谈钢筋混凝土连续箱梁桥裂缝成因及解决措施

王立新

摘要：随着交通基础建设及运输业的迅猛发展，在公路桥梁设施的使用过程中，由于交通量急剧增加，车辆的行使速度和车辆轴重的增长，同时因自然环境，施工工艺等原因，公路的病害也存在不少，针对这一点，本文重点研究了砼结构裂缝的成因及控制措施。简要介绍了该桥静栽试验的主要结果。

关键词：桥梁；连续箱粱；裂缝；静载试验

Abstract: with the transportation infrastructure construction and transportation of rapid development, and the use of the highway bridge facilities in the process, because traffic increase sharply, the exercise of vehicle speed and vehicle axle load growth, at the same time because the natural environment, the construction technology and other reasons, the disease of highway also has many, in view of this, this article focuses on the causes of cracks of concrete structure and control measures. Briefly introduced the bridge of the main results of the static planted test.

Keywords: bridge; Continuous box beams; Crack; Static load test

中图分类号: TU528.571 文献标识码：A文章编号：

前言：

随着我国交通事业蓬勃发展、高速公路建设的不断完善、国内高速公路网的形成，使得高速公路承担起了主要的交通运输任务、经济的飞速发展带动了整个交通运输业的繁荣，在高速公路上涌现出大量大型、重型车辆，这些加速了高速公路路桥严重破损、承载能力下降。因此，对路桥结构的维修、加固和补强的研究及应用，是目前和今后面临的主要任务。

钢筋砼连续箱梁具有建筑高度低、造型美观、承载能力高、造价低和施工方法简单等优点，因此，在高速公路跨线桥中应用十分广泛。但由于种种原因，裂缝现象十分普遍。

某桥上部构造采用 20m+26m+20m 钢筋砼连续箱梁，砼强度等级为C4O，桥宽l1.49m，其横截面见图1。箱梁施工采用支架现浇，目前，已完成箱梁浇筑、支架拆除及护栏浇筑等。检查发现箱梁正弯矩区的底板、 腹板及翼板出现多条裂缝。

图1 某桥横截面(单位：cm)

1 裂缝现象

1.1 裂缝描述(见图2)

图2 上游侧裂缝示意图

1.2 裂缝特征

腹板裂缝具有如下特征：①裂缝间距为0.8～1.6m；②裂缝宽度为 0.08～0.3mm，个别缝宽达0.8mm； ③裂缝基本垂直于跨径方向；④跨中附近正弯矩区裂缝深入底板，并与底板底面裂缝相连；⑤其余裂缝均起于底板或距底板一定距离处；⑥底板范围内的裂缝宽度均小于腹板上裂缝。

2 裂缝分析

2.1 基岩约束效应

腹板及顶板是在底板浇筑完毕14d后才施工的，由于底板砼已经完成了早期收缩与徐变，不再参与腹板砼的变形，即形成了基岩约束效应。根据文献，估算基岩约束效应产生的最大水平应力达3.70MPa ＞[Rf]。计算公式如下：

式中：为上层砼浇筑体弹性模量；为砼线膨胀系数，取1.0×10-5；T为温差，取20℃，包括砼收缩引起的当量温差；为砼泊松比，取0.167；L为砼浇筑体长度；为基础水平阻力系数，由于浇筑 间隔期达14d，故取1.5N／mm3；H为砼浇筑体高度。

如果r超过同期砼抗拉强度，腹板砼便会开裂。r最大值在跨中附近，所以跨中产生第一批裂缝， 把一块板分成两块。分块后的板中又会产生水平拉应力，但由于板长为原来的一半，因而减小。如果小于砼抗拉强度，则不再产生裂缝；否则，还会出现第二批、第三批裂缝，直至板中水平拉应力小于砼抗拉强度时才趋于稳定。

基岩约束效应是产生腹板裂缝的主要原因，因此，除跨中附近正弯矩区裂缝深入底板外，其余裂缝均起于底板或距底板一定距离处。跨中附近为正弯矩区，裂缝具有向底板扩展的趋势，因此，底板范围内的裂缝宽度均小于腹板上裂缝。

