普通混凝土空心预制桥板裂缝成因与防治研究

□张国胜 □陈国祥（商丘市水利科技推广中心）

普通混凝土空心预制桥板裂缝成因与防治研究

□张国胜 □陈国祥（商丘市水利科技推广中心）

装配式钢筋混凝土空心板桥是我国目前建造在干、支沟、渠上的主要农用桥梁结构形式之一。文章从提高工程内在质量，改善施工方法入手，对空心桥板裂缝的形成原因进行了详细地分析和计算，对已产生的裂缝和防止裂缝的产生提出了切实可行的防治措施。

农用；空心板；裂缝；防治；措施

1 混凝土空心板裂缝概况

20世纪80年代以来，豫东地区在干、支沟渠上建造农用桥梁多以钢筋混凝土空心板桥为主。该桥型下部采用双柱式钢筋混凝土灌注桩排架，上部为钢筋混凝土空心板装配式结构,使用情况良好，形成了定形设计。但它标准低，跨度小，孔数多，对河道行洪不利。随着经济的发展和防洪的需要，目前桥梁单孔跨度已由原来的5.0m提高到10.0m，桥上的载荷也从几吨提高到几十吨。但从总体使用情况看，少量桥梁在板底部出现不同程度的横向裂缝。2011年春夏，在某河道治理工程中，技术人员通过努力，从提高工程内在质量，改善施工方法入手，认真研究，仔细分析，较好地解决了这一难题。

某河段治理工程农用桥梁，设计荷载标准为公路二级（折减），板宽1.0m，板高0.5m，路面净宽7.0m，其横断面见图1。其中首先施工的一座桥桥板出现裂缝。裂缝集中出现在空心板的底面跨中附近2.0～4.0m范围内。数量一般为10～20条不等，缝的长度多占板宽的1/3～1/2,个别形成错位或间断式裂缝贯穿全板宽。经用裂缝刻度仪量测，裂缝宽度多在0.1～0.2mm,最大不超过0.3mm，见图3；深度在10～20mm,间距在140～200mm，平均间距180mm。特征：①不是所有桥板都发现裂缝,在该桥共4孔28块桥板中,有14块发现裂缝,占50%；②桥板安装前未发现裂缝,而是在安装时或安装后至路面混凝土铺装层浇筑前这段时间内先后发现的；③虽然裂缝,但对混凝土通过试块试压、回弹仪及超声波检测仪检测,其强度均满足设计要求；④缝宽都在规定的范围内（SL-T191-2008）规定二类环境时结构构件混凝土缝宽限值为0.3mm；⑤结构构件的混凝土保护层厚度>50mm时可增大0.1mm。

图1 桥孔横断面图（单位：mm）

显然,这种裂缝不影响桥的使用,但会使人们产生不安全感,且一旦加深加宽,伴随着混凝土的碳化，容易锈蚀钢筋，减少桥梁工程使用寿命。

一般讲，普通钢筋混凝土结构构件在规范允许的范围内带缝工作是正常的，经济的、也是安全的。但如果设计上要求抗裂，工程结构上再出现裂缝，而且超出适当范围的话，就应另当别论。因此,针对上述情况,从板的设计、预制、运输、安装等方面查找原因，采取有效措施,尽量避免裂缝发生。

2 裂缝成因分析

2.1 运行期强度和抗裂验算

空心桥板的设计尺寸和配筋见图2。

和其它装配式桥板一样,为简支梁结构,属受弯构件。混凝土保护层厚度也符合要求，考虑C40混凝土路面铺装层与空心板的共同作用而计入板的计算厚度，实际配筋率为1.3%（规范规定不得小于0.2%），桥板之间有横向连接结构（见图3），据此验算其强度和抗裂度均满足要求，因而空心桥板结构在使用时不存在产生裂缝的必然性。

图2 空心桥板设计尺寸和配筋图

图3 桥板横向连接(板间连接结构和板间铰缝连接结构)图

2.2 静载荷试验

为安全起见，商丘市水利建筑工程质量检测站对该桥在设计荷载（未计入冲击系数）作用下桥板跨中底面混凝土应力、挠度和裂缝开展宽度等方面进行了静载荷试验。试验结果表明桥板结构跨中底面混凝土处于受压状态，因而在两裂缝之间不可能再出现新的裂缝；跨中挠度实测值与理论值基本相符，卸载后恢复原状态；板底最大裂缝开展宽度由加荷前的0.2mm增加到0.3mm,卸载后恢复原状态。结论是在设计荷载作用下，结构处于弹性工作状态。

