預應力砼連續箱梁裂縫產生的原因分析
發布時間：2010-01-14 共1頁
預應力砼連續梁以其結構整體性好、大跨度，減少橋面伸縮縫個數使行車變得舒適，而在高速公路和城市快速路工程中得到廣泛應用。現在預應力砼連續箱梁一般均按照全預應力結構設計（即為預應力A類構件），在結構上是不允許出現裂縫的。一旦出現裂縫，無論從美觀還是結構性能方面都是有害的。如何提高其設計和施工質量，是橋梁建設者共同關心的主題。筆者就近幾年施工的幾座預應力砼連續梁橋談一下預應力砼連續箱梁裂縫產生的原因及解決措施。
1、墩頂兩側腹板產生垂直裂縫:廣州某快速路14標馬克特大橋為3孔（30米+40米+30米）一聯的預應力砼變截面連續箱梁，頂板砼澆注5天后，頂板砼強度為46.5Mpa，是設計強度50Mpa的93%，我們拆除翼板模板和腹板模板，發現9、10號墩墩頂兩側均有垂直于梁體的裂縫，裂縫呈上寬下窄形式，裂縫開始于翼板懸臂處（第一次澆注砼的終點），終于腹板高度的1/3~1/4處。以上裂縫很有規律性，說明產生原因相同：
①地基不均勻沉降造成，9、10號墩除支架支撐在系梁上和墩頂上，支架彈性壓縮變形在澆注砼后瞬時完成，而遠墩處均為經過換填處理的軟土地基，砼澆注12小時后發現地基還在一直下沉，而此時墩頂處已不再下沉，因此遠墩處砼下沉對墩頂砼產生拉應力，導致墩頂兩側砼開裂。
②砼澆注順序對產生以上裂縫有直接關系，由于是變截面梁，9、10號墩處梁體最高（梁高2.3米），跨中1.5米高，澆注砼時只顧及由最低點向最高點澆注的原則，因此用兩臺泵車同時在兩個中墩初開始澆注砼，而9、10號墩處支架下沉瞬時完成，其它部位卻一直在下沉，導致砼開裂。綜上所述，地基處理不到位是腹板產生裂縫的主要原因，因此對于采用支架法現澆連續梁施工地基處理是重中之重。
施工前必須及早對地基（特別是南方軟土地基）進行處理，可采用換填法和周圍挖排水溝用井點法降水使地基固結，減少后期下沉量；支架安裝后必須對支架和基礎進行預壓，消除支架非彈性變形。澆注砼時必須遵循現澆注地基薄弱處和正彎矩最大處，使地基變形和支架變形在砼澆注初始即發生的原則。
2、墩頂處翼板底部產生裂縫（馬克特大橋）：裂縫位置與腹板裂縫位置一致，縫寬只有腹板裂縫寬度的1/4左右，裂縫深度較小（只有5mm），而且從懸臂端部向翼緣方向衰減。砼的干燥收縮率隨砼齡期的增長而衰減，一般在澆注砼7d后收縮已經很微小，然而箱梁頂板翼板都在底板和腹板砼澆注后7~8天后澆注（設計上一般要求在4d內澆注頂板砼，實際上不可能）。
此時，頂板、翼板與腹板砼齡期相差7~8d，收縮率相差較大，因此頂板、尤其是長條翼板砼收縮受到腹板、底板和橫隔梁組成的格子梁體的共同約束，加上腹板在橫隔板處已經產生裂縫，故翼板在此處產生裂縫。一般來講，設計上考慮結構總體受力較多，對構造上的考慮較少。馬克特大橋翼板底層縱向鋼筋布置為直徑12mm鋼筋、間距15cm，這從構造上講，配筋率還是偏低的。綜合以上原因，我認為在設計時考慮在翼板底部加鋪直徑為10mm的防裂鋼筋網（只在收縮受約束較大，而又無法釋放集中應力的中橫梁附近）；施工時盡量縮短兩次澆注砼的時間差；加強砼的養生。做到這些、雖然不可能完全避免裂縫，但是至少可以減少裂縫或減小裂縫寬度。
3、翼板懸臂端部縱向裂縫：廣州某快速路13標東興特大橋為等截面連續箱梁，梁長120米（35米+50米+35米），一般懸臂長度為2.5米，翼緣厚度為15cm，懸臂端部厚度為50cm。頂板砼澆注30小時后，發現翼板懸臂端部出現縱向裂縫，裂縫長度不等，最長的有1.7米。砼澆注6天后開始拆除翼板支架（砼強度已經達到設計強度92%），發現裂縫長度和寬度均有發展趨勢。
從施工角度考慮，翼板支架下沉最大值11mm，而主梁支架第二次澆注砼后下沉最大8mm,這應該是裂縫產生的主要原因；從設計角度考慮，我認為頂板橫向鋼筋配置不足，14標與13標箱梁翼板懸臂長度相同14標箱梁頂板橫向鋼筋比13標多，14標施工時同樣存在翼板下沉量大于主梁支架下沉量的問題，而14標未產生同樣的裂縫。對于這種裂縫，筆者認為在提高施工水平的同時，設計者在設計過程中對懸臂較大的梁應考慮配置橫向預應力，尤其在城市橋梁設計中，考慮到結構美觀，在梁高較小的情況下，給頂板配置預應力會減小懸臂翼板的厚度使之與纖巧的主梁相適應。
