探究连续刚构桥梁裂缝形成原因及防治策略

白建雄

贵州路桥集团有限公司 贵州 贵阳 550000

虽然连续刚构桥拥有伸缩缝少、刚度大、平顺性好等特点，但受跨径大以及预应力体系复杂等问题影响，容易出现箱梁裂缝等相关状况，且开裂区域通常为箱梁顶板、腹板、底板等，不利于桥梁整体安全性。所以，怎样防治裂缝情况，属于连续刚构桥施工需要重点解决的问题。

1 连续刚构桥优势与不足

对于连续刚构桥而言，其主要整合了连续梁桥以及T形刚构桥所涉及的受力特征[1]。近年来，在大吨位锚固构件广泛运用与混凝土性能不断加强的背景下，连续刚构桥实现了较好的发展。但在大量修建此类桥梁之后，受前期施工等相关因素的影响，后期运营时经常出现病害，结构裂缝属于其中最为常见的类型之一，且多发生于箱梁位置，不利于桥梁安全性、可靠性。所以，连续钢构桥施工时，需加强对施工质量的控制，降低裂缝的形成。

2 工程概况

某桥梁处在四川丘陵地区，全长193m。该桥梁在上部结构方面选取预应力混凝土连续箱梁，顶宽、底宽以及梁高分别为19.3m、8.5m、6.4-3.0m。具体设计过程中，载荷确定为公路I级，地震烈度VII级。对于箱梁顶面而言，设计了钢筋混凝土调平层，厚度为6cm，然后按照顺序对防水层、沥青混凝土层予以了设置，最终厚度10cm。该工程正式动工的时间为2015年7月，2017年9月通车，图1为具体的施工工艺流程。在主桥钢构过程中，发现箱梁腹板出现裂缝的情况，一些裂缝闭合。裂缝具体表现为45°斜向状态，长度50—290cm，宽度0.01—0.26mm。

图1 主梁施工工艺流程

3 连续刚构桥裂缝的形成原因

3.1 混凝土浇筑

本连续刚构桥项目在具体施工中，对施工质量进行了严格控制，混凝土拌和站到主桥施工的运输时间不超过10min，所以不涉及运输混凝土方面的问题。具体问题主要有以下几点：第一，混凝土在浇筑周期方面存在偏长的情况，当混凝土初凝结束后，因上部分持续浇筑，再加上扰动、加载的共同作用，久而久之便产生了裂缝。第二，浇筑过程中随意添加水分，改变了配合比，水分主要被蒸发掉，则会引发混凝体收缩裂缝的问题出现。第三，浇筑振捣十分耗时，混凝土骨料分层现象极易出现，同时导致强度不均，而上层细骨料会造成收缩裂缝问题出现。第四，浇筑振捣时间不长，会导致混凝土强度不均，促使收缩裂缝问题出现。

3.2 预应力张拉

第一，张拉顶板下弯预应力时，只能在腹板中植入少量钢筋，预应力钢束刚度与标准不相符，进而造成纵向顶板预应力管道无法正确定位，诱发腹板逐渐出现裂缝。第二，受桥梁0#块高度的影响，采取先纵向后竖向的方式开展张拉预应力分段施工，可能会引起水平裂缝。第三，施工初始阶段，桥梁0#-1#块预应力张拉龄期方面存在不足的情况，使得混凝土强度等不符合要求，并且预应力锚固端会因为混凝土收缩引起斜向裂缝。第四，桥梁0#-1#块产生腹板斜裂缝后，通过分析判断塑料波纹管属于引起主拉应力增大的根本原因。具体施工中，塑料波纹管外径大、管壁薄，且浇筑时已变形，难以实现预先设计的混凝土保护层厚度，导致管道处应力集中，受主拉应力作用影响，混凝土出现和管道平行的开裂，虽然现阶段运用的真空压浆工艺，但难以实现100%效果。

