现浇简支箱梁施工期裂缝成因及预防措施研究

蔡延喜

【摘 要】预应力现浇简支箱梁因混凝土体量大、施工时间长等原因，施工期间极易产生混凝土裂缝，影响桥梁的外观及耐久性，甚至对结构的安全性产生负面影响。本文就现浇箱梁施工期裂缝成因进行分析，提出改进及预防措施，供桥梁工程建设者参考。

【关键词】现浇箱梁；混凝土；裂缝；预防措施

0 前言

近年来我国公路桥梁工程迅速发展，预应力现浇简支箱梁结构得到了广泛应用，尤其是单孔跨径40-50m时，现浇箱梁承载力强、结构轻盈的优点得到了很好的体现。但因现浇箱梁混凝土体量大、施工时间长等原因，施工期间极易产生混凝土裂缝，影响桥梁的外观及耐久性，甚至对结构的安全性产生负面影响。本文以某桥梁工程为例，就施工期裂缝成因和预防措施展开研究。

1 工程案例简述

1.1 设计说明

某特大桥工程上跨河道，为满足通航及泄洪要求，主桥为70m+120m+70m连续刚构，引桥跨越两侧堤防采用50m预应力混凝土现浇简支箱梁，其余孔跨上部结构为30m、35m跨径先简支后连续T梁，桥梁全长1438m。引桥50m箱梁分别跨越13#孔、21#孔，左右幅共计4片，结构为单箱单室直腹板截面，单幅箱梁顶宽12.24m，底宽6.5m，梁高2.8m，箱梁顶板厚0.3m，箱梁底板厚0.28m，腹板厚度在0.5m和0.7m之间根据剪力大小变化。箱梁截面图如图1。

1.2 施工及裂缝情况简述

50m现浇箱梁采用满堂支架，结合河堤地形地基处理为阶梯状，河堤上设置高4.5m、宽3.5m的门洞通道。满堂支架采用碗扣式多功能脚手杆搭设，根据翼板、底板、腹板、梁端等位置不同的荷载要求布设脚手架间距，确保支架强度、刚度及稳定性满足要求。

1.2.1 第13#孔左幅箱梁

首先施工的是第13#孔左幅箱梁，分两次浇筑成型，第一次浇筑至底板倒角顶面向上0.2m，第二次浇筑剩余部分，浇筑示意图如图2。2016年12月24日，箱梁浇筑第一次混凝土，总计148方；浇筑方向为顺桥向由跨中向两端分层浇筑，横桥向由低边向高边分层对称浇筑。2017年1月10日，浇筑第二次混凝土，总计324方。

模板拆除后，发现箱梁内部腹板及顶板局部存在裂缝，腹板产生竖向裂缝59条，分布较均匀，裂缝多数由二次浇注施工缝起、至腹板顶板倒角处，其中部分延伸至顶板。腹板外侧也有竖向裂缝，但数量较少、宽度较窄。

1.2.2 第21#孔左幅箱梁

第21#孔左幅箱梁，分两次浇筑成型，第一次浇注至顶板倒角底面向下0.2m，第二次浇筑剩余部分，浇筑示意图如图3。2017年1月13日，箱梁浇筑第一次混凝土，总计208方；浇筑方向顺桥向由跨中向兩端分层浇筑，横桥向由低边向高边分层对称浇筑。2017年1月21日，浇筑第二次混凝土，总计268方。

模板拆除后，发现箱梁内侧第二次浇筑腹板及顶板局部存在裂缝，腹板产生竖向裂缝16条，分布不均匀，裂缝多数由二次浇注施工缝起、至腹板顶板倒角处，其中部分延伸至顶板。腹板外侧也有竖向裂缝，但数量较少、宽度较窄。

2 现浇箱梁施工期裂缝成因分析

2.1 施工工艺导致的收缩裂缝

1）施工缝位置不合理。裂缝主要分布在施工缝上方第二次浇筑混凝土的范围内，第一次浇筑的底板及腹部部分基本无裂缝，这与现浇箱梁分两次浇筑的施工工艺有关。相比于第21#孔箱梁，第13#孔箱梁施工缝位置更靠近底板，腹板大部及顶板均为第二次浇筑，其裂缝分布特征恰好证明施工缝设置不合理。

2）两次浇筑时间间隔过长。箱梁两次浇筑间隔时间较长，第13#孔箱梁浇筑间隔长达17天，在第二次浇筑混凝土时，第一次浇筑混凝土的收缩徐变基本完成，已产生较大刚度，而上部的混凝土在终凝后的收缩徐变过程中受到下部混凝土的约束，在施工缝位置的结合面产生较大应力，导致上部混凝土产生竖向裂缝。

