預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫分析與防治

王成軍

（東營市公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山東 東營 257091）

1 工程概況及裂縫現(xiàn)狀

1.1 工程概況

橋梁位于某城市快速路，橋梁中心樁號為K3+452，橋跨布置為2 聯(lián)3×32m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱3 室結(jié)構(gòu)，梁高1.6m；下部結(jié)構(gòu)采用矩形橋墩，基礎(chǔ)為樁基接承臺基礎(chǔ)，每個(gè)橋墩下設(shè)置了4 個(gè)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5m，各個(gè)墩樁長均為50m，該橋修建于2009 年，截至目前，該箱梁出現(xiàn)了少量的裂縫，主要分布在箱梁的底板、腹板和頂板。

1.2 裂縫現(xiàn)狀分析

經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，該橋梁第二跨的底板出現(xiàn)了不同程度的縱向裂縫，且有的裂縫沿著底板的長度方向延伸比較長；在橋梁第一跨和第二跨的箱梁腹板位置出現(xiàn)了少量的斜裂縫，出現(xiàn)的位置比較集中，且深淺程度不一；另外，在箱梁的頂板、頂板結(jié)合處以及支座處都出現(xiàn)了不同程度的小裂縫。這些裂縫的產(chǎn)生都給該橋梁的正常使用帶來了潛在的威脅，這與平時(shí)的養(yǎng)護(hù)以及施工和使用過程中的一些外在影響因素是分不開的，為能夠更多地減少預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)本身對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并探索防治措施。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.1 底板縱向裂縫產(chǎn)生的原因

根據(jù)力學(xué)知識可以得知，在荷載作用下箱梁的底板受拉，這就導(dǎo)致箱梁的底板在荷載的作用下會產(chǎn)生不同程度的彎曲，如果底板的混凝土保護(hù)層厚度不足，就會使外層混凝土保護(hù)層被空氣中的二氧化碳腐蝕，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)表層被碳化，降低了混凝土本身的堿性【1】。在空氣的作用下，一些氯化物逐漸進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)，與結(jié)構(gòu)中的鋼筋表層發(fā)生反應(yīng)，使得鋼筋表面的氧化膜被破壞，導(dǎo)致鋼筋和空氣中的元素發(fā)生反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生一定的膨脹作用從而脹裂，進(jìn)而導(dǎo)致了底板裂縫的產(chǎn)生。另外，對于預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置，很多設(shè)計(jì)者往往從預(yù)應(yīng)力的性能出發(fā)，為了促進(jìn)預(yù)應(yīng)力能夠充分發(fā)揮力學(xué)特性，將預(yù)應(yīng)力的位置進(jìn)行了少量的調(diào)整，進(jìn)而降低了混凝土的保護(hù)層厚度，這也在很大程度上導(dǎo)致了連續(xù)箱梁底板裂縫的產(chǎn)生。

2.2 腹板斜裂縫產(chǎn)生的原因

斜裂縫就是平時(shí)所講的剪切裂縫，該裂縫一般都出現(xiàn)在混凝土剪切應(yīng)力較大的地方。通常來講，在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)中，支座處的剪力一般都比較大，所以極易產(chǎn)生剪切裂縫，隨著荷載的不斷作用和時(shí)間的推移，裂縫逐漸向兩側(cè)沿著一定的斜度方向蔓延，進(jìn)而產(chǎn)生更多的斜裂縫【2】。

2.3 支座處彎曲裂縫產(chǎn)生的原因

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁產(chǎn)生彎曲裂縫的情況比較常見，該類裂縫一般出現(xiàn)在支座處，主要原因是由于該處混凝土的正應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力分布出現(xiàn)了變化，使得受壓區(qū)混凝土產(chǎn)生了裂縫，并隨著時(shí)間和荷載的不斷作用而向下延伸，形成彎曲裂縫。在一些特殊的情況下，由于某些外在荷載的作用或者結(jié)構(gòu)本身的影響，致使混凝土的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它的抗拉極限，這成為出現(xiàn)彎曲裂縫的直接原因，如果此種裂縫不能得到及時(shí)修復(fù)，將會逐漸深入到腹板中，給結(jié)構(gòu)帶來巨大的破壞【3】。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫防治措施

