箱梁裂缝产生的原因及预防措施

箱梁裂缝产生的原因及预防措施

摘要 高架桥现浇箱梁由于混凝土的收缩及结构收荷等极易产生裂缝，通过设计手段和施工措施可以克服有害裂缝的产生。本文对箱梁裂缝产生的原因进行分析并提出预防措施，以达到防止或减少裂缝产生的目的。

关键词 高架桥箱梁;有害裂缝;预防措施

Abstract: The overhead bridge cast-in-place box beam due to shrinkage of concrete and the structure of charge easily cracks, by means of the designs and construction measures can overcome the harmful crack. The box beam crack reason analysis and the prevention measures are put forward, so as to achieve the purpose of preventing or reducing cracks.

Key words: elevated bridge box beam; harmful crack; preventive measures

一、箱梁裂缝产生的原因

1 材料质量

水泥、砂、石、钢筋及预应力钢绞线进场前未经过复检，质量不合格；碎石表面不洁净；灌混凝土前，钢筋表面没有除锈处理等都是产生裂缝原因。

2 水泥浆的化学减缩

水泥在水化过程中，由于无水的熟料矿物转变为水化物，水化后的固相体积要比水化前大得多，但是水泥——水体系的总体积要缩小，这是由于水化前后反应物和生成物的平均密度不同。据有关资料，每100g硅酸盐水泥的减缩总量为7～9ml，占混凝土体积的2％。

3 混凝土的失水收缩

由于温度和湿度的变化，引起水泥石中水分的变化，混凝土体积会逐渐缩小。混凝土的收缩值一般为0.2～0.4％。收缩在凝结初期比较快，以后逐渐迟缓，但仍继续很长时间。混凝土收缩时，钢筋承受压力，阻碍了混凝土部分的收缩变形，并使混凝土承受拉力，这是裂缝产生的重要原因。混凝土收缩产生的变形，换成相当于引起同样变形所需要的温度，以便按温差计算应力，即“当量温差”，按下式计算：

Ty(t)=- -εy (t)/χ=-εy°(1-e-0.01)× M1 × M2×…× Mn／χ。

式中Ty(t)──各龄期混凝土收缩当量温差(℃)，负号表示降温；

εy(t)──各龄期混凝土收缩相对变形值；

t──混凝土浇灌后到计算时的天数；

εyο──标准状态最终收缩值，取3.24×10-4；

M1…Mn──非标准状态的修正系数。

4 混凝土徐变

混凝土收缩使构件本身产生应力，这种应力的长期存在又使混凝土发生徐变，徐变或抵消一部分收缩应力，降低结构的抗裂性能。受弯混凝土构件的徐变变形是弹性变形的1～2倍。混凝土徐变是一个长期过程，其大小与截面应力状态有关，是混凝土处于应力状态下的一种塑性变形，受到多余约束的时会引起结构内力。

5 施工工艺

(1)模板工程

现浇简支箱梁模、内模和底模应选用刚度较大的厚δ=18mm高强竹胶板或松木模板，模板外用方木及钢管加固，用木锲塞紧，防止模板松动变形。顶模应采用组合钢模和竹胶合板模板。模板拼接处必须采取防止漏水、漏浆的措施。模板刚度不足、表面不平、漏水、漏浆及拆模过早等都会引起混凝土开裂。

(2)预应力筋和非预应力钢筋

沿箱梁纵向预应力筋线形不顺、不直，波纹管没有每隔1m用u型钢筋固定在设计的线形位置，张拉槽口的螺旋筋及锚垫板没有固定在设计位置；顶板和底板非预应力钢筋分布受力钢筋间距太大，大于150mm，配筋率太小，上下钢筋网片不水平，钢筋表面污染、未除锈等都可能引起裂缝。

(3)混凝土浇筑

1)混凝土强度等级的提高和泵送混凝土的采用

随着混凝土技术的发展，混凝土强度由原来的C20、C30发展到现在的C50、C60。由于混凝土强度等级的提高，水泥用量随之增加，导致了水化热的提高，增大了早期混凝土的热胀，从而加大了降温以后混凝土的冷缩，产生温差裂缝。为了方便施工和保证混凝土质量，在城市施工中一般采用泵送混凝土，泵送混凝土要保证其泵送的特性，混凝土内浆量的体积必须增加，这样必然导致混凝土变形量的增加，收缩也增大。

2)混凝土浇筑方法和程序

在箱梁腹板与顶板连接处留施工缝，采用二次浇筑法是引起箱梁底板裂缝的主要原之一。由于灌注时间不同，上下层混凝土之间便存在着收缩差。同时下层混凝土浇筑已过一段时间，因温差变形小，而顶板混凝土接触日照面积大，后浇筑，因温差变形大，这样在上下层混凝土之间便产生温度差，因而两者的收缩量不同。浇筑混凝土时，未按先浇底板，后腹板、隔板，再顶板的顺序浇筑；也未按水平分层、斜向分段的顺序浇筑。

3) 混凝土振捣和保护层

箱梁截面为变截面，顶板、腹板和底板一般较薄，给振捣带来了一定困难。振动方法采用不当，过振和漏振等都会造成部分混凝土均质性不同，减少抗裂性。特别是桥面混凝土的振捣质量一般比梁体差，匀质性也相应降低，所以桥面顶板某些薄弱部分的混凝土实际抗拉强度很可能低于规定值。

