预应力混凝土连续箱梁裂缝分析与防治

王成军

（东营市公路勘察设计院有限公司，山东 东营 257091）

1 工程概况及裂缝现状

1.1 工程概况

桥梁位于某城市快速路，桥梁中心桩号为K3+452，桥跨布置为2 联3×32m，上部结构为预应力混凝土连续箱梁，单箱3 室结构，梁高1.6m；下部结构采用矩形桥墩，基础为桩基接承台基础，每个桥墩下设置了4 个钻孔灌注桩基础，桩径1.5m，各个墩桩长均为50m，该桥修建于2009 年，截至目前，该箱梁出现了少量的裂缝，主要分布在箱梁的底板、腹板和顶板。

1.2 裂缝现状分析

经过观察发现，该桥梁第二跨的底板出现了不同程度的纵向裂缝，且有的裂缝沿着底板的长度方向延伸比较长；在桥梁第一跨和第二跨的箱梁腹板位置出现了少量的斜裂缝，出现的位置比较集中，且深浅程度不一；另外，在箱梁的顶板、顶板结合处以及支座处都出现了不同程度的小裂缝。这些裂缝的产生都给该桥梁的正常使用带来了潜在的威胁，这与平时的养护以及施工和使用过程中的一些外在影响因素是分不开的，为能够更多地减少预应力混凝土连续箱梁裂缝的产生，应该从结构本身对裂缝产生的原因进行分析，并探索防治措施。

2 预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因分析

2.1 底板纵向裂缝产生的原因

根据力学知识可以得知，在荷载作用下箱梁的底板受拉，这就导致箱梁的底板在荷载的作用下会产生不同程度的弯曲，如果底板的混凝土保护层厚度不足，就会使外层混凝土保护层被空气中的二氧化碳腐蚀，进而使得结构表层被碳化，降低了混凝土本身的碱性【1】。在空气的作用下，一些氯化物逐渐进入到结构内，与结构中的钢筋表层发生反应，使得钢筋表面的氧化膜被破坏，导致钢筋和空气中的元素发生反应，使混凝土产生一定的膨胀作用从而胀裂，进而导致了底板裂缝的产生。另外，对于预应力钢筋的设置，很多设计者往往从预应力的性能出发，为了促进预应力能够充分发挥力学特性，将预应力的位置进行了少量的调整，进而降低了混凝土的保护层厚度，这也在很大程度上导致了连续箱梁底板裂缝的产生。

2.2 腹板斜裂缝产生的原因

斜裂缝就是平时所讲的剪切裂缝，该裂缝一般都出现在混凝土剪切应力较大的地方。通常来讲，在预应力混凝土连续箱梁结构中，支座处的剪力一般都比较大，所以极易产生剪切裂缝，随着荷载的不断作用和时间的推移，裂缝逐渐向两侧沿着一定的斜度方向蔓延，进而产生更多的斜裂缝【2】。

2.3 支座处弯曲裂缝产生的原因

预应力混凝土连续箱梁产生弯曲裂缝的情况比较常见，该类裂缝一般出现在支座处，主要原因是由于该处混凝土的正应力远远超过了拉应力，进而导致结构内部的压力分布出现了变化，使得受压区混凝土产生了裂缝，并随着时间和荷载的不断作用而向下延伸，形成弯曲裂缝。在一些特殊的情况下，由于某些外在荷载的作用或者结构本身的影响，致使混凝土的拉应力远远超出了它的抗拉极限，这成为出现弯曲裂缝的直接原因，如果此种裂缝不能得到及时修复，将会逐渐深入到腹板中，给结构带来巨大的破坏【3】。

3 预应力混凝土连续箱梁裂缝防治措施

3.1 合理设置混凝土保护层厚度

为了保证钢筋和混凝土之间的协同作用，设置一定的保护层是很有必要的，当对混凝土箱梁结构进行设计时，要严格根据规范要求和混凝土结构物的实际要求，设置足够的保护层，使得底板在受拉时不至于由于保护层薄而产生胀裂，进而保护内部的钢筋不受腐蚀。根据JTG 3362—2018《公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，梁、板等结构最外侧混凝土保护层厚度应该不小于表1 的规定。

表1 混凝土保护层最小厚度（梁、板、塔、拱圈、涵洞上部） mm

3.2 控制基础及支架模板的施工质量

预应力混凝土连续箱梁桥的主要承力结构为基础，所以，在施工中要严格控制基础的施工质量，通过各种方式来对基础进行加固处理，在施工时要对地基和基础的结构层进行严格的检测，确保其和设计一致，并保证其有足够的承载力，进而避免由于设计或者施工质量而产生的地基不均匀沉降等现象，因为一旦地基产生不均匀沉降，箱梁结构就会产生不同程度的裂缝，严重者甚至导致结构的断裂【4】。

预应力混凝土连续箱梁多为现浇结构，因此需要大规模的支架搭设。作为混凝土浇筑中的重要结构物，支架的质量直接关系混凝土浇筑的质量，这也在侧面影响了桥梁裂缝的产生。在进行支架的搭设时，要仔细检查支架的质量，对其强度及承载能力等方面进行严格的检测，确保其在使用过程中不会产生变形。支架搭设完成后，要根据结构受力进行必要的预压，消除地基和支架之间的非弹性变形，保证结构的安全性和稳定性。

3.3 做好预应力钢筋的设置安装和张拉

预应力钢筋是预应力混凝土连续箱梁的重要构件，在进行预应力管道的设置时，要严格控制其曲率半径的设计值，根据设计和计算要求控制预应力钢筋的弯曲曲率及线形。另外，在一定位置要适当增加底板的厚度或者加大其截面尺寸，进而有效预防结构纵向裂缝的产生。

预应力的张拉也是一项十分重要的工程，在张拉过程中，要严格遵循张拉工艺的要求，保证伸长率满足结构的实际要求，不可过度张拉。当同一截面预应力管道过多时，要分批次进行张拉，张拉完成并检查合格后要及时对管道进行注浆处理，切记不要过早注浆，否则会严重影响钢筋的弹性模量，进而导致后期结构的变形及混凝土的开裂。

3.4 做好混凝土的拌和及养护

混凝土材料的质量是结构整体质量的根本，因此，在混凝土的拌和阶段就要严格控制其材料的比例和质量。在初期材料的选购上，要保证其符合国家规定的质量要求，在拌和时，严格根据要求控制混合材料的比例，在搅拌时，对于搅拌的力度和速度也要满足要求，进而从根本上保证混凝土的质量。混凝土浇筑之后要做好必要的养护，根据相关的养护规范及现场环境和气候的影响等因素，选择合理的养护方案，并保证其达到一定的养护期，在达到强度要求后再进行使用，进而确保结构的稳定性，避免结构裂缝的产生。

4 结语

综合上述分析可知，预应力混凝土连续箱梁出现裂缝的种类比较多，其产生裂缝的原因也是多种多样的，涉及桥梁从建设到使用的各个阶段，这就要求技术人员对其施工加以重视，在设计阶段、施工阶段、养护及使用阶段都应该严格遵守相关要求及规定，保证桥梁的正常使用。