大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫成因及抗裂措施

王 軍

（中鐵二十一局集團(tuán)第三工程有限公司， 陜西 咸陽(yáng) 712000）

1 工程概況

四支河大橋工程項(xiàng)目中，主橋上部選擇的是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，跨徑（65+3×120+65）m，下部為薄壁空心墩，柱樁基礎(chǔ)并建設(shè)引橋，該處上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采取柱式墩、樁基礎(chǔ)相結(jié)合的方式。橋址區(qū)溝谷交錯(cuò)，不利于高效施工。

2 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋開(kāi)裂成因

2.1 設(shè)計(jì)方面

（1）0#塊橫隔板。本結(jié)構(gòu)施工中開(kāi)設(shè)了人工孔，該處存在較為明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，加之外界因素的作用而產(chǎn)生裂縫。在溫度、水泥水化熱等方面的影響下會(huì)直接改變0#塊橫隔板的受力狀況，使該處的應(yīng)力分布特點(diǎn)發(fā)生變化，從而形成裂縫。

（2）1/4 跨截面腹板。沿線車流量較大，為保證橋梁通行能力并提高其美觀性，在1/4 跨截面腹板的設(shè)計(jì)中以減小結(jié)構(gòu)荷載為主要工作思路，盡管腹板較薄，但箱梁腹板處產(chǎn)生的主拉應(yīng)力受多方面因素影響，如豎向正應(yīng)力、剪應(yīng)力，而多種類型的應(yīng)力又與箱梁截面尺寸息息相關(guān)。進(jìn)一步分析，箱梁腹板的厚度是主導(dǎo)因素，會(huì)在很大程度上決定腹板的主拉應(yīng)力情況，若腹板厚度明顯偏小，將會(huì)出現(xiàn)明顯的腹板主拉應(yīng)力集中現(xiàn)象并形成裂縫[1]。

（3）溫度應(yīng)力。溫度也是極為關(guān)鍵的影響因素，具體包含日照溫度和體系溫度兩個(gè)方面，重點(diǎn)應(yīng)從所在地的氣候條件入手，探討溫度對(duì)橋梁的影響。由于溫度的改變將使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形現(xiàn)象，并破壞原有的受力狀態(tài)，此特點(diǎn)在超靜定大跨徑結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)得更為明顯，是引發(fā)箱梁裂縫的主要成因。并且，若箱梁內(nèi)外部溫差明顯將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，塊段間形成的交界區(qū)域伴有較大的主拉應(yīng)力，在超過(guò)結(jié)構(gòu)極限抗拉強(qiáng)度時(shí)便會(huì)形成裂縫。

（4）齒板。封閉式箍筋是橋梁建設(shè)中極為關(guān)鍵的部分，部分工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段并未考慮到此方面因素，出現(xiàn)減少封閉箍筋數(shù)量甚至完全未設(shè)置封閉箍筋的情況，此時(shí)都會(huì)導(dǎo)致箍筋在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)失效，由于齒板承受能力有限，在面對(duì)極大的張拉力時(shí)隨之開(kāi)裂。

2.2 施工方面

（1）0#塊橫隔板。從連續(xù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，零號(hào)塊的截面尺寸相對(duì)較大，該處主要設(shè)置為三向預(yù)應(yīng)力體系并存在人洞，導(dǎo)致其內(nèi)部的應(yīng)力高度集中。橫隔板需要與周邊的腹板和底板連接，形成的交接區(qū)域伴有更明顯的水化熱溫度梯度，在此條件下形成溫度裂縫。此外若缺乏養(yǎng)護(hù)保濕措施將形成干縮裂縫。

（2）腹板。模板的溫度易發(fā)生變化或拆模工藝不合理，混凝土箱梁均容易形成裂縫。若采取的預(yù)應(yīng)力束張拉流程不當(dāng)，在后續(xù)養(yǎng)護(hù)階段易形成裂縫。此外，諸如腹板配筋偏少、預(yù)應(yīng)力管道偏位等均是引發(fā)腹板開(kāi)裂現(xiàn)象的原因。伴隨混凝土澆筑時(shí)間的延長(zhǎng)，前期施工的混凝土已經(jīng)達(dá)到初凝狀態(tài)，但上部依然持續(xù)澆筑作業(yè)，在加載量不斷增加時(shí)擾動(dòng)更為明顯，導(dǎo)致前期施工的混凝土形成裂縫。

（3）底板。相比于設(shè)計(jì)方案，波紋管的實(shí)際安裝位置與之存在偏差或出現(xiàn)定位鋼筋偏位現(xiàn)象，在澆筑混凝土過(guò)程中受擾動(dòng)作用而導(dǎo)致波紋管出現(xiàn)變形現(xiàn)象。波紋管產(chǎn)生折角后，此條件下若張拉預(yù)應(yīng)力束，力筋將維持直線的狀態(tài)，但部分凸出的混凝土將作用于預(yù)應(yīng)力筋，阻止其變?yōu)橹本€狀態(tài)，由于張拉的作用該部分混凝土將產(chǎn)生局部作用力，結(jié)構(gòu)的受力狀況極為復(fù)雜，存在較明顯的下崩力，易出現(xiàn)局部開(kāi)裂現(xiàn)象。理論上預(yù)應(yīng)力束應(yīng)具有足夠的平滑性，但從實(shí)際施工狀況來(lái)看，在振搗等環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的因素均會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力管道造成影響，導(dǎo)致其發(fā)生變形現(xiàn)象或產(chǎn)生折角。