2.3 施工期强度和抗裂验算

桥板在未浇筑路面混凝土铺装层,形成整体结构前，长度和重量相对较大，而刚度相对较小，因此验算分4种情况:第一种是起重机按设计吊点吊起桥板在空中运动，桥板除受自身重力外，还受动荷载影响。第二种是桥板安装就位后只受自身重力影响，但其支承点距离和吊点相比增大。第三种是平板汽车将桥板从预制场运至施工现场，除第一孔外，轮胎式起重机就必须通过已安装就位的桥板才能进入下一孔工作位置。安装好的桥板到路面混凝土铺筑前尚未形成整体,吊车的两侧车轮分别行驶在已安装好的两块桥板上（吊车的自重视其起重力的大小，一般为单块板重的3～4倍）。第四种是吊车到达工作位置后，4个支腿中两个支腿支撑在排架梁上，另2个支腿则支撑在4块桥板上（每个支腿下方横向垫有2m长方木）。经计算，第一、二种情况强度和抗裂度满足要求，第三、四种最不利情况当属前者，最不利位置是吊车重轴行驶在桥板跨中，重轴重量分别由两块桥板承担。此时每块桥板除承受自身重量外，还需承担吊车重轴重量的一半（偶然荷载集中力），计算简图如图4所示。计算得跨中偶然荷载组合最大弯矩Mk=4.1×10N·mm。验算得强度安全系数为1.7，强度安全系数>规定值1.0，可见强度足以满足要求。取混凝土轴心抗拉强度标准值ftk=2.4N/mm2,截面抵抗矩塑性系数γm=1.5，混凝土拉应力限制系数αct=0.9，按材料力学公式计算得换算截面受拉边缘弹性抵抗矩W0=3×107mm3。根据现行规范规定，水工钢筋混凝土受弯构件抗裂按Mk≤γmαctftkW0验算。计算结果得抗裂安全系数为k=0.2

图4 简支梁计算简图

2.4 裂缝成因分析

2.4.1 混凝土内在质量方面

第一，振捣方式不当。不正确的振捣方式如欠振或过振，会造成混凝土内部不密实或混凝土砂浆大量向低处流淌，致使混凝土不均匀沉降收缩而影响内在质量。第二，现场养护不好。空心板浇捣后未能用草袋等物及时覆盖和保湿养护，其后洒水养护又不及时，可能影响桥板强度。第三，某些施工单位或桥板专业制作单位为了缩短桥板制作时间，过早拆模移位。

2.4.2 施工方法方面

吊装时未考虑到空心板的承载能力和施工荷载的大小，吊装机械直接上桥作业。在放置空心桥板至过梁时用力不当。这两个原因是导致空心板开裂的外在诱因。

3 处理措施

3.1 提高混凝土内在质量方面

严格按照设计混凝土配合比施工。在混凝土的选料、配料、拌和、浇捣等方面，切实按照现行施工规范要求进行。加强混凝土空心板的养护。混凝土初凝后速用草袋覆盖，并经常洒水养护；同时向板孔心内充水，使空心板内外各个部位在规定的养护时间内都能经常保持湿润。

3.2 施工方法方面

严格控制桥板移动时间。桥板制作完成后，一定要到养护龄期才能移动。严格控制桥板的安装时间，不足28d龄期不得吊装。运输时应缓慢行驶，避免强烈震动；桥板吊装时，要保证轻起稳放；禁止野蛮施工。对发现的裂缝逐一凿开，用纤维混凝土按照有关规定进行修补。起重机械应利用施工围堰或临时便桥作为工作平台吊装作业，施工期间桥上严禁通车行人，以保证安全；起重机械必须上桥作业的，应至少在每一块需要承受活荷载的桥板下牢固地设立3个支撑，每个支撑均应具有独立承担板上最大活荷载的能力，以使桥板成为临时多跨连续梁；当吊车支腿无法支在多跨连续梁上时，应在支腿所在板下设立支撑。板下支撑不得撤销，直到桥面混凝土铺装层达到设计强度。

4 结语

某河治理工程在施工期间及时发现问题进行分析研究，并及时采取措施予以补救后，问题得到有效解决，后建桥梁空心板未再发现裂缝。当桥板长度>10.0m（包括10.0m）时，由于跨度加大，桥板的自重、动荷载加大，加上随着钢筋长度的增加，绝对伸长度就加大，增加了桥板裂缝的可能，因此，建议对于跨度10.0m（包括10.0m）以上的桥板，采用预应力桥板，这样可以有效地防止出现裂缝。

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2013-11-25

李 迪）