预应力现浇箱梁产生裂缝的原因分析及解决措施

【摘 要】 预应力混凝土现浇箱梁以其结构整体性好、跨度大、外形美观，在我省高速公路建设中得到广泛的应用。预应力混凝土箱梁按照部分预应力A类构建设计，在结构上不允许出现结构裂缝，一旦出现裂缝，无论从结构耐久性和美观上都是不利的。

【关键词】 预应力现浇箱梁 裂缝 原因分析及解决措施

1 工程概况

某预应力现浇箱梁桥，上部结构为等截面箱型梁，梁高180cm，顶板宽1100cm，底板宽700cm，翼缘板宽度200cm；顶板厚度线性渐变，跨中截面厚度22cm，支座截面厚度42cm；底板厚度线性渐变，跨中截面厚度20cm，支座截面厚度40cm；腹板为变厚度直腹板，跨中截面腹板厚度40cm，支座截面中腹板厚度80cm、边腹板60cm；翼缘板厚度线性渐变，跨中截面端部厚度15cm、根部40cm，支座截面端部、根部厚度均为60cm。

2 现浇箱梁施工

2.1 地基处理

桥址所处位置地基为黄土，在原地面清表、整平、夯实后，地基处理采用20cm厚水稳砂砾，15cm厚C20混凝土硬化。

支架采用碗扣式脚手架，纵、横向间距100cm，底部采用枕木支撑。整联支架通过横梁和斜撑相互连接，使之形成整体，保证支架的刚度和稳定性。

为消除地基、支架、枕木、模板之间的非弹性变形，在箱梁底模板上用编织袋装砂对支架进行预压，荷载为梁体上部荷载的110%。预压时间为5天，分别测设支架和地基的沉降量，当沉降量小于1mm时进行卸载。考虑到翼缘板承受荷载较小，未对翼缘板和支架进行预压。

2.2 混凝土浇筑及养生

该桥在春末夏初浇筑混凝土，日大气温度变化16度左右。采用满堂支架现浇，模板为竹胶板，梁体混凝土利用汽车泵分两次浇筑。第一次浇筑底板及腹板混凝土，持续时间48小时，分层面选择在腹板与翼板转角以下1～2cm处；第二次浇筑顶板及翼板，持续时间20小时。第一次浇筑结束绑扎钢筋用时5天，冲洗新旧混凝土接触面用时1天。浇筑混凝土结束后覆盖土工布洒水湿润养生。

3 箱梁混凝土裂缝开展情况及原因分析

3.1 箱梁混凝土裂缝开展情况

拆除模板过程中发现翼缘板根部下缘及腹板靠近翼缘板侧均产生了横向裂缝，缝宽0.08-0.12mm左右，长度50-70cm不等。

3.2 裂缝产生原因分析

发现裂缝后检测单位对裂缝进行检测，经专家现场察看裂缝和对检测结果分析，结合设计图纸、施工方案综合分析后认为箱梁施期间出现的裂缝属浅表性非结构裂缝，是由支架变形、混凝土收缩、温度、混凝土浇筑位置、养生、环境等多种因素产生。其中支架变形、浇筑位置、混凝土收缩、养生及环境温差较大是产生裂缝的主要原因。裂缝仅在局部区域对梁体造成轻微损伤，对截面的整体工作状态基本没有影响，现有裂缝经修补后，桥梁可正常使用。

3.2.1 箱梁腹板处的竖直裂缝

现浇箱梁边腹板发现横向裂纹，裂缝宽度0.1mm，长度50-70cm不等，深度约4-6mm，裂缝自腹板底部向上衰减。原因分析如下：（1）混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构的内部温度发生变化时，混凝土将发生变形。若这种变形受到约束，就会在结构内部产生应力，当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时即产生温度裂缝。浇筑底板、腹板混凝土经历了48小时，经历了两个昼夜，而桥址所处位置昼夜温差较大，箱梁内部散热及吸收较慢，箱梁腹板内外壁温差较大，使两侧腹板内外板面出现附加的反复拉压应力，削弱了腹板的抗剪能力，当超过混凝土抗裂强度时，较易形成腹板竖直裂缝。（2）箱梁混凝土浇筑顺序对产生以上裂缝有一定关系。施工中现浇箱梁先浇筑墩顶横梁处，浇筑完成后在浇筑箱梁底、腹板。过程中用两台汽车泵同时在墩顶处浇筑横隔粱混凝土，该墩处满堂支架下沉瞬时完成，而其它部位在混凝土浇筑中却一直在下沉，导致混凝土开裂。