（4）齒板。齒塊錨頭普遍設(shè)置在箱梁接縫面，但該處前期澆筑的混凝土已經(jīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度，而新澆混凝土在此方面相對(duì)較弱，若將預(yù)應(yīng)力筋錨固的位置選為該處將嚴(yán)重影響到錨固區(qū)，使其形成局部高壓力并產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，同時(shí)在錨頭后方的混凝土將伴有較明顯的拉應(yīng)力，施工中若未合理配置錨后受拉鋼筋，接縫面開(kāi)裂的概率將明顯加大。

3 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋開(kāi)裂防止措施

3.1 設(shè)計(jì)方面措施

（1）0#塊橫隔板鋼筋網(wǎng)加密。重點(diǎn)考慮橫隔板與腹板所形成的交界區(qū)域，改變?cè)鹃g距為15cm 的鋼筋布設(shè)方式，加密至10cm。

（2）腹板厚度過(guò)渡段調(diào)整。若橋梁工程中各腹板都設(shè)為相同的厚度將顯著加大成本投入，主梁根部周邊區(qū)域安裝的腹板存在極為明顯的主拉應(yīng)力，該值超出規(guī)范限值后直接破壞腹板的穩(wěn)定性，導(dǎo)致該處產(chǎn)生斜裂縫。對(duì)此選取橋墩中心線至兩側(cè)32.5m 的范圍，該處所用的腹板厚度增加至70cm，并設(shè)置過(guò)渡段逐步改變腹板厚度，使其由70cm 有序遞減至50cm。

（3）溫度應(yīng)力控制?？紤]的是邊跨支點(diǎn)附近、0#塊附近、主梁1/4 跨附近，選擇該處的向陽(yáng)面腹板，在原基礎(chǔ)上適當(dāng)加密抗裂鋼筋網(wǎng)，調(diào)整腹板兩側(cè)的水平縱筋布設(shè)方式，即間距由原本的12cm 加密至10cm。

（4）齒板封閉式箍筋調(diào)整。橋梁中使用到適量的活口封閉式箍筋，在其作用下將對(duì)中心處的混凝土產(chǎn)生較明顯的約束，但箍筋開(kāi)口處具有特殊性，由于鋼筋缺乏連續(xù)性導(dǎo)致在受力狀態(tài)下伴有較明顯的張開(kāi)趨勢(shì)，原本的約束作用顯得微弱，為薄弱部位。封閉箍筋主要設(shè)置在底板和齒板處，對(duì)該處采取預(yù)應(yīng)力張拉措施后，將形成明顯的徑向力。為確保箍筋的正常使用效果，需調(diào)整封閉式箍筋的開(kāi)口方向，采取與徑向力反向的方式；對(duì)于齒板處的封閉鋼筋安裝，要求所有的開(kāi)口均向下。

3.2 施工方面措施

（1）原材料質(zhì)量控制。選擇與設(shè)計(jì)要求相符的原材料，從各項(xiàng)指標(biāo)入手評(píng)價(jià)材料質(zhì)量；抽檢進(jìn)場(chǎng)的原材料，若不滿足要求則不可投入使用，各類型原材料單獨(dú)放置，并再次沖洗碎石，將含泥量控制在合理范圍內(nèi)；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后確定合適的混合料配比，若施工環(huán)境發(fā)生變化要及時(shí)調(diào)整，例如現(xiàn)場(chǎng)溫度明顯偏高時(shí)，要從砂石含水量等方面入手，優(yōu)化混合料的性能。

（2）保證澆筑質(zhì)量。選擇的是鋼模板，安裝到位后再澆筑，設(shè)置好掛籃后需適當(dāng)增加其抗彎剛度，以免在澆筑期間模板或掛籃發(fā)生失穩(wěn)、變形現(xiàn)象。通過(guò)加貼模板、增設(shè)模板肋等方式均有助于提高模板剛度，使其維持穩(wěn)定。箱梁的澆筑作業(yè)宜分層完成，并遵循對(duì)稱澆筑原則。

（3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。按照“內(nèi)降外?！钡乃悸纷龊灭B(yǎng)護(hù)工作，在冷卻水的作用下緩解混凝土內(nèi)部高溫現(xiàn)象，并避免外部溫度快速散失，可采取蓄熱保溫措施。箱梁施工選擇高強(qiáng)混凝土，通過(guò)降低水灰比的方式可抑制水化反應(yīng)，減少水分蒸發(fā)量，結(jié)束澆筑作業(yè)后通過(guò)灑水的方式有效養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到保溫、保濕的效果。

（4）保證預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量。從現(xiàn)場(chǎng)施工條件出發(fā)調(diào)整預(yù)應(yīng)力張拉順序，此舉有助于控制水平裂縫。對(duì)于底板結(jié)構(gòu)中設(shè)置了雙層鋼束的情況，首先完成下層鋼束的張拉作業(yè)，經(jīng)過(guò)灌漿且混合料的強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)一步組織上層鋼束的張拉，全程遵循勻速?gòu)埨瓌t。底板縱向預(yù)應(yīng)力束的特殊之處在于容易產(chǎn)生徑向下崩力作用，導(dǎo)致該處的混凝土受損崩裂，為解決此問(wèn)題需增設(shè)U 型定位筋，將其穩(wěn)定掛設(shè)在縱向鋼筋上，通過(guò)點(diǎn)焊的方式保證其穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在現(xiàn)代橋梁建設(shè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，但由于設(shè)計(jì)、施工等方面的不足，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫病害。對(duì)此，施工單位需要明確剛構(gòu)橋裂縫成因，從原材料質(zhì)量、結(jié)構(gòu)調(diào)整等角度入手，采取合適的抗裂措施，確保全橋建設(shè)品質(zhì)。