预应力混凝土连续箱梁桥施工过程中纵向裂缝的成因与措施

预应力混凝土连续箱梁桥施工过程中纵向裂缝的成因与措施

作者：张杰

来源：《中国科技纵横》2012年第01期

摘要：本文通过对预应力混凝土连续箱梁桥在施工过程中，可能导致纵向裂缝的原因进行了介绍和说明，并对出现这些裂缝进行分析，然后根据分析结果从设计到施工应采取的措施逐一进行列举，为全面地介绍预应力混凝土连续箱梁的施工工艺，做到了防患的目的。 关键词：预应力箱梁 施工过程 纵向裂缝 成因与措施

1、施工过程中引起纵向裂缝的原因

纵向裂缝一般都出现在箱梁的底板或者顶板上，按其形成的时间分为混凝土硬化期间产生的裂缝和运营期间产生的裂缝。硬化期间产生裂缝的原理是：在没有受任何荷载的作用下，温差引起的应力高于随时间慢慢提高的混凝土的强度，由于底板处混凝土较厚，硬化期间水泥产生的水化热使底板中部的温度较高，而腹板接触空气的部分即外部温度较低，尤其是底板部分更低，这就产生了自平衡应力：外缘的板受拉力作用，中间部分受压。外界空气温度较低的时候，外缘板处温度就降得快，其拉应力就有可能大于混凝土强度，这样就会引起裂缝，主要出现在底板的下部。在气候干燥或者保湿、保温措施不到位的时候，这种裂缝还会出现在较厚的底板中部。而在运营期间产生的裂缝，则是因为箱梁内部的拉应力超过了混凝土的自身强度。 1.1 施工中因设计方面引起的纵向裂缝

(1)没有采取横向预应力：预应力混凝土箱梁的底板在垂直平面的位置会有一定的曲率，根据预应力的等效荷载原理，预应力束应按照这中曲率来布置，当没有布置横向预应力筋或者是底板横向宽度过大时，会造成横向刚度不足而引起下挠，当下挠值达到一定程度就会引起底板产生纵向裂缝。

(2)施加的纵向预应力过大：纵向预应力张拉时，如果施加的纵向预应力过大，且混凝土强度还没有完全达到预应力张拉所规定值，纵向预应力在竖弯部分产生很大的径向应力，当拉应力大于混凝土强度时，竖弯部分就会产生纵向裂缝。 1.2 施工过程引起的纵向裂缝

由于施工引起的纵向裂缝的因素有：混凝土的浇筑顺序，支架变形，混凝土温度、收缩，浇筑后的养生、环境等因素。而主要影响因素主要是混凝土收缩、温差和支架不均匀沉降。

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(1)收缩裂缝 当浇筑的混凝土的拉应力大于了混凝土自身所有的抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。收缩裂缝是混凝土因收缩而发生的体积变化，它主要分为塑性收缩裂缝和干缩裂缝。塑性收缩裂缝主要发生在初凝开始，进行养护之前。此时水泥水化反应剧烈，会出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩。收缩时，表层受到深层混凝土以及模板、钢筋的制约，使由软变硬中的塑态混凝土产生拉应力，从而形成微裂缝。它通常是砼内部的体积变小的水化反应而导致收缩。而后还有环境因素导致的收缩，如果天气太干燥，导致内部的结晶水部分散失导致收缩，还有就是发生了碳化反应。现代的混凝土粉煤灰掺量大，碳化收缩日趋严峻。 (2)温差引起的裂缝 混凝土的裂缝是内外温差引起的应力导致，温差越大应力越大。通过采用浇水养护可以降低砼体内的温度，采用浇水养护的方法就如同我们感冒发烧的时候用凉毛巾敷的道理是一样，采用这种方法缩小砼体内与体外温度差，可以有效的避免裂缝的出现。其实还可以通过薄膜覆盖、蒸养、涂刷养护液等方法来解决。其中的蒸养就如同医学中感冒发烧所用到的发表药物的道理是一样的；涂刷养护液是以锁住体内水分不流失为原理的一种养护方式，保持混凝土在后期强度增长过程中需要水份。