2.2 温度裂缝

箱梁箱室内侧裂缝明显比箱室外侧严重，说明箱室内部的封闭空间助长了裂缝的产生和发展。箱梁第一次浇筑完成时，底板与腹板未形成封闭空间，混凝土水化热得到了较好的散发，未对混凝土裂缝产生实质影响。但第二次浇筑完成后，箱室内部形成封闭空间，且通风口设置不足，混凝土产生的水化热未得到有效散发，导致箱室内部温度较高，在约60℃的环境下混凝土完成了终凝，待温度降至正常水平时，混凝土表面产生裂缝。

2.3 支架变形不均匀

现浇箱梁的满堂支架进行了严格的地基处理，换填石渣、浇筑混凝土，并通过了力学验算，地基承载力满足施工期间的荷载要求，经过实地测量，支架地基也未产生明显沉降，可以排除地基沉降导致的结构性裂缝。但是，由于河堤的地形较为特殊，支架基础为阶梯状，如图4。箱梁端部钢管支架高达15m；箱梁中部支架位于河堤正上方，且使用刚度较大的型钢设置了4.5m高的通道，其上部钢管支架高度仅3m左右。虽然采取预压措施消除了支架的非弹性变形，但无法消除支架的弹性变形，施工期间支架两端与跨中的弹性变形有明显差异，助长了裂缝的发展。

2.4 拆模及养护不及时

箱梁第一浇筑混凝土后，在底板上表面及腹板施工缝位置洒水，水分可以顺模板与混凝土之间的缝隙渗透至混凝土表面，基本达到养护要求；第二次浇筑混凝土后，箱梁形成整体，仅可对顶板上表面洒水，箱室内侧及翼板下方支架密布，拆模较慢，无法及时洒水，导致养护效果不佳，在一定程度上助长了裂缝的产生和发展。

3 裂缝预防措施及实例验证

3.1 裂缝预防措施

3.1.1 改进施工工艺

现浇箱梁施工工艺优先选择一次浇注成型，避免上下部混凝土的刚度差异及收缩裂缝。当施工条件受限箱梁需通过二次浇筑成型时，应合理设置施工缝，将底板、腹板等结构主要受力部分一次浇筑完成，仅顶板部分为二次浇筑，并尽量缩短两次浇筑的间隔时间。

3.1.2 采取降温措施

箱梁箱室内温度过高是温度裂缝的主要原因之一，降低箱室温度的措施主要有通风和洒水。箱梁腹板一般设计有直径8cm左右的通气孔，其通风效果不足以达到降温要求；在不影响结构受力的前提下，可在梁体两端横梁对称增设直径15cm左右的通风孔若干个，达到通风降温的目的。另外，在混凝土浇筑完成后，安排人员对箱室内洒水降温，并保持人孔开放。

3.1.3 合理布置支架

支架设计时不仅要考虑强度、刚度、地基承载力，还需要关注支架的弹性变形，尤其是跨越河堤的箱梁支架高度差异较大，强度、刚度相同的情况下弹性变形有明显变化，在支架设计时应着重考虑。采取加固、加强等措施，使得箱梁施工过程中的支架变形保持一致。

3.2 工程实例验证

根据该项目左幅第13#孔、第21#孔现浇箱梁的裂缝状况，在右幅2片现浇箱梁施工时采取了相对应的预防措施：施工缝位置与第21#孔左幅箱梁相同，作为主要受力结构的底板、腹板在第一次浇筑范围；加快支架、模板、钢筋等施工速度，两次浇筑间隔控制在7天以内；在箱梁端部横梁对称设置4个直径15cm的通风孔；浇筑完成后，保持人孔敞开，并对箱室内洒水降温，控制最高温度在40℃以下；对满堂支架进行了变形量计算，保持支架整体变形一致。

该特大桥右幅2片箱梁拆模后，安排技术人员检测了裂缝的分布情况，包括数量、长度、宽度、深度等指标，均有明显改善。仅在箱梁顶板局部有少量裂缝，且裂缝宽度均在0.15mm以内，符合规范要求。

4 结束语

通过对预应力现浇简支箱梁施工期间裂缝成因的分析和研究，找出了产生裂缝的主要原因和相对应的预防措施，有效的控制了该特大桥工程后续施工现浇箱梁的裂缝，工程质量得到显著改观。希望本文能够给类似工程的技术人员一些参考和启发，为预应力现浇箱梁的施工方案提供理论和实践依据，大大降低箱梁施工期裂缝的产生几率，为我国桥梁工程的建设起到良好作用。

【参考文献】

[1]JTG/T F50-2011.《公路橋涵施工技术规范》[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG F80/1-2004.《公路工程质量检验评定标准》[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]刘松平.钢筋混凝土桥梁裂缝成因分析与加固措施研究[D].浙江大学，2012.

[责任编辑：田吉捷]