厦门中洲大桥现浇预应力连续箱梁桥面裂缝防治

张俊波

摘要：现浇钢筋混凝土连续箱梁桥面的裂缝控制和裂缝处理是一项复杂的技术问题。本文结合厦门中洲大桥现浇连续箱梁工程的工程实际，分析现浇连续箱梁桥面出现裂缝类型和产生原因，并提出相应的裂缝控制措施来防止裂缝的发生和裂缝处理办法。

关键词：现浇连续梁；钢筋混凝土；裂缝成因；裂缝防治

1 引言

混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。桥梁工程施工中会普遍遇到桥梁砼构件裂缝控制问题。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，困扰着桥梁工程技术人员，影响工程质量和外观。实际施工中进行深入的分析，采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

中州大桥全长945米，上部结构采用（5×35）+(4×35)+（5×35）+(4×35)+(4×35)+（5×35）六联预应力砼等截面连续现浇箱梁，桥梁横向按左右幅分离设置，采用单箱单室，纵、横双向预应力混凝土斜腹板等截面连续箱梁，第一联现浇箱梁施工中，箱梁表面出现有裂缝等现象，影响工程质量和外观，项目部群思群策，集思广益，从原材、施工工艺，施工方案、试验等各个方面入手，层层控制，道道把关，较好的控制了混凝土表面裂缝的出现。本文结合本工程的裂缝防治及处理施工经验，并参考相关资料和施工经验，对现浇梁表面裂缝的种类和产生原因进行分析、总结，并讨论控制裂缝的处理方案。

2 现浇箱梁表面裂缝种类、成因

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

2.1 浇注过程中出现的裂缝

2.1.1 基础及支架沉降引起的裂缝：

由于基础及支架竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。

中州大桥第一联、第六联现浇箱梁为陆上支架。陆上地段原为鱼塘滩涂，后经吹填造地而成。开挖基坑后用压路机浇水压实并浇注钢筋混凝土板，由于雨水等冲刷影响，地基砂垫层会有流失现象，支架在箱梁浇注前处于一假稳定状态。浇注砼时，在荷载的不断增加下，使得地基出现下沉，导致砼结构拉裂。同一联箱梁支架混合使用了扩大基础和钢管支架两种支架方案，两种方案的沉降数据有所不一样，造成不均匀沉降，使得砼出现裂缝。

处理方案：对有鱼塘滩涂位置挖除淤泥后采用碎石拌砂回填，回填后采用50t压路机进行碾压、平整再碾压，保证置换后的地基稳定。同时也对其他不需要换填的支架扩大基础位置进行碾压，使得各支架扩大基础地基承载力基本一致，再浇注40cmC30钢筋混凝土基础，以减少沉降与不均匀沉降。

海上采用钢管桩支架方案，每道中支墩设置2×7根ф630×8mm钢管桩，钢管桩底部焊接桩尖，以增加单根桩承载力和便于后期拔管，钢管桩间用横向支撑和剪力撑连接加固。虽然振动至无法贯入为止，但管桩贯入度无法达到设计要求，同一排支墩管桩通过外侧保护桩临时加固稳定，两排管桩施工后焊接横撑和斜撑。两道中支墩之间用ф275螺旋管连接，形成一凳子状支架，保证整个支架的稳定性。施工中每根管桩的灌入度不同，自身的稳定系数不同，在浇注水泥时每根管桩的沉降量也不同，并将不均与沉降传递到横梁及箱梁，使得砼结构产生附加应力，从而形成裂缝。浇注箱梁面层时，此时底板和腹板水泥已经开始初凝，面层浇注完后，此时荷载最大，沉降变大，较大的沉降对砼内部结构产生影响，砼表面出现沉降引起的裂缝，此类裂缝长，裂缝宽（3毫米）裂缝深（2厘米）以上，一般是横桥向通长产生或是顺桥向长距离产生。

处理方案：先插打外侧开口桩，振捣至无法贯入为止，然后插打桩尖桩，插打前先在管桩距桩尖3.5m位置割一小口，管桩内灌入水，增加自重保证管桩的竖直度，专人指挥管桩竖直度，振动先慢后快，始终保证振动锤、管桩竖直，振动至无法贯入为止，将管桩于固定管桩焊接（两道横向连接、一道斜撑），加固后松锤重新插打其他管桩。两道中支墩之间采用ф275螺旋管连接，准确下料，两端接头部位根据管桩实际截面破一圆弧形对焊，保证焊接质量。混凝土分三层浇注，先浇注底板再浇注腹板，增大底板和腹板分层厚度，面层施工时放慢浇注速度，并做好沉降观测，发现沉降有变化后立即停止浇注，改由另外一侧倒推施工，减少沉降。

