高寒干旱地区钢筋混凝土简支箱梁翼板裂缝病害分析与防治

覃世创

湖北省路桥集团有限公司，湖北武汉 445800

高寒干旱地区气候环境相对较为特殊，区域内很多桥梁有不同形式裂缝。混凝土简支箱梁截面形式为箱型，结构性能良好，被广泛应用于现代桥梁建设中。随着道路等级的提高以及交通运输需求变化，城市桥梁建设中钢筋混凝土箱梁桥数量越来越多。钢筋混凝土简支箱梁翼板裂缝病害的出现不仅威胁到桥梁的安全和使用寿命，甚至威胁行车的安全，必须要做好对高寒干旱地区钢筋混凝土简支箱梁翼板裂缝的分析，制定针对性的防治策略，实现对裂缝病害的有效处理，最大限度减少裂缝病害的影响，本文就此展开了研究分析。

1 工程概况

本工程项目位于我国北方，气候干燥，空气湿度小，正是因为这种环境气候特点，很多桥梁存在有不同形式裂缝。桥跨结构为30m箱梁，钻孔灌注桩基础。混凝土强度等级为C50，施工季节在夏季，利用大流态泵送分两次浇筑完成，第一次浇筑腹板和底板，第二次浇筑顶板，将接茬面布置在腹板与翼缘板交界位置。两次浇筑间隔10d。箱梁混凝土浇筑完成1个月左右时间，观察箱梁悬臂板底，存在有非常多裂缝，肉眼可见，形成有碳酸钙。这些裂缝有以下几个特点：第一，裂缝从翼板根部延伸，与箱梁中心线垂直，裂缝长度大小不一致，宽度在0.07～0.25mm左右，悬臂根部裂缝最多，悬臂端裂缝逐渐减少，裂缝之间的间隔大约在1～2m；第二，裂缝多出现在箱梁翼板地面，观察桥面未发现裂缝，裂缝位置未出现漏水，表明裂缝非贯穿裂缝；第三，裂缝顺整跨分布相对较为均匀，未集中出现在跨中等位置。

2 裂缝成因分析

箱梁翼板位置存在复杂的应力状态，裂缝的出现，不仅受到箱梁翼板纵向应力计算方法可靠性因素影响，同时还与施工环境、工艺以及技术等因素联系密切。也就是说，箱梁翼板裂缝的出现可能有以下两个方面因素：第一，因为结构的变化出现裂缝；第二，在外荷载作用下因为结构次应力产生裂缝。

结构变形会受到不均匀沉降、温度变化等因素影响，如果这些变形因素约束未得到满足，会有应力出现，应力增大到一定程度产生裂缝。

第一，不均匀沉降。本项目简支梁桥梁基础为端承桩，不均匀沉降发生率不是很大。另外，简支梁即使有不均匀沉降出现，沉降量相对较小，翼板下缘位置不会有太多不规则裂缝出现。

第二，温度变化裂缝。混凝土浇筑后混凝土会产生较大热量，非常容易因为水化热不均匀收缩出现自约束应力。混凝土内部出现压应力，面层产生拉应力，如果拉应力过大时，混凝土表面将会有裂缝出现；在混凝土拆模时，如果存在较大昼夜温差，混凝土表面容易有温度冲击情况出现，浇筑初期，水化热会产生非常大拉应力，未做好拆模时机的选择，混凝土表明温度过高，拆除模板时气温迅速下降，出现温度梯度，在这种情况下，混凝土表明会多一层拉应力。早期混凝土表明弹性模量和强度相对较低，容易开裂。

第三，还存在混凝土收缩裂缝。混凝土收缩产生的应力非常容易引起结构变形，进而产生裂缝。混凝土干燥失水同样会出现收缩，随着时间的增长，收缩明显增加，变形无法恢复。混凝土收缩情况的出现主要是因为水泥石，通过控制水泥石含量方式能够实现对混凝土收缩的有效控制，如果混凝土中使用过多水泥石，将会产生非常大收缩量。本工程箱梁选择大流态泵送混凝土浇筑方式，有较大坍落度，水泥用量多，同样会很大程度上增大收缩量。

另外，因为间支箱梁分两次浇筑，顶板混凝土浇筑时底板和腹板混凝土已经基本达到设计强度，先浇筑的混凝土已经产生一定收缩，两层混凝土因为收缩不同步，顶板混凝土的收缩会一定程度上受到腹板混凝土约束，当约束力所产生的应力超过混凝土极限抗拉强度时，将会有横向裂缝出现。在翼板根部位置有非常大约束应力，其余地方约束应力逐渐减少，这一特点与本次工程裂缝类型有非常大相似性。

