周偉

【摘要】 本文分析了引起預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁開裂的原因，分別從設(shè)計(jì)、施工和使用運(yùn)營(yíng)多方面提出了具體的預(yù)防措施，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】 預(yù)應(yīng)力 連續(xù)箱梁 裂縫 腹板

1.前言

近年來(lái)，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁應(yīng)用于平原地區(qū)的高速公路建設(shè)，工藝日趨成熟。但隨著橋梁設(shè)計(jì)、使用要求的不斷提高，砼施工中的砼裂縫是常見的一種缺陷。本文就江蘇省揚(yáng)溧高速公路上的某標(biāo)段高標(biāo)號(hào)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁的施工情況和裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為類似工程提供一些參考。

2.引起預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁開裂的原因

2.1 設(shè)計(jì)原因

設(shè)計(jì)計(jì)算方法不完善?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)計(jì)算方法有以下幾個(gè)方面的不足：一是用平面桿系計(jì)算代替空間分析計(jì)算，這種計(jì)算方法在薄壁結(jié)構(gòu)中有較大誤差；二是結(jié)構(gòu)計(jì)算中抗剪計(jì)算不夠， 由此會(huì)導(dǎo)致抗剪鋼筋配置不足；三是預(yù)應(yīng)力引起的剪力效應(yīng)沒(méi)有得到充分的認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)計(jì)算模式不當(dāng)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，設(shè)計(jì)中箱梁構(gòu)件一般是簡(jiǎn)化為T梁處理，但二者實(shí)際受力不同，T梁是開口截產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向裂縫。

箱梁兩側(cè)腹板受力不均也會(huì)產(chǎn)生裂縫，箱形梁設(shè)計(jì)及其抗裂性計(jì)算是根據(jù)箱形兩側(cè)腹板受力均勻，并將箱形截面簡(jiǎn)化為工形截面，其腹板厚度為箱形兩側(cè)腹板厚度之和這種假定來(lái)進(jìn)行的，該假設(shè)對(duì)箱梁斜截面抗裂性考慮不夠，這是因?yàn)椋海?）由于施工誤差， 箱梁兩側(cè)腹板厚度往往會(huì)不均勻，這會(huì)使較薄一側(cè)的腹板首先開裂；（2）不可避免的偏載及兩側(cè)腹板混凝土內(nèi)部不均勻缺陷等因素會(huì)使兩側(cè)腹板受力不均，從而使箱梁開裂。

當(dāng)使用變高度箱梁時(shí)，底板在垂直平面內(nèi)具有一定的曲率，預(yù)應(yīng)力鋼束必須按著這種曲率布置。鋼束的曲率引起向下的徑向荷載，這種荷載勢(shì)必受到底板橫向彎曲的抵抗。當(dāng)?shù)装鍣M向配筋不足，或尺寸不夠時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫甚至破壞。

2.2 施工原因

1）保護(hù)層過(guò)厚或由于操作人員亂踩已綁好的上層鋼筋，使承受彎矩的鋼筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致箱梁結(jié)構(gòu)有效高度減小，降低結(jié)構(gòu)抗彎承載能力，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

2）混凝土振搗不密實(shí)，不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面或空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

3）混凝土澆筑過(guò)快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土振搗不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

4）混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致水分蒸發(fā)過(guò)多，引起混凝土坍落度過(guò)低，使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

5）混凝土初期養(yǎng)護(hù)不好，致使表面急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

6）用泵送混凝土施工時(shí)，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

7）混凝土分層或分層澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新、舊混凝土的施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

2.3 基礎(chǔ)沉降變形引起的裂縫

產(chǎn)生原因：地質(zhì)勘查工作不仔細(xì)，數(shù)據(jù)精度不夠，試驗(yàn)資料不準(zhǔn)，在沒(méi)有充分掌握地質(zhì)資料的情況下施工；同一聯(lián)箱梁中，使用不同類型基礎(chǔ)處理方式，如采用擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁長(zhǎng)或樁徑差別較大，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異較大。