此类裂缝对结构物质量有一定的影响，如果裂缝宽度和深度都很大，形成面积广，要及时进行处理。否则会造成质量事故。

2.1.2 模板塑性变形和沉降引起的裂缝

施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，在侧向压力的作用模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。现浇箱梁模板采用木模形式。侧模板采用弧形架加方木竹胶板组成，底模结构为10cm木楔+12cm横向方木+10cm纵向方木+1.2cm竹胶板。实际施工有出现支架标高控制过高或者过低现象，使得底模控制标高发生变化，偏低时需用小木板或者是5×10cm方木去垫高。方木的面不规则，底板有一定的缝隙，模板重复利用有一定的变形，钉底板时不能密贴有一定的上浮。在烈日、水（冲洗内模）等外界环境的影响下，制作好的模板会出现上浮、隆起、断裂等情况，而这些情况发生的钢筋、预应力等施工完成后，无法更换，使得模板缝隙、稳定性发生变化，浇注底板时，模板间的缝隙会随着荷载的增加而不断的密实，弹性变形和塑性变形也随之增加，变形过大，就对水泥内部结构造成影响，产生面层裂缝。箱梁内模采用木模，内模骨架吊入内箱内整体拼装。骨架连接处均用铁钉、小木板等钉在一起，自身结构存不稳，同时内模板较长，横向、竖向无法正常加固，采用对顶、对拉等加固，容易胀模、暴模、模板。腹板在弧形架上铺方木竹胶板，方木不规则，铺放在弧形架上面就会形成缝隙或者悬空，存在较大的塑性变形量，且腹板倒角较大，砼料坍落度大，振捣时间长，腹板侧压力大，使得腹板出现较大的变形，甚至胀模、模板上浮、暴模，影响砼内部结构。浇注面板时，此时内模承受荷载最大，砼料直接压在内模上，内模的承载力和稳定性直接影响裂缝的产生，若模板刚度不足或者加固不牢，经常有出现内模顶板“大肚子”，顶撑骨架断裂，这些都直接对砼结构造成较大影响，形成裂缝。

处理方案：准确测量桩顶标高，计算割管或接管高度，保证管桩顶面平整，高误差小于2cm。架设贝雷片和[20槽钢时，保证槽钢表面平整，选用优质方木，木楔整齐排放，并用铁定钉在一起，拉线调整方木标高后，铺设竹胶板，底板留有两道伸缩缝，防止模板变形，绑扎钢筋前将缝填平。钢筋严格按图施工，确保内模安装尺寸。内模横行加固、竖向顶撑、侧向斜撑均加固牢固，做到每接触面接触密实牢固，并用U型卡将两根方木卡牢，确保内模整体稳定。

2.1.3 施工材料质量及砼料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，或者配合比不合理，砼料搅拌不规范，操作人员不熟练，没有责任心等，都可能导致结构出现裂缝。

拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。外加剂的掺入量和搅拌均匀度也会对砼料造成相当的影响。外加剂掺量太多，水泥泌水严重，振捣后水泥浆和骨料分离，面上一层水泥浆起泡沫，会流到低处，过厚初凝时水分不容易蒸发，很容易开裂；骨料全部堆积沉淀在一个位置，振捣无法使得骨料和好的胶结在一起，形成砼内部的蜂窝现象。且外加剂过多，砼表面水泥浆收干后，在外加剂的作用下，不断泌水，砼表面水泥浆被泌出来的水涨裂，形成裂缝。另外外加剂种类对水泥泌水效果明显，不同型号的外加剂有的泌水严重，造成砼表面开裂，有的外加剂效果不明显，砼初凝缓慢。外加剂掺量不足，

处理方案：工程段为商品混凝土，交货检验和试验由捷航派专业人员进行控制，严格控制原材进场及砼配合比、水灰比。浇注砼，项目部实验人员先行去翔安分站检查，施工过程跟班作业，及时有效控制混凝土质量。