因此，本项目裂缝的出现主要受温度和混凝土收缩影响，简支箱梁选择C50强度混凝土，因为强度等级高，水泥水化热会产生非常大收缩。另外，腹板混凝土会一定程度上约束顶板混凝土收缩，进而有裂缝出现。

3 箱梁翼板结构裂缝评估和防治

3.1 箱梁翼板结构裂缝评估

分析翼板裂缝特征和成因，同时与检测结果相结合，翼板裂缝属于未贯穿裂缝，表面相对较宽，裂缝深度在30～50mm间，裂缝的出现不会过多的影响到结构受力。从结构耐久性角度出发，为了减少裂缝对整个结构的影响，对裂缝宽度超过1mm，长度超过500mm的裂缝采取针对性的处理措施，本次选择化学灌浆处理，其余裂缝选择表面封闭处理方式。

3.2 裂缝防治措施

3.2.1 在设计方面

第一，普通钢筋混凝土结构设计混凝土强度尽量控制在C40以下，随着强度等级的升高，混凝土将会出现较大收缩，进而产生裂缝。

第二，设计过程中需要对箱梁翼缘板中剪滞效应有充分考虑，虽然剪滞效应的出现并非间支箱梁翼缘板裂缝主要原因，但是如果未对剪滞力有充分考虑，将非常容易加重箱梁裂缝。

第三，箱梁翼缘板位置有十分复杂受力，尤其在肋和板交界位置，应力状态十分复杂，在设计过程中，适当增加翼缘板下缘纵向构造筋，降低翼缘板裂缝病害发生率。

3.2.2 在施工方面

第一，优化混凝土配合比。混凝土收缩的出现很大程度上受到水泥石影响，在施工过程中适当减少水泥石含量，能够实现对收缩问题的有效控制，因此，在混凝土配合比设计过程中尽量减少水泥用量，可选择混凝土双掺技术等辅助施工。集料能够一定程度上限制水泥石收缩，集料数量对混凝土收缩同样有非常大影响，在集料选择方面，尽量选择花岗岩等弹性模量较高碎石。

第二，减少箱梁顶板和底板、腹板浇筑时间间隔。顶板与底板、腹板浇筑时间过长同样容易使简支箱梁翼缘板开裂，主要是因为两个位置混凝土收缩不同步，因此，想要降低腹板和底板对顶板混凝土约束应力，必须要适当减少浇筑时间间隔，以5d以内为宜。

第三，精心养护，适当延长养护时间。重视顶板混凝土的养护，尤其注意保持翼板位置湿润。混凝土早期养护需要从外界吸收一定的水分，如果水分供应不足，就会出现干缩等情况。随着时间的增长，混凝土干缩会越来越明显，很多干缩出现在初期阶段，这一阶段混凝土强度相对较小，容易有裂缝出现。适当延长混凝土养护时间，可以使干缩发生得到一定的推迟，但是无法减少干缩期。做好养护工作，混凝土抗拉强度超过干缩应力后，就可以不用潮湿养护，混凝土不会有开裂情况出现，达到相应的养护效果。也就是说，通过延长潮湿养护时间方式，能够使混凝土收缩有明显推迟，混凝土具有更高的强度，降低收缩过程中裂缝发生率。

第四，确定拆模时间，做好拆模后保温工作。混凝土裂缝多属于表面裂缝，深浅不一，这些裂缝的出现很大程度上受到温度梯度因素影响，如果温度骤降，将非常容易形成裂缝，因此，做好混凝土表面保温工作，对裂缝的预防有积极影响。

为了提高施工效率，施工中往往拆模时间快，在这种情况下，混凝土抗温度变化能力不是很强，容易出现裂缝。受到水化热影响，模板拆除前其表面温度一般高于外界环境温度，模板拆除后，混凝土表面直接接触空气，温度迅速下降，这种温差情况的出现会在混凝土表面产生较大拉应力，进而产生裂缝。拆模尽量选择气温较高时间，比如中午，最大限度降低混凝土与外界温差，模板拆除后，还需要使用草帘等及时覆盖混凝土表明，取得保湿、保温效果。

4 结语

混凝土裂缝的出现与不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩、浇筑间隔等因素有关，针对高寒干旱地区钢筋混凝土简支箱梁翼板裂缝病害，必须要做好病害原因的分析，结合分析结果，选择针对性的防治措施，从混凝土配合比、浇筑时间间隔、养护、拆模等方面出发，减少混凝土简支箱梁翼板裂缝病害，提高简支箱梁翼板结构强度和安全性，取得理想的施工效果。