箱梁主要受力钢筋的保护层一般为20～30mm，这样小的保护层控制是关键。保护层太大，表层混凝土容易碰坏；保护层过小，裂缝开展后水气容易侵入，钢筋容易腐蚀，混凝土与钢筋间粘结力降低，裂缝会继续扩展，影响结构安全。

4) 混凝土养护

混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。施工中一般只注意箱梁顶板和底板的存水和覆盖物洒水养护，而忽视了腹板和横隔板的养护。同时，未待混凝土初凝后及时养护，这都会引起早期内外温差过大而产生裂缝。

5) 结构受荷

结构受荷后产生裂缝的因素很多，施工中和使用中都可能出现裂缝。构件偏心堆载、运输、施工超载、张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。

6结构设计

(1) 预应力度

预应力混凝土结构，其预应力度不宜小于0.7，小于0.7或过大时，都会引起构件变形产生裂缝，这是箱梁产生裂缝的最关键的因素。预应力度按下式计算：λ=ζc／ζ，ζc为由预应力引起的截面受拉边缘的预压应力(Mpa)；ζ为由运营荷载引起的截面受拉边缘的应力(Mpa)。

(2)箱梁端部锚固区的尺寸

箱梁端部张拉块的尺寸不能满足锚下混凝土的抗裂要求，导致锚块处的箱梁底板出现长10cm～35cm左右的纵向裂缝。锚固区的尺寸与预应力Nc、局部

承压面积Ac、局部底面积A、管道面积和混凝土抗压极限强度fc等有关，可按下式控制：KcfNc≤βfcAc，β=(A／Ac)1／2。

⑶ 非预应力钢筋的配筋率

预应力钢筋混凝土箱梁中的非预应力钢筋可以降低箱梁的纵向预压应力，避免出现纵向裂缝，减少反拱度，改善结构使用性能。对C50预应力混凝土箱梁，非预应力钢筋的配筋率小于0．25％时，会减少钢筋的抗拉性能，导致梁底裂缝产生。根据施工经验，当箱梁顶、底板纵、横向分布受力钢筋的间距大于150mm时，梁底会出现裂缝。

(4) 混凝土龄期

预应力钢筋混凝土箱梁的张拉必须待混凝土经过一定的龄期，强度达到一定数值时能进行。当箱梁抗弯安全系数设计较小。而龄期又短时，梁底易产生裂缝。设计上一般采取7d、9d、14d龄期。

二、防止箱梁裂缝产生的预防措施

1 材料选用

(1)水泥：选用水化热较低的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。

(2)粗骨料：选用表面粗糙、质地坚硬、洁净、有害物质含量不超标、级配良好的石料。

(3)细骨料：采用空隙较小、含泥量较低的中砂。

(4)外掺料：采用减水剂等外加剂，以改善混凝土工作性能，降低用水量，减少收缩，提高混凝土强度和耐久性。

2 优化混凝土配合比设计

应准确计量配料，严格控制水灰比和水泥用量，禁止任意增加水泥用量。

3 钢筋工程

(1)钢筋表面污锈应先清除，钢筋的规格、数量、间距严格按设计施工图布置，使其确实起到避免裂缝产生的作用。

(2)当钢筋直径大于25mm，用搭接办法已不能保证接头处与非接头处具有相同的强度，必须采用闪光对焊或搭接焊，并要进行焊接质量试验。

4 模板工程

(1)模板和支架要有足够的刚度，避免模板变形过大造成混凝土开裂。

(2)为避免造成混凝土内外温差过大，腹板外模拆完后应有一定的保温时间，最好不要立即洒水养护。

(3)箱梁底板拆模在预应力张拉压浆工作完毕2天后进行。

5 混凝土浇筑

(1)箱梁可以采取全断面一次浇筑成型法，也可以采取两次浇筑法。两次浇筑时，第一次浇筑到腹板顶下50cm，第二次浇腹板顶50cm顶板。

(2)混凝土浇筑时，先浇底板，再浇腹板，最后浇筑顶板。浇筑时，从箱梁一端向另一端推进，待浇筑到离另一端5m左右时，改为从另一端往后浇筑。

(3)腹板混凝土严格按斜向分层、层厚30cm～50cm进行浇筑。浇完底板混凝土后应及时封堵底板顶，以防在浇筑腹板混凝土时混凝土过多地流向底板。

(4)混凝土振捣应均匀、适度，防止离析现象发生。．

(5)确保顶板横向钢筋的混凝土保护层厚度不小于3cm，并在浇筑后立即用扫帚将混凝土面拉毛，以降低顶板表面水份的蒸发速度，避免顶板裂缝产生。

(6)加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间。箱梁底板顶存水养护，顶板、腹板、横隔板覆盖草袋洒水养护。炎热季节应特别注意早期养护。

三、结束语

采取以上措施后制作的梁，基本上再没出现裂缝。在验收时作的随机抽查，结果完全符合设计要求。在运营阶段，也没发现问题。可见所采取的防止开裂的措施是可行、有效的。

参考文献：

（1）高速公路桥梁施工技术．人民交通出版社

（2）高速公路的施工质量控制.2003．高学华.