2.1.4 施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：

2.1.4.1 混凝土保护层过厚，砼面层保护层大于设计要求；现浇箱梁时，人员机械直接在箱梁钢筋上作业，乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。施工时振动梁行走15米以后拆除轨道，轨道下面无法二次振捣抹平，直接人工用抹刀抹平，保护层厚度较大，轨道底下焊有钢筋，钢筋保护层不足，同时砼不密实，容易形成裂缝。

2.1.4.2 振捣方式及时间。采用机械振捣方式，混凝土收缩性小。混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。箱梁底板、内箱、腹板处采用棒振捣振动，箱梁面层砼施工采用振动棒配合高效提浆振平机。由于内箱空间狭窄，内模底板倒角较大，顶板及底板张拉齿块多，模板加固多，不能很好进行振捣，尤其是底板倒角处，其次，水泥水化热开始，内箱内温度较高，工作容易疲劳，局部地方有出现漏振欠振现象，拆除模板后出现出现蜂窝、麻面、空洞现象。浇注腹板时坍落度至关重要，直接影响振捣效果，坍落度过大，水泥浆四处涌泻，底板和腹板交接处出现暴模板，会出现欠振漏振现象，时间太短，振捣不密实，混凝土强度不足；坍落度过小，砼料无法完全灌入腹板倒角处，拼命振捣，可能出现暴模或者过振，时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。造成倒角出现蜂窝、麻面、空洞，形成裂缝。

2.1.4.3 混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。浇注过快，局部地方出现欠振及漏振，砼强度不足，箱梁表面局部位置出现细微裂缝，同时在张拉作业时出现裂缝等现象。

2.1.4.4 混凝土搅拌、运输时间过长，水分蒸发过多，混凝土塌落度过低，在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。采用商品混凝土，路程较远，天气炎热或者遇下雨，司机不尽职等情况，等待时间较久。因为海风和天气影响，砼表面出现初凝现象，甚至出现收缩裂缝，再浇注面层水泥时，底面层砼已经收干，振动棒插入振捣时无法提浆，交接处水泥不能完全连接，施工接缝明显，后期很容易出现裂缝。

2.1.4.5 混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。工程位于同安湾海域，上部施工时间夏季，天气炎热，海风大，砼表面水分散失快，表面处于一种假凝状态，而内部仍有较大的湿度，形成明显的内外干湿差，表面水泥收缩而内部没有收缩，待内部收缩时就会对表面已收缩的砼面形成拉力拉裂。此时砼表面凝固，而自身内部并没有凝固，没有足够的强度承受外荷载的作用，行人养护时，破坏了砼内部的结构形式，表面形成微小的脚印并传递至砼内部，形成结构裂缝。由于海风及炎热气温的影响，刚浇注的水泥往往在表面没有初凝不能覆盖土工布的情况便出现裂缝。若进行二次振捣便又破坏其他地方的水泥内部结构。

2.1.4.6 泵送施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。砼料坍落度不足，便掺加外加剂或者再来水，进行二次搅拌。破坏原砼料的和易性及自身稳定性。振捣后出现漓析等现象，形成后期裂缝。

处理方案：在进行钢筋、模板施工时，严格进行过程控制，保证模板稳定，修补模板拼缝，钢筋严格按图施工，控制钢筋间距及钢筋顶面高程，防止保护层过厚或者保护层不足。砼施工前做好施工准备工作，分层浇注，控制好水泥浇注速度，内箱浇注时开设振捣口，严格控制砼料饱满度及振捣力度，确保振捣密实。砼表面硬化后满铺土工布，并24小时不间断洒水养护，养护时重点注意箱梁内箱积水不得超过20cm。养护时间不小于7天。砼浇注完成后桥梁两端设置围挡，严禁车辆或其他重荷载上桥，张拉压浆完成2天后车辆才能上桥施工。

2.1.5 水泥收缩引起的裂缝

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

塑性收缩。是大体积混凝土收缩一个主要来源，发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。同时在水泥活性大、混凝土温度较高或者水灰比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加快，于是裂缝迅速扩展。

缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。自身收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。自身收缩与干缩一样，是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。水灰比对自身收缩影响较大，一般来说，当水灰比小于0.35时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自身收缩与干缩则几乎各占一半；当水灰比大于0.5时，其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计，但必须考虑水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响，也需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响。

炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。

温差裂缝。混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。

安定性裂缝。安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

处理方案：水泥收缩引起的裂缝主要为混凝土自身原因，施工时严格控制配合比、好水灰比，并重点控制外加剂质量及掺入量和搅拌均匀度。外部原因主要为振捣及后期养护，施工时严格控制振捣质量，采用快插慢拔方案振捣，振捣间距不大于25cm，振捣至表面翻浆无气泡为宜。养护及时，且采用跳板铺盖土工布，不得人工直接踩在混凝土上铺盖，养护清水不得直接对着混凝土表面冲刷。养护时间不得小于7天。

2.2 浇注后出现的裂缝

2.2.1 养护引起的裂缝

浇注砼时，由于海边风浪大，天气炎热，砼表面水分散失快，砼一直处于假凝状态，形成内外干湿差，表面收缩而内部未收缩，内部的水分在不断蒸发，水分要散发出来就把便面已经收干的砼胀开一道缝隙，起皮形成裂缝。高标号水泥水化热高，覆盖土工布不断洒水养护，如果养护不到位，或者养护时间不够，砼表面水分散失严重，造成混凝土表面干缩，形成裂缝。

工程量大，浇注时间长，工程地点偏僻，自来水供应不足，养护时水量不足，覆盖土工布洒水养护三天便拆除土工布直接洒水养护，养护次数明显减少。也会形成后期的新裂缝。

处理方案：施工时专门配有4人进行养护，养护时采用提浆机作为跳板铺盖土工布，养护时由高坡向低坡洒水养护，清水不得直接冲在水泥面上。施工一段铺盖一段并及时养护，养护时内箱积水深度不得大于20cm，以防荷载过大导致支架承载不足产生下沉。

2.2.2 拆模引起的裂缝，堆载或行车引起的裂缝

中州大桥为海上现浇连续梁，钢栈桥搭设在桥梁中分带上，施工交叉影响较大，往往过早拆除模板或者堆载过车等，砼强度没有完全达到要求，在外荷载的作用下形成裂缝。拆除内模时，内箱积水养护，方木、模板等吸水增重，拆除完的模板整堆对方在同一个位置，或者堆放其他材料，形成较大的集中应力，外荷载作用传递到砼内部，破坏砼内部结构，形成后期裂缝。

处理方法：对试块进行抗压试验，砼强度达到30MP后拆除模板，模板及时人工转运，翼缘板模板等横向预应力张拉完成后拆除。

2.2.3 张拉引起的裂缝

砼强度达到设计强度的85%进行张拉。腹板束张拉时，锚头处承受达300多吨应力。若强度达不到要求或锚后砼振捣不密实，在集中应力的作用下，锚后砼内部结构不断破坏，发展到一定阶段便形成砼裂缝，锚垫板开裂，造成整个张拉锚头碎裂。齿块张拉有出现水泥拉裂现象，最主要原因是砼振捣不到位，底板齿块有漏振、欠振现象，造成锚后水泥出现空洞，张拉时出现锚垫板开裂，乃至齿块锚头水泥碎裂。

处理方案：张拉时间不小于7天，强度不小于设计85%，张拉前认真检查每束钢束锚垫板后砼质量，若存在空洞或者漏振、蜂窝、麻面现象，及时凿除松散砼，并用环氧混凝土补强。张拉时先用清水洗孔，检查有无堵管现象，若有则用单顶单根两端拉送钢绞线，然后安装工作锚具和工作夹片，并敲紧与锚垫板密贴。安装工具锚和千斤顶，张拉前保证工作锚卡入锚垫板槽口内，防止后期应力增加工作锚忽然划入槽口内的应力冲击导致锚垫板开裂或者混凝土开裂。两端同步增加应力对称张拉，以应力进行控制，不得单端肆意张拉。张拉完一天内压浆，防止时间过久工作夹片脱落导致整束钢束断裂，锚垫板开裂。

2.2.4 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

处理方案：模板、钢筋安装前严格控制顶面高程，保证有足够的保护层，控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，砼面层施工时采用高效提浆整平机，养护采用自来水养护。

3 总结

在现场施工中，我们认真分析混凝土开裂原因，群思群策，集思广益。全员全方位动员，及时总结处理方案。过程中严把各道工序管卡，逐层入手，层层控制、把关，在后续的现浇梁施工中，基本消除混凝土表面开裂现。保证混凝土内在施工质量和外观质量，得到业主、监理单位的一致好评。