(3)支架及地基不均匀沉降引起的裂缝 支架竖向或者横向支撑固定的不牢固，或者是地基处理不彻底，导致模板在荷载作用下发生变形。在混凝土浇筑过程中，也会出现胀模现象，导致原设计结果受力变形导致裂缝。 2、防治纵向裂缝发生的措施

(1)设计中要考虑适当布设横向预应力筋布置，在结构设计的时候就要进行受力分析的验算，在保证结构安全的情况下，从设计源头杜绝裂缝的产生。

(2)温差引起裂缝的防治措施：防止温差产生裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差，混凝土内部的温度跟混凝土的厚度和水泥的用量、品种都有很大的关系。主要措施有：1)减少水泥的用量，减少由于温度产生的裂纹，使用低热水泥；2)使用高效的减水剂，降低水泥的用量，从而降低水化热，改善骨料级配；3)混凝土中掺加粉煤灰，降低水化热的产生，改善混凝土的搅拌工艺；4)严控浇筑流程，注重浇筑后的养护。

(3)收缩引起裂缝的防治措施：混凝土刚浇筑完强度较小，受外界温度和风的影响原因，箱梁顶面水分快速消耗，混凝土体积急速缩小，而箱梁混凝土本身的强度还不够抵抗收缩就产生了裂缝。主要措施是：1)水泥选用干缩值较小和早期强度较高的硅酸盐水泥；2)减少水泥及水的用量，严格控制混凝土的水灰比，通过配合比调整混凝土的塌落度和和易性；3)浇筑过程中，严格按规范进行振捣，应控制振捣的时间，过短振捣会造成混凝土不密实，混凝土强度不足或不均匀，振捣时间过长导致粗、细集料分离；4)要注意做好桥面的二次抹灰；5)混凝土浇筑完应及时进行覆盖和养护，保持箱梁顶面混凝土表面的湿润；6)注意设置遮阳和挡风的设施，及时进行养护。

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(4)支架和地基的处理措施:1)地基的处理：施工前对原地面进行清表，清至硬底或者老底，上部平整后进行压实，在压实的基础上根据施工的实际情况铺设砂石料或者级配碎石，在此基础上进行混凝土的硬化。2)支架的搭设、加固及预压:施工工艺是：基础处理→测量放样→铺设大板→立竖杆→安装纵、横向横杆→安装上托→设置剪刀撑→铺设纵向方钢→铺设横向方木→铺设大板→安装模板→支架预压→卸载→调整支架高度。为了确保满堂支架的整体强度、刚度和稳定性，支架的横向剪刀撑一般按5m设置一道，沿桥梁总宽度设置；纵向剪刀撑设置3道，设在每幅支架两侧以及箱梁的中心位置，按每一联通长设置；同时应该在支架中间位置设置水平剪刀撑，水平剪刀撑设在每跨的跨中位置。剪刀撑拉杆斜度控制45°左右，必须用扣件或者其他方式连接好，保证支架结构的稳定性。在模板安装以后要对支架进行预压。支架预压的目的：一是为了检查支架的安全性，确保施工安全；第二是为了消除非弹性变形的影响，确定支架系统的弹性变形值，有利于桥面线形控制。预压采用的预压重量应该大于梁体重量、施工人员及设备荷载之和。预压采用砂袋、水袋或者沙筒等加载物直接堆码在底模上和两侧翼缘板上。加载重量应大于梁体自重。在预压结束、模板调整完成后，再次检查支架和模板的连接是否牢固，松动的要重新上紧，重新进行加固。 3、结语

在施工过程中，严格按照施工要求和规范操作，一定能消除和减少箱梁的纵向裂缝，在科技发展的今天，即使由于客观的原因造成了不影响结构安全的裂缝，也能采用新技术、新工艺进行修补。 参考文献

[1]《大跨径箱梁腹板裂缝分析与预防》. [2]《预应力混凝土连续箱梁裂缝防治》.