3.3 后期养护

当混凝土浇筑完成后，如果遇到气温较高的天气，会导致混凝土内的水分出现迅速蒸发的情况，若此时不及时养护，那么就会导致水泥颗粒难以实现顺利的水化，不利于黏结力的提高，进而出现脱粉的问题。同时，混凝土中的水分蒸发时间太早，不能形成稳定结晶，促使其发生变形，引发干缩裂纹。

4 连续刚构桥桥梁裂缝的防治策略建议

4.1 增强混凝土质量

钢纤维是一种强度高、韧性好的短纤维材料，将其加入到混凝土中，可以显著提高混凝土的抗拉强度、韧性和抗冲击性等力学性能。实验研究表明，钢纤维混凝土的抗拉强度可提高 20%-50%，韧性提高 50%-100%，抗冲击性提高 50%-70%。这意味着，在同样强度等级的混凝土中，添加钢纤维后的混凝土具有更好的抗裂性能和耐久性能。钢纤维混凝土的抗拉强度提高，主要是因为钢纤维在混凝土中起到桥接作用。当混凝土受到拉应力时，钢纤维能够传递和分散拉应力，从而提高混凝土的抗拉强度。同时，在钢纤维混凝土中，钢纤维可以阻止混凝土裂缝的扩展，并通过断裂面的摩擦作用，使混凝土在断裂过程中消耗更多的能量，从而提高混凝土的韧性和抗冲击性[2]。另外，钢纤维混凝土的抗裂性能和耐久性能也得到了显著提高，原因在于钢纤维的加入可以限制裂缝的形成与演变。一方面，钢纤维能够分散混凝土内部应力，降低裂缝尖端的应力集中程度，从而延缓裂缝的产生。另一方面，钢纤维可以增强混凝土的抗渗性能，减少水分渗透对混凝土内部结构的侵蚀，延长混凝土的使用寿命。

值得注意的是，钢纤维的加入对混凝土的力学性能提高并非越多越好。在混凝土中添加适量的钢纤维（通常为水泥质量的 1%-5%）可以达到较好的效果。过多的钢纤维会导致混凝土的流动性和可泵性降低，影响混凝土的施工性能。此外，过高的钢纤维含量还可能会导致混凝土内部应力集中，反而降低其抗拉强度和韧性。

4.2 做好混凝土浇筑工作

根据本连续钢构桥梁项目的施工特点，选取以下方式对混凝土裂缝问题进行防治：第一，为避免模板变形，选用钢模板，且定期进行检查和更换，并对加密模板板肋予以加密处理。当发现存在问题的模板后，需及时处理。第二，挂篮变形过大会引起浇筑段混凝土变形，所以挂篮变形控制需要严格执行《公路桥涵施工技术规范》之中的要求，即最大变形不可超过20mm。对混凝土进行具体浇筑时，若该块段混凝土浇筑时间高于混凝土初凝时间，那么就可能引起底板已浇筑混凝土接缝位置出现变形的情况，最终形成裂缝，具体见图2。

图2 浇筑块段变形示意图

第三，浇筑箱梁在浇筑过程中并未选择推移式连续浇筑法，而是运用分层连续浇筑法。两种浇筑方法见图3、图4。具体浇筑顺序参考图中的数字序号。

图3 分层连续浇筑法

图4 推移式连续浇筑法

对于分层连续浇筑而言，有利于振捣，以及让大体积混凝土浇筑块温升能够实现有效的降低。具体应用时，需重视合理控制悬臂两端对称浇筑，并严格遵循《公路桥涵施工技术规范》内设置的具体规定，对悬臂不平衡载荷差值进行科学的控制，使之处在块段重量的25%内，当存在不平衡的问题时，会导致载荷上升，使得0#块弯矩缺乏平衡性，在主墩连接之处可见裂缝[3]。在实际浇筑时，需要将间隔时间减少，确保能够在前层初凝前结束混凝土浇筑工作，这样就不会出现受间隔时间长影响产生的“冷缝”。同时，在层间间隔时间方面，需要按照相关要求与标准，将贯入阻力值3.5MPa时混凝土表现出来的初凝时间为基础。实际浇筑过程中，需先对外侧混凝土开展相应的浇筑工作，使得挂篮不会出现变形的趋势，避免接缝处混凝土在扰动情况下出现裂缝，图5为浇筑示意图。

