预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因与对策
如东县交通工程有限责任公司 226400
摘要：目前我国建造的混凝土箱梁结构绝大多数采用预应力的结构，由于种种原因，这种桥型经常出现裂缝现象，特别是腹板上的斜裂缝。这些裂缝不仅破坏了桥梁的外在美观，而且可能影响到交通安全，因此必须采取措施对腹板施工裂缝进行预控和治理。本文分析了预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因，并提出了裂缝的预防和控制对策。
关键词：预应力混凝土箱梁桥；腹板裂缝；成因；对策一、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因
（一）混凝土收缩徐变的作用
由于温度和湿度的变化，引起水泥石中水分的变化，混凝土体积会逐渐缩小，混凝土收缩时钢筋承受压力，阻碍了混凝土部分的收缩变形，并使混凝土承受拉力，这是产生裂缝的重要原因。长时间受力作用下，混凝土徐变逐渐增加。较大的徐变会使结构产生附加内力，它们分别与混凝土龄期、混凝土开始受载龄期密切相关。徐变对短周期分段悬臂浇筑结构的作用显著。连续梁、连续刚构桥采用悬臂施工时，每施工块 ( 段 )从混凝土浇筑到应力施加仅 3 ～ 5 天，且每块 ( 段 ) 分 2 ～ 3 次浇筑，各部分受力形式互不相同，所以混凝土长期徐变及其引起的应力重分布较为可观，计算也较为复杂。考虑不精确会导致预应力混凝土构件的计算应力和挠度与实际往往有较大的出入。
（二）温度的影响
置于自然环境中的混凝土结构，由于热传导性能较差，周围环境气温的变化及阳光辐射的作用，使结构表面温度迅速变化，而其结构内部温度仍处于原来温度状态，使混凝土结构中形成较大的温度梯度。混凝土结构的各部分处于不同的温度状态，由此产生的温度变形，当被结构的内、外约束阻碍时，会产生相当大的温度应力，温度应力可以达到甚至超过活载应力。对于温度梯度的影响，现行桥梁一般通过假定温度梯度在整个桥梁上部结构纵向长度上恒定不变来计算的，但这与实际情况存有差异，是造成预应力混凝土桥梁开裂的另一个原因之一。
（三）腹板内外的相对湿度差
桥梁在拆模后 , 由于混凝土表面与内部的相对湿度不同 , 板的临空面水分散发快、混凝土收缩发展快 , 而在混凝土内部水分散发慢、混凝土收缩发展慢 , 从而导致混凝土出现拉应力。内部后期湿度一般能稳定在一定范围内 , 而外部湿度变化明显 , 内外存在明显的湿度差 , 从而导致混凝土内外收缩出现明显差异。
（四）纵向预应力筋布置方式和竖向预应力大小的影响预应力混凝土连续箱梁腹板纵向预应力筋布置方式和竖向预应力大小对腹板斜裂缝的产生影响较大。根据上述分析可以看出，对于直线布束方式的箱梁，腹板主拉应力对竖向预应力损失比较敏感。纵向配直线束的做法，它虽然简化了设计和施工，减少了摩阻损失，对建立纵向有效预应力有利，但是对于抗剪作用过分依赖竖向预应力束，而竖向预应力在实际操作中却难以保证，有时建立值与设计值相差太大，甚至几乎建立不起有效预应力，从而导致腹板出现垂直于主拉应力方向的结构裂缝。
二、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝的对策
（一）设计方面
当腹板与底板的厚度差异较大时 , 其相交处的梗掖截面形式需要进行优化 . 并布置适量的构造钢筋 . 避免温度、收缩和徐变的影响引起的裂缝 ; 重视宽翼缘箱梁剪力滞效应引起的翼板纵向应力的明显增大 , 配置足够的受力钢筋 , 避免裂缝的出现 ; 预应力锚下局部应力的有效作用范围外 , 有一区域是不存在预压应力 , 相反会产生局部预拉应力 , 对该区域需要配置足够构造钢筋 ; 当数量较多的预应力索在同一梁体的同一截面处中断锚固 , 或数量较多的锚头集中布置在同一梁体截面或同一梁段的某一个有限区域时 , 注意观察锚头后附近区域较大的局部拉应力 ,并采取适当的构造措施 , 避免拉应力集中现象 ; 试图减薄腹板的厚度来节省材料的做法将得不偿失 , 预应力筋和钢筋布置必须符合合理的保护层和间距数值的要求 , 对于大跨径 PC 箱梁桥可以采用部分轻骨料砼来减少整个桥梁恒载的重量以及由此产生的内力。明确砼的强度与弹性模量双重控制指标 , 减少设计与施工在材料参数取值上的差异。边跨梁端布置弯起钢束克服由于边跨梁段梁高较小 , 竖向预应力损失过大导致的腹板裂缝。考虑在墩、梁结合处的腹板和底板内布置足够的纵向普通钢筋和箍筋 , 克服温度应力引起的砼开裂。
