预应力箱梁裂缝成因与防治探析

何雄刚

（山西交通职业技术学院 公路工程系， 山西 太原 030031）

1 工程概况

某高速公路在建桥梁，全长126m，桥面设计宽度为27m，桥梁上部结构采用预应力箱梁结构，下部结构采用双墩与桩基础结构。结合设计与施工现场基本情况，施工中采用后张法进行施工。在施工过程中，发现个别预应力箱梁梁体出现裂缝。为了保证施工质量，对箱梁裂缝的种类和成因进行分析，并结合施工现场实际情况采取措施进行防治。

2 预应力箱梁裂缝的类型

2.1 弯曲裂缝

外部荷载作用到混凝土箱梁上，当荷载应力超过箱梁结构抗拉强度时，出现弯曲裂缝。箱梁底部为正弯矩区，顶部为负弯矩区，这两个区域容易出现弯曲裂缝。正弯矩区的裂缝往往贯穿整个底板，甚至扩展到腹板。在分段式箱梁结构中，弯曲裂缝常见于接缝处或接缝附近。

2.2 剪切裂缝

剪切裂缝出现在箱梁腹板上，呈45°角倾斜，通常出现在剪应力较大的支座附近。腹板处的剪切裂缝会使箱梁结构出现疲劳破坏，腹板钢筋在荷载应力作用下可能出现屈服变形，进而导致箱梁底部出现变形错位。预应力箱梁施工完成后，混凝土由于长期受力产生徐变，随着变形的增加，造成腹板剪应力不断增大，导致裂缝产生。随着裂缝的不断发展，裂缝不断向箱梁受压区域扩展，数量也不断增加。

2.3 顶板裂缝

顶板裂缝通常出现在腹板与顶板相交处或接缝位置，随机分布，一般呈平行线状的表层裂缝，开裂严重时局部混凝土存在碎裂情况。另外，在梁体混凝土负弯矩区，梁体顶面易出现横向水平裂缝，在接缝位置和锚固区域也容易产生裂缝。

3 梁体裂缝成因分析

3.1 材料方面因素

原材料质量直接决定预应力箱梁的施工质量，梁体开裂是预应力箱梁施工质量问题的重要表现之一。如混凝土中水泥标号选择不当，掺量过高或过低，都会影响混凝土强度，过低混凝土强度达不到要求，过高会产生较多的水化热，使混凝土内部温度不断上升，体积增大，温度释放后会产生较大的温缩变形，使梁体产生温缩开裂。另外，如果在施工过程中选用了不合格的集料，没有对混凝土配合比进行验证，都会影响梁体混凝土的施工质量，造成梁体开裂。

3.2 结构设计因素

预应力箱梁结构设计在很大程度上决定着施工质量，因此在设计环节必须对箱梁结构设计的合理性进行论证，并对各施工细节进行有效管控。在箱梁设计过程中，应充分考虑箱梁裂缝的影响因素，优化结构设计。设计过程中对箱梁的施工技术要点进行设计与说明，明确施工方案设计重点。组织施工技术人员进行图纸会审，查找设计图纸中存在的缺陷和漏洞，保证预应力箱梁施工高质量完成，有效防止梁体开裂。

3.3 施工工艺因素

在预应力箱梁施工过程中，没有对各重要施工环节进行全面的施工质量管控，导致施工质量不合格，是造成梁体开裂的主要原因之一，主要表现在以下几个方面：

（1）混凝土拌制过程中拌和时间和水灰比控制不当。混凝土拌和时间不足，拌和不均匀，直接影响混凝土的使用性能。水灰比超出了规定范围，造成混凝土出现干缩等问题，导致产生裂缝。

（2）混凝土施工过程中质量控制不当。混凝土浇筑均匀性控制不当，没有按照要求进行振捣，振捣不充分，混凝土不密实，都会造成梁体混凝土开裂。

（3）混凝土养护不合理。混凝土养护应根据要求进行保水保湿养护，保证养护的及时性，混凝土浇筑完成后及时进行养护。天气炎热时注意覆盖，洒水保湿养护，防止出现干缩裂缝。昼夜温差较大时，应注意保温，保证混凝土强度增长。混凝土养生不及时、温度和湿度控制不当，混凝土表面会产生不同程度的干缩裂缝或温度裂缝。

3.4 其他方面因素

除以上因素以外，施工中对预应力箱梁的各类参数计算的准确性，对梁体的日常保护和管理，张拉应力控制，施工中所使用的机械设备和工具等，都是造成梁体开裂的影响因素之一。另外，交通荷载对梁体施加的荷载压力，在长时间作用下也会导致梁体开裂。预应力箱梁在长期使用下，在受到荷载等因素的综合作用下，会出现预应力松弛、混凝土结构变形等情况，造成梁体开裂。

4 预应力箱梁裂缝防治措施

4.1 严格控制原材料质量

根据桥梁工程设计要求选取原材料，并对进场原材料进行严格的质量检测，合格后方可选用。水泥、骨料等原材料进场前必须由合格证或检测报告，各类原材料应分开堆放，材料应存放在干燥通风处，防止水泥受潮变质。严格配合比设计，准确确定级配和混凝土配合比。根据施工现场原材料的含水量，确定施工配合比。

4.2 做好施工质量控制

在施工过程中严格控制箱梁施工质量，保证混凝土施工质量。混凝土拌制过程中严格控制各原材料的加入量，不得人为改变材料用量，以保证混凝土配合比准确。严格控制混凝土的水灰比，保证各类外加剂掺量符合要求。混凝土拌和时间不得少于2min，保证拌和均匀。混凝土浇筑前注意观测天气，应尽量在早上或下午温度稍低时浇筑，防止产生温缩裂缝。混凝土振捣应采用插入式振捣器，注意控制振捣间距、振捣深度，并防止出现过振。做好混凝土养护，应采用洒水覆盖养护，保证温度和湿度符合要求。

4.3 优化箱梁设计方案

优化预应力混凝土箱梁结构设计，在设计环节防止混凝土裂缝。结合施工现场实际情况，优化箱梁结构设计，并在施工过程中制定科学合理的施工方案。通过对预应力箱梁结构进行优化，并优化施工方案，可有效防止箱梁梁体开裂。

4.4 做好施工管理

在桥梁施工过程中，制定科学合理的施工方案，做好施工管理。结合预应力箱梁梁体开裂的产生原因，对整个施工过程进行全面管理，做好裂缝防治。加强管理，提高管理水平，加强对钢筋绑扎、混凝土浇筑等各个施工工序加强管理。优化管理方法，建立一套完善的管理体系，组建一支高水平的管理队伍，并在施工过程中加强管理制度落实，确实提高管理质量，避免梁体产生裂缝。

5 结语

综上所述，预应力箱梁结构受力状态复杂，在梁体顶板、腹板和底板上会出现不同类型的裂缝，降低结构强度，影响整体质量。由于预应力箱梁结构设计不合理、施工管控不当、原材料不合格等原因，会造成箱梁梁体开裂，应在设计与施工过程中加强管理，保证箱梁结构与施工质量符合要求。在原材料进场后进行严格的质量检验，优化箱梁结构设计，制定科学合理的质量控制方案，在施工过程中做好质量控制，消除设计与施工中存在的质量和安全隐患，确实提高预应力箱梁的施工质量，有效预防梁体裂缝的产生。