預應力連續箱梁產生裂縫的原因多種多樣：砼配合比、砼振搗質量、溫度變化、保護層厚度、鋼筋銹蝕等。筆者就施工中遇到的以上3種裂縫形式進行簡單分析，供同行參考。只要橋梁設計者和建設者共同努力，相信裂縫問題是可以解決的。
1、墩頂兩側腹板產生垂直裂縫:廣州某快速路14標馬克特大橋為3孔（30米+40米+30米）一聯的預應力砼變截面連續箱梁，頂板砼澆注5天后，頂板砼強度為46.5Mpa，是設計強度50Mpa的93%，我們拆除翼板模板和腹板模板，發現9、10號墩墩頂兩側均有垂直于梁體的裂縫，裂縫呈上寬下窄形式，裂縫開始于翼板懸臂處（第一次澆注砼的終點），終于腹板高度的1/3~1/4處。以上裂縫很有規律性，說明產生原因相同：
①地基不均勻沉降造成，9、10號墩除支架支撐在系梁上和墩頂上，支架彈性壓縮變形在澆注砼后瞬時完成，而遠墩處均為經過換填處理的軟土地基，砼澆注12小時后發現地基還在一直下沉，而此時墩頂處已不再下沉，因此遠墩處砼下沉對墩頂砼產生拉應力，導致墩頂兩側砼開裂。
②砼澆注順序對產生以上裂縫有直接關系，由于是變截面梁，9、10號墩處梁體最高（梁高2.3米），跨中1.5米高，澆注砼時只顧及由最低點向最高點澆注的原則，因此用兩臺泵車同時在兩個中墩初開始澆注砼，而9、10號墩處支架下沉瞬時完成，其它部位卻一直在下沉，導致砼開裂。綜上所述，地基處理不到位是腹板產生裂縫的主要原因，因此對于采用支架法現澆連續梁施工地基處理是重中之重。
施工前必須及早對地基（特別是南方軟土地基）進行處理，可采用換填法和周圍挖排水溝用井點法降水使地基固結，減少后期下沉量；支架安裝后必須對支架和基礎進行預壓，消除支架非彈性變形。澆注砼時必須遵循現澆注地基薄弱處和正彎矩最大處，使地基變形和支架變形在砼澆注初始即發生的原則。
2、墩頂處翼板底部產生裂縫（馬克特大橋）：裂縫位置與腹板裂縫位置一致，縫寬只有腹板裂縫寬度的1/4左右，裂縫深度較小（只有5mm），而且從懸臂端部向翼緣方向衰減。砼的干燥收縮率隨砼齡期的增長而衰減，一般在澆注砼7d后收縮已經很微小，然而箱梁頂板翼板都在底板和腹板砼澆注后7~8天后澆注（設計上一般要求在4d內澆注頂板砼，實際上不可能）。
此時，頂板、翼板與腹板砼齡期相差7~8d，收縮率相差較大，因此頂板、尤其是長條翼板砼收縮受到腹板、底板和橫隔梁組成的格子梁體的共同約束，加上腹板在橫隔板處已經產生裂縫，故翼板在此處產生裂縫。一般來講，設計上考慮結構總體受力較多，對構造上的考慮較少。馬克特大橋翼板底層縱向鋼筋布置為直徑12mm鋼筋、間距15cm，這從構造上講，配筋率還是偏低的。綜合以上原因，我認為在設計時考慮在翼板底部加鋪直徑為10mm的防裂鋼筋網（只在收縮受約束較大，而又無法釋放集中應力的中橫梁附近）；施工時盡量縮短兩次澆注砼的時間差；加強砼的養生。做到這些、雖然不可能完全避免裂縫，但是至少可以減少裂縫或減小裂縫寬度。
3、翼板懸臂端部縱向裂縫：廣州某快速路13標東興特大橋為等截面連續箱梁，梁長120米（35米+50米+35米），一般懸臂長度為2.5米，翼緣厚度為15cm，懸臂端部厚度為50cm。頂板砼澆注30小時后，發現翼板懸臂端部出現縱向裂縫，裂縫長度不等，最長的有1.7米。砼澆注6天后開始拆除翼板支架（砼強度已經達到設計強度92%），發現裂縫長度和寬度均有發展趨勢。
從施工角度考慮，翼板支架下沉最大值11mm，而主梁支架第二次澆注砼后下沉最大8mm,這應該是裂縫產生的主要原因；從設計角度考慮，我認為頂板橫向鋼筋配置不足，14標與13標箱梁翼板懸臂長度相同14標箱梁頂板橫向鋼筋比13標多，14標施工時同樣存在翼板下沉量大于主梁支架下沉量的問題，而14標未產生同樣的裂縫。對于這種裂縫，筆者認為在提高施工水平的同時，設計者在設計過程中對懸臂較大的梁應考慮配置橫向預應力，尤其在城市橋梁設計中，考慮到結構美觀，在梁高較小的情況下，給頂板配置預應力會減小懸臂翼板的厚度使之與纖巧的主梁相適應。
預應力連續箱梁產生裂縫的原因多種多樣：砼配合比、砼振搗質量、溫度變化、保護層厚度、鋼筋銹蝕等。筆者就施工中遇到的以上3種裂縫形式進行簡單分析，供同行參考。只要橋梁設計者和建設者共同努力，相信裂縫問題是可以解決的。
