起的裂缝

（1）桥梁投入运营使用阶段后，频繁的超载车辆对梁体加载，超出了结构容许的疲劳应力，造成梁体开裂；

（2）随着运营时间的增长，预应力筋长时间持续受力，同时受混凝土收缩徐变的影响，预应力钢束松弛效应越明显，造成预应力施加不足削弱结构的抗剪能力，导致梁体开裂。

2 预应力现浇连续箱梁裂缝的防治措施

2.1 结构设计阶段的防治措施

（1）结构设计验算时采用平面有限元分析与空间有限元分析结合的理论，充分考虑构件抗弯拉性能，合理确定截面尺寸；

（2）设计时充分考虑斜截面抗剪能力，在腹板设置足够的弯起钢筋，同时合理设置腹板预应力钢束，增加其抗剪抗弯能力；

（3）在规范允许范围内适当增加顶底板厚度，弥补因纵向预应力孔道造成有效面积的削弱；

（4）在预应力钢束曲线段设置防崩钢筋，避免因张拉钢束时产生的径向应力超出其承受值，造成混凝土劈裂。

2.2 结构施工阶段的防治措施

（1）对支架基础进行处理，如采用换填或水泥搅拌桩进行地基处理，提高基础承载力，确保地基承载力满足要求，避免支架产生不均匀沉降；

（2）采用支架整体现浇时，支架搭设完成后对其按照设计荷载进行堆载预压，消除支架及基础的非弹性变形，支架拆除遵循先跨中后两端的原则；

（3）选用低水化热水泥，合理配制混凝土配合比，通过改善骨料级配、掺粉煤灰、掺外加剂等措施，减少水泥用量，降低混凝土水化热，同时采取措施降低混凝土入模温度，合理安排混凝土浇筑时间与浇筑顺序；

（4）选定合理的砂率及水灰比，并严格控制砂率及水灰比，通过掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度及和易性；

（5）严格控制原材料质量及结构钢筋保护层厚度，禁止使用不合格原材料，

（6）根据支架堆载预压得出的参数，设置合理的支架预拱度，避免梁体成型后产生下挠，同时控制芯模拆除时间；

（7）支座安装前，施工人员应认真查阅设计图纸所要求的支座型号及位移方向，安装时认真核对支座型号及位移方向，确保支座安装的准确性；

（8）技术人员深入理解设计意图，严禁施工人员擅自随意更改钢筋数量、位置及钢束坐标，严格控制梁体张拉时混凝土强度，严格按设计图纸要求的张拉力及张拉顺序进行控制，张拉后及时进行压浆封闭；

（9）认真按设计要求做好锚后加强钢筋安装，浇筑混凝土时特别注意锚后混凝土的振捣，确保其密实性；

（10）混凝土浇筑完成后进行二次收浆抹面，并及时进行土工布覆盖洒水养护，保持混凝土表面湿润。

2.3 结构运营阶段的防治措施

（1）桥梁结构投入运营阶段后，加强后期日常管理、养护与监测，严查超载车辆；

（2）结构纵向钢束预应力施加时在规范允许范围内进行超张拉，以抵消部分预应力损失。

3 结语

以上从设计、施工、运营管理等方面对预应力混凝土现浇连续箱梁的裂缝成因进行了简要分析，为了确保满足桥梁结构的使用功能，对于连续梁桥的裂缝问题应当引起足够的重视，确保结构的安全及耐久性。