（二）施工方面
（1）必须保证混凝土强度达到设计要求强度和弹性模量、满足设计规定的加载龄期后再开始张拉预应力钢束。张拉时严格控制持荷时间，千斤顶加卸力时不宜过快，张拉结束后，预应力并没有停止工作，甚至仍然继续增长，因此在张拉结束后，要继续观察具体变化，禁止一结束就进行切割施工作业。重视预应力钢束的张拉力控制，改进预应力钢束的张拉工艺。控制用于预应力孔道压浆中水泥中的氯离子含量。
（2）严格控制施工中使用的原材料 ( 如水泥、普通钢筋、砂、碎石、预应力钢筋等 ) 的质量，使各种材料均符合有关技术规范、规程的要求，坚决杜绝使用不合格材料。
（3）分段浇筑时，应严控制底板、腹板和顶板混凝土浇筑相差时间及温差，严格控制合拢段高差。
（4）为防止由温度应力引起的非结构性裂缝，在施工时，应尽量选择温度低的季节浇筑混凝土，热天浇筑混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥及级配良好的骨料，严格控制沙石的含泥量，尽量降低水灰比，合理使用减水剂、加强振捣以减少水化热，提高混凝土的密实性和抗拉强度，大体积混凝土采取分层浇筑的方法。
（5）加强混凝土的养护措施。主要是保持适当的温度和湿度条件。
在混凝土表面覆盖双层麻袋并洒水保持表面湿润进行养护，可减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表面温差，防止表面裂缝。
（三）针对裂缝的治理
为保证工程质量 , 防止由于梁体裂缝而对桥梁寿命产生较大的影响 , 需对梁体既有裂缝进行必要的处理。本文介绍采用 BICS 对梁体裂缝进行处理的方法。BICS 法所用的修补材料为 BL-GROUT, 其力学参数为 : 抗压能力大于 50MPa, 抗剪能力大于 1GPa, 抗压弹性模量大于1GPa, 与传统的环氧树脂材料相比有明显的优点 :
(1) 良好的柔韧性。固化后仍保持一定的韧性 , 在裂缝受到冲击和震动时仍有良好的粘结力。
(2) 良好的渗透力。灌注胶的黏度仅为 0.3 ～ 0.5Pas, 具有很强的渗透能力 , 保证注入后的结合强度和一体化效果。
(3) 良好的抗收缩性。这种超低黏度的注入材料不含稀释性溶剂 ,固化后不发生收缩。
(4) 瞬间固化。注入材料的固化过程分为两个阶段。在达到临界温度前 , 材料以液态存在 ; 在达到临界温度后 , 材料在极短的时间内迅速固化 , 即刻达到最终强度的 70%。因此 , 被修补的构件受到振动、冲击等均不会影响修补效果。
(5) 出众的耐久性。材料硬化后具有极强的抗水性和化学稳定性 ,不会受雨水、海水、酸、碱溶液、二氧化碳等破坏 , 其寿命远大于混凝土结构本身。
处理时 , 利用合成橡胶管状注入器的自然弹性所产生的压力 , 将高分子树脂修补材料缓慢持续地压入裂缝中。橡胶管在整个注入过程中始终保持大约 0.3MPa 的压力 , 使材料可注入到 0.02mm 的裂缝的末端。同时 , 缓慢均匀的压力可以有效地防止裂缝中积存的空气产生气阻 , 从而保证了修补质量。
参考文献
[1] 侯宏亮 . 预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因与对策 [J].
城市建设理论研究（电子版）,2011 年 16 期 .
[2] 贺晓亮 , 王明琪 , 杨定军 , 陈治国 . 连续刚构桥箱梁腹板混凝土裂缝成因与对策 [J]. 四川建筑 ,2009 年 6 期 .