3.2.2 箱梁翼缘板根部下缘的横向裂缝

现浇箱梁两侧翼缘板与腹板交接处发现横向裂纹，裂缝宽度0.1-0.12mm，长度40-50cm不等，深度约4-6mm，裂缝自悬臂根部向翼缘方向衰减。原因分析如下：（1）箱梁混凝土分两次浇筑，交接面选在腹板和翼板相交处，而箱梁两层浇筑间隔8天，当顶板混凝土迅速地硬化时，底、腹板混凝土已完成了大部分的硬化和收缩，二者硬化、收缩速率不同步，腹板混凝土约束了顶板混凝土收缩，在翼缘板下缘产生拉应力。初期顶板混凝土抗拉强度较低，当该拉应力大于混凝土的抗拉应力时，在现悬臂下缘出现裂缝，随着混凝土的凝固收缩，裂缝逐渐发展。（2）箱梁混凝土分层浇筑，振捣人员往往重视底板、腹板振捣却忽视了箱梁顶板的振捣，振捣棒作业间距、振捣时间没有达到标准，致使箱梁顶板混凝土松散、不密实。同时也应避免过振现象，骨料下沉，使骨料在混凝土中分布不均匀。（3）箱梁翼缘板根部是上翼缘与腹板出现结构转折点处，是内应力矢量分布变化点，所以最易产生收缩裂纹。在施工中选择合适的分界面，而设计者也可考虑在腹板与翼板之间设置倒角，加大翼板根部断面。

4 结语

经对裂缝产生原因的分析，在后续现浇箱梁施工过程中，从增强支架刚度、优化施工方案、规范施工操作及加强构造筋等方面进行了改进和调整，取得了理想的效果，其后施工的其它匝道桥均未出现太多裂缝，主要措施为：（1）加强对地基的处理和梁体的预压。为保证预压荷载的合理分布，模拟混凝土浇注顺序进行加载，即第一步加载底板钢筋混凝土重量、第二步加载腹板钢筋混凝土重量、第三步加载翼缘板钢筋混凝土重量、第四步加载顶板钢筋混凝土重量。考虑到混凝土振捣产生的动荷载及小型机具等荷载，预压荷载按不小于混凝土实体重力荷载的1.1倍考虑。（2）箱梁混凝土浇筑仍采用两次浇筑，但是混凝土浇筑严格执行先跨中后支点、由低处向高处推进的顺序；第一次浇筑底板及腹板混凝土，分层面宜选择在腹板高度的1/3～2/3之间。第二次浇筑腹板、顶板及翼板，浇筑前检查支架有无压缩和下沉，及时处理，以减少沉降。（3）一个施工段内梁段较长时，为避免新旧混凝土龄期差异较大而产生裂缝，可纵向多次分段浇筑，以减少因顶、底板混凝土龄期差别造成顶板和翼缘板混凝土的收缩裂缝。但一个施工段内的支架必须同时预压，该施工段内的其它未施工（绑扎钢筋、立模）梁段的预压荷载不得拆卸。一个施工段内再分段浇筑混凝土时，施工缝应选在离支点L/5～L/4之间。（4）对于桥址处昼夜温差较大、风力较强的地区，为避免混凝土表面游离水分蒸发过快，急剧的体积收缩产生裂缝。在混凝土二次收面后及时覆盖塑料薄膜，当混凝土硬化至可上人时改用棉被覆盖、不间断洒水养生，腹板采用远程喷水养生，养生持续7天。

参考文献：

[1]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D62-2004）.

[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.

[3]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2001）.

[4]《混凝土结构工程裂缝的判断与处理》.