2.2 施工工艺原因

该桥砼施工采用泵送工艺，分2次进行浇筑，第一次浇底板，第二次浇腹板及顶板；先浇第三跨，再 浇第二、第一跨。正确的施工工艺应为：先浇底板及部分腹板，然后再 浇其余腹板及顶板；每次浇筑时，应先浇第二跨，再依次向边跨浇筑。采取这种对称的施工方法可减小基岩约束效应，减少裂缝产生。

2.3 砼配合比原因

该桥采用的砼强度等级为C4O，配合比为水：水泥：砂：碎石一195：450：661：1174，14d砼强度最低达40MPa，28d砼强度最低达50MPa。水泥用量偏大，水化热温升增高，增加裂缝产生的可能。

3 裂缝控制

裂缝控制的关键是防患于未然，首先应尽量避免有害裂缝的产生，如果产生了有害裂缝，应采取措施将裂缝的有害程度控制在允许范围内。对于该桥，可采取以下主要措施：

1) 增加水平构造配筋，提高抗裂性能。尽可能采用小直径、小间距配筋，钢筋直径8～14mm、间距1O0～150mm较合理。

2) 严格控制砼原材料的质量和技术标准，采取“精料方针”， 尽可能减少粗、细骨料的含泥量。

3) 对砼集料配比应作细致分析，强度等级与水化热及收缩有矛盾，应根据工程条件选择最优方案。

4)采用2次振捣技术，增加砼密实度，减少内部微裂缝，改善砼强度，提高抗裂性，是裂缝控制的重要措施。要求掌握好2次振捣的时间间歇(1h 为宜)，否则，会破坏砼内部结构，使强度性能降低。

5) 确保布料点均匀、数量足够，保证砼骨料分布的均匀性。严格限制浇筑顺序，让收缩大的部位先自由收缩，再合龙，以减小最终收缩量。

6) 产生裂缝的主要因素是水化热降温引起的拉应力，所以必须尽可能减小人模温度，薄层连续浇筑， 随后采取保温措施，降低内外温差。缓慢降温尤其重要，可为砼松弛创造条件。同时，砼应保持潮湿状态， 这对增加强度、减少收缩十分有利。

7) 增强养护措施，防止出现较大的骤降温差，这是防止裂缝的重要条件之一。只要加强养护，保持湿润，及时做好隔热和保温处理，则裂缝可避免。

8) 减小新、老砼浇筑的间隔时间，间隔时间越长，上、下层温差越大，老砼的弹性模量越高，刚度越大，对新砼的约束作用越大，温度应力状态十分不利，极易开裂。

4 质量检测

为验证该桥是否满足正常使用要求，进行了静载试验。采用5辆30t载重汽车加载。设中跨跨中和边跨跨中两个控制截面，各设5个挠度测点(布置在底板底面)和2个应变测点(上、下游各1个，布置在箱梁腹板下缘)。

试验中对箱梁底板和腹板的新、旧裂缝扩展情况进行监测，包括中跨跨中截面附近 8条裂缝(上、下游各4条)、边跨跨中截面附近6条裂缝(上、下游各3条)和支座附近1条裂缝。裂缝的最大扩展宽度为 0.14mm，且卸载后裂缝回缩情况较好。试验过程中，箱梁腹板未产生新裂缝，底板跨中附近局部产生细微新裂缝。

该结构虽然承受了试验荷载，但实测挠度及纵向应变值与理论值相比均偏大，挠度最大校验系数为 1.17，纵向应变最大校验系数达1.51，说明裂缝造成结构强度、刚度降低。建议对现有裂缝进行补强处理。

5 结 语

目前，我国的建筑中，砼结构占主导地位，而任何一座砼结构都存在不同程度的裂缝。这是一个相当普遍的现象，是困扰工程技术人员的技术难题。虽然砼结构的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们可以接受的材料特征，但是结构的破坏和倒塌也都是从裂缝扩展而开始的。裂缝尤其是有害裂缝给结构的强度、刚度带来了不同程度的损害，缩短了结构的使用寿命。因此，应积极分析裂缝产生的原因，探索控制裂缝的措施。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。