2.4 其他原因

溫度應(yīng)力引起預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁開裂已越來(lái)越受重視，理論分析和實(shí)驗(yàn)研究均已證明，在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋特別是超靜定結(jié)構(gòu)體系中，溫度應(yīng)力甚至超出荷載應(yīng)力的影響，這已被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁產(chǎn)生開裂的主要原因之一。溫度梯度曲線選擇不當(dāng)，對(duì)混凝土水化熱和收縮時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力重視不夠等是引起預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁開裂的主要原因。原規(guī)范的簡(jiǎn)化模型很難與實(shí)際溫度場(chǎng)相符合，因此在計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)必然帶來(lái)相當(dāng)大的模型誤差。我國(guó)橋梁界在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)中，已提出按橋面升溫5℃ 計(jì)算溫度應(yīng)力是不夠安全的。新規(guī)范對(duì)原規(guī)范的溫度場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)整，但在有條件時(shí)更宜采用史冊(cè)溫度場(chǎng)，因此，解決溫度應(yīng)力裂縫的途徑是建立合理的溫度場(chǎng)模型，選擇合理的溫度梯度曲線。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁中，徐變和收縮會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的損失，徐變將引起結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力，這些都是箱梁產(chǎn)生裂縫的原因?；炷潦湛s會(huì)使較厚構(gòu)件（或在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面形狀突變處）的表面開裂。這種表面裂縫是因?yàn)槭湛s總從構(gòu)件表面開始，但受到內(nèi)部的阻礙引起收縮拉應(yīng)力而產(chǎn)生的。

在配有豎向預(yù)應(yīng)力的箱梁中，豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力損失的大小對(duì)腹板的抗裂性能也有著重要的影響。如果豎向預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛損失較大，則腹板混凝土的主拉應(yīng)力會(huì)有較大的增加， 從而加速腹板裂縫的加大。

3.裂縫預(yù)防措施

針對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁容易出現(xiàn)裂縫的幾個(gè)因素，依據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)， 可以采取以下幾種預(yù)防措施。

3.1 設(shè)計(jì)方面

箱梁在對(duì)稱荷載作用下的彎曲存在剪力滯現(xiàn)象，特別是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中所用的寬箱粱（腹板間距較大的單箱單室的箱梁），剪力滯效應(yīng)較為明顯，此時(shí)，T梁翼緣有效分布寬度的計(jì)算方法已不能直接應(yīng)用。因此，必須研究寬箱梁的剪力滯效應(yīng)，尋求符合實(shí)際情況的計(jì)算方法。

在箱壁較薄，橫隔板較稀時(shí)，截面就不能滿足周邊不變形的假設(shè)。在反對(duì)稱荷載作用下，截面不但扭轉(zhuǎn)而且要發(fā)生畸變。根據(jù)資料分析，對(duì)混凝土箱梁，截面畸變是產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力的主要原因，因此，應(yīng)對(duì)此類箱梁進(jìn)行畸變應(yīng)力分析。當(dāng)橋面寬度大干9m時(shí)，應(yīng)就橋面橫向不對(duì)稱荷載對(duì)箱體產(chǎn)生的不利影響的受力進(jìn)行分析。

此外，加強(qiáng)箱梁構(gòu)造設(shè)計(jì)，在頂、底板布置加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)等措施，都可以使預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁中的裂縫寬度和裂縫間距變小。

3.2 施工方面

良好的施工質(zhì)量是預(yù)防預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁開裂的重要因素，在施工時(shí)，首先要加強(qiáng)對(duì)鋼筋制作與安裝的質(zhì)量管理，使鋼筋制作與安裝符合設(shè)計(jì)要求。支架的地基處理也應(yīng)規(guī)范，地基處理完畢后，應(yīng)請(qǐng)有關(guān)單位進(jìn)行與施工條件相似情況下的地基承載力試驗(yàn)，確保支架的沉降在允許范圍內(nèi)，即24小時(shí)沉降量小于lmm 。澆筑混凝土前，對(duì)支架進(jìn)行1.2倍梁身重量的荷載預(yù)壓，消除支架變形。預(yù)壓時(shí)間一般應(yīng)不小于5天，視具體情況而定。

澆筑混凝土?xí)r要采用電子計(jì)量設(shè)備，確?；炷僚浜媳扔?jì)量準(zhǔn)確。肋板與底板交界處、內(nèi)蓋梁、端橫梁等部位的混凝土應(yīng)加強(qiáng)振搗，確保混凝土密實(shí)度?；炷脸跄笠皶r(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)， 防止收縮裂縫產(chǎn)生。

要在規(guī)范允許范圍內(nèi)控制預(yù)應(yīng)力筋孔道定位偏差，預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)應(yīng)有質(zhì)檢人員全過(guò)程旁站，確保張拉力與預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.3 使用及管理方面

目前很多橋梁裂縫及病害與車輛的超載有關(guān)，因此需要開展有關(guān)使用荷載作用下既有橋梁的實(shí)際受力行為研究、調(diào)查與試驗(yàn)等；開展有關(guān)實(shí)際車輛荷載的大小、分布和頻率等有關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)查研究。進(jìn)行定期檢測(cè)和維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

以上從設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)角度對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的病害成因作了詳細(xì)分析。箱梁裂縫的成因是復(fù)雜的，本文對(duì)這一問(wèn)題所作的研究探討，為日后預(yù)防箱梁開裂，以及箱梁裂縫處理工作打下了基礎(chǔ)。

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