图5 悬臂施工混凝土浇筑

第四，混凝土配合比需对水泥水化热进行综合考虑。在水泥水化作用过程中，会形成许多热量，导致混凝土内部温度也随之提高。基于此种情况，大体积混凝土表面会形成温度应力，让还处在凝结硬化状态中的混凝土出现裂缝，所以水利可选用矿渣水泥，根据合理范围添加粉煤灰。同时，要想让水化热得到有效降低，需运用缓凝高效减水剂，让温峰的出现推迟。对于本连续钢构桥梁项目而言，需要对水温、水冷机组进行严格检查，保证入模温度高于30℃。因为桥梁悬臂偏长，温度变化引起的标高变化偏大，受竖向、横向等的干扰，结构性偏差会增大。本桥梁的所有立模，都需要对温度效应进行综合考虑，对i+1块段开展立模工作的过程中，应重视温度效应对i块施加的向下挠度fT，不然会导致接缝处出现fT凸起，最终形成裂缝。第五，确保混凝土振捣质量，设置充足的现场施工人员，确保能够迅速完成振捣工作，体现出密实混凝土以及提高混凝土强度等相关作用，并将混凝土内包含的空气排出，防止产生蜂窝麻面等[4]。具体而言，混凝土在浇筑时间方面需控制在6-7h内完成。具体振捣时，如果选用的振捣器为插入式，则需要避免与模板之间出现距离过近和过远的情况，即不可超过振捣器有效作用半径的0.5倍，不然会与预埋件、钢筋等发生碰撞的情况。对于开窗位置的高度而言，需要设置在内模的1/3抑或是2/3处，以便于混凝土振捣。另外，应设置4个振捣孔，振捣时间为25s，混凝土没有展现出较为明显的下沉后，方可停止振捣。

4.3 预应力张拉控制

施工单位需要做好控制工作，确保预应力的张拉时间合理，在这一过程中，混凝土期龄应保持在1周以上。就混凝土弹性模量来说，加载龄期是主要影响因素，其越早那么则越低，再联合材料力学相关知识，得知，在施工过程中，弹性模量结构越小，那么变形风险则越大[5]；对于混凝土材料来讲，徐变系数终值、张拉龄期紧密度越高，张拉龄期和终值成正比，前者越早后者越大，如此，在运营中则会出现下挠的情况。与此同时，张拉时间太早，也会导致悬臂两段拱起来，随着张拉的影像部，悬臂两段的标高越来越大；采用悬臂浇筑法，必须重视预应力，当锚固区混凝土承受到压力后，便会引发混凝土徐变现象。其中，混凝土抗压抗拉强度和加载龄期长短息息相关，两则成反比，后者越短，前者越强，同时具有较大的变系数，锚头前混凝土徐变会导致之后的混凝土产生拉应力。若是锚后受拉区缺乏充足的钢筋配筋量，锚固区便会逐渐形成裂缝。所以，应对加载龄期引起密切关注，以免出现裂缝。

除此之外，混凝土早期力学性能中，很容易受到外界诸多因素的影响，以CEB-FIP相关混凝土抗压强计算公式为基础，如果把龄期设置成7天，同时快硬、普通、慢硬水泥结构都有一定强度，只有设计标准强度的46.8%、60.6%、67.0%，与要求的80%还有一定距离。

在上述公式中，s指的是水泥类型系数，慢硬水泥0.38，普通以及快硬水泥0.28，高强快硬水泥0.20。

5 结语

综上所述，在现阶段的新建桥梁工程项目之中，连续梁预应力施工技术得到了广泛的运用。但由于具体施工时存在复杂性、综合性高的特点，需要掌握大量的细节，所以在连续钢构桥梁施工过程中，施工方需重视对相关因素开展全面分析，不断提高施工质量，加强对连续钢构桥梁裂缝的防治，确保桥梁工程能够维持在安全、稳定的状态中。