3.1 合理設(shè)置混凝土保護(hù)層厚度

為了保證鋼筋和混凝土之間的協(xié)同作用，設(shè)置一定的保護(hù)層是很有必要的，當(dāng)對混凝土箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求和混凝土結(jié)構(gòu)物的實(shí)際要求，設(shè)置足夠的保護(hù)層，使得底板在受拉時(shí)不至于由于保護(hù)層薄而產(chǎn)生脹裂，進(jìn)而保護(hù)內(nèi)部的鋼筋不受腐蝕。根據(jù)JTG 3362—2018《公路混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，梁、板等結(jié)構(gòu)最外側(cè)混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)該不小于表1 的規(guī)定。

表1 混凝土保護(hù)層最小厚度（梁、板、塔、拱圈、涵洞上部） mm

3.2 控制基礎(chǔ)及支架模板的施工質(zhì)量

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的主要承力結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，所以，在施工中要嚴(yán)格控制基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，通過各種方式來對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，在施工時(shí)要對地基和基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，確保其和設(shè)計(jì)一致，并保證其有足夠的承載力，進(jìn)而避免由于設(shè)計(jì)或者施工質(zhì)量而產(chǎn)生的地基不均勻沉降等現(xiàn)象，因?yàn)橐坏┑鼗a(chǎn)生不均勻沉降，箱梁結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生不同程度的裂縫，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的斷裂【4】。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁多為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，因此需要大規(guī)模的支架搭設(shè)。作為混凝土澆筑中的重要結(jié)構(gòu)物，支架的質(zhì)量直接關(guān)系混凝土澆筑的質(zhì)量，這也在側(cè)面影響了橋梁裂縫的產(chǎn)生。在進(jìn)行支架的搭設(shè)時(shí)，要仔細(xì)檢查支架的質(zhì)量，對其強(qiáng)度及承載能力等方面進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，確保其在使用過程中不會產(chǎn)生變形。支架搭設(shè)完成后，要根據(jù)結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行必要的預(yù)壓，消除地基和支架之間的非彈性變形，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3.3 做好預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置安裝和張拉

預(yù)應(yīng)力鋼筋是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的重要構(gòu)件，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道的設(shè)置時(shí)，要嚴(yán)格控制其曲率半徑的設(shè)計(jì)值，根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算要求控制預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎曲曲率及線形。另外，在一定位置要適當(dāng)增加底板的厚度或者加大其截面尺寸，進(jìn)而有效預(yù)防結(jié)構(gòu)縱向裂縫的產(chǎn)生。

預(yù)應(yīng)力的張拉也是一項(xiàng)十分重要的工程，在張拉過程中，要嚴(yán)格遵循張拉工藝的要求，保證伸長率滿足結(jié)構(gòu)的實(shí)際要求，不可過度張拉。當(dāng)同一截面預(yù)應(yīng)力管道過多時(shí)，要分批次進(jìn)行張拉，張拉完成并檢查合格后要及時(shí)對管道進(jìn)行注漿處理，切記不要過早注漿，否則會嚴(yán)重影響鋼筋的彈性模量，進(jìn)而導(dǎo)致后期結(jié)構(gòu)的變形及混凝土的開裂。

3.4 做好混凝土的拌和及養(yǎng)護(hù)

混凝土材料的質(zhì)量是結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的根本，因此，在混凝土的拌和階段就要嚴(yán)格控制其材料的比例和質(zhì)量。在初期材料的選購上，要保證其符合國家規(guī)定的質(zhì)量要求，在拌和時(shí)，嚴(yán)格根據(jù)要求控制混合材料的比例，在攪拌時(shí)，對于攪拌的力度和速度也要滿足要求，進(jìn)而從根本上保證混凝土的質(zhì)量?；炷翝仓笠龊帽匾酿B(yǎng)護(hù)，根據(jù)相關(guān)的養(yǎng)護(hù)規(guī)范及現(xiàn)場環(huán)境和氣候的影響等因素，選擇合理的養(yǎng)護(hù)方案，并保證其達(dá)到一定的養(yǎng)護(hù)期，在達(dá)到強(qiáng)度要求后再進(jìn)行使用，進(jìn)而確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

綜合上述分析可知，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁出現(xiàn)裂縫的種類比較多，其產(chǎn)生裂縫的原因也是多種多樣的，涉及橋梁從建設(shè)到使用的各個(gè)階段，這就要求技術(shù)人員對其施工加以重視，在設(shè)計(jì)階段、施工階段、養(yǎng)護(hù)及使用階段都應(yīng)該嚴(yán)格遵守相關(guān)要求及規(guī)定，保證橋梁的正常使用。