连续箱梁底板裂缝分析与防治措施

谢明达，牛庆红(.黑龙江省收费公路管理局牡丹江管理处;.大兴安岭地区公路工程质量监督站)

连续箱梁底板裂缝分析与防治措施

谢明达1，牛庆红2
(1.黑龙江省收费公路管理局牡丹江管理处;2.大兴安岭地区公路工程质量监督站)

分析了连续箱梁裂缝产生的原因，提出了采取的措施，说明了裂缝防治效果。

连续箱梁;裂缝;防治措施

1 底板裂缝分析

国内修建的多座连续箱梁桥中，底板出现了严重的顺桥向开裂现象，尤其是当箱梁截面较宽时。该裂缝属于贯穿底板的通透性裂缝。主要由混凝土收缩、挂篮支架摩擦力等引起。

经过对箱梁截面进行空间有限元分析，得到如下结论。

(1)在相邻节段混凝土收缩差作用下，底板上缘产生-3.0～-2.3 MPa的拉应力，下缘产生-2.5 MPa的拉应力，均在底板中心附近。是产生底板纵向开裂的主要原因。其特点是，在节段接缝处最大，在节段末端为零。

(2)当节段混凝土产生收缩时，由于挂篮底模的约束作用，将在底板内产生横向的拉力，从而在底板内产生横向拉应力。

(3)其他荷载(如恒载、活载、预应力、温差等)产生的横向拉应力很小，小于-0.5 MPa。

由于在一般仅在底板的上缘和下缘配置两层横向钢筋，底板中间为素混凝土构件。当底板受到横向拉力时(接近于轴向受拉)，将首先在没有钢筋的区域开裂(底板的中间部位)，然后该裂缝向底板上缘和下缘扩展，最后形成通透性的贯穿裂缝。这种开裂在底板厚度较大的部位(如墩顶到L/4范围)尤为严重。

(4)大部分设计文件及规范并未对竖向预应力的张拉时机做出明确规定。目前常见的做法是与纵向筋同步分段张拉，但分段张拉将在腹板产生间隔性的应力空白区，导致箱梁腹板的竖向应力分布不均匀，从而可能产生主拉应力裂缝。

(5)纵向预应力效应对箱梁的开裂有较大影响，纵向预应力束中有效预应力的保持是减少开裂的关键。目前在施工过程只是通过张拉力和伸长量对预应力束的张拉进行控制，预应力束内的有效预应力只是理论上的数值，无法确定预应力的真实损失情况。

(6)大跨径桥梁往往在墩顶段采取现浇混凝土的方式。该部位混凝土体积较大，其收缩变形也较大。但墩顶段支架一般是以托架的形式固定在墩柱上，不能自由变形，对箱梁混凝土的收缩变形具有限制作用，从而在混凝土内产生拉力，导致底板产生纵向或横向裂缝。

(7)支架变形引起的开裂。当支架刚度不足或未按规定进行预压时，在浇注混凝土后，支架产生较大的变形，从而导致箱梁混凝土开裂。

(8)边跨直线段支架设计不合理引起的开裂。边跨进行合拢口的临时束张拉时，若边跨直线段支架不能纵向滑动，将在直线段内引起很大的拉应力，导致混凝土开裂。

2 采取措施

(1)底板上、下缘所有横向筋，其纵向间距由原来的12.5 cm改为后浇节段接缝处150 cm范围内采用10 cm，其余采用12.5 cm。

(2)在0～13#节段的底板上下两层横向钢筋N3之间，再增设1～2层横向钢筋(根据底板厚度确定增加的层数)，钢筋规格及间距与上下层钢筋相同。

3 裂缝防治效果

(1)进行了箱梁混凝土配合比正交优化试验，从混凝土强度、工作性、减小收缩量等方面出发，提出了混凝土的最优配合比。由于具有低收缩、低徐变的特点，有效地减少了混凝土的收缩变形，为避免箱梁的早期裂缝提供了有力条件。

(2)根据高强混凝土的特点，制定了详细的混凝土搅拌、运输、振捣、拆模、养护的施工工艺，保证了混凝土的施工质量。

(3)根据理论分析，在墩顶横梁处设置了横、竖向预应力束，避免了过人洞发生早期开裂现象。

(4)为防止腹板下弯束产生顺管道方向的裂缝，对腹板的普通钢筋进行了局部加强，避免了腹板的早期裂缝。

(5)根据理论分析的结果，对顶板的横向预应力筋、底板横向钢筋进行了修改，避免了顶板和底板的纵向开裂。

(6)制定了竖向预应力钢筋的张拉、锚固施工工艺，达到了控制竖向预应力筋应力损失的目的。

建成的嫩江大桥在悬臂施工阶段没有出现类似桥梁常出现的早期开裂问题，基本避免了腹板顺管道裂缝、顶板和底板纵向裂缝、墩顶横隔梁裂缝、锚固齿板裂缝。在桥梁竣工近两年后，又对桥梁进行了外观检查，仍然没有发现类似桥梁普遍存在的开裂现象。

以上改进措施的实施，解决了大跨径预应力混凝土桥梁的较易产生裂缝的核心问题，保证了施工质量和桥梁的使用安全，提高了桥梁的耐久性，延长了桥梁的使用寿命。另外，也为其它同类桥梁的建设积累经验和提供指导，避免在其他新建桥梁上产生相同的质量问题，从技术上保证公路工程的进度和工程质量，进一步提高了桥梁的设计水平和建设水平。

U445.7

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1008-3383(2012)11-0090-01

2012-06-12