后张法预应力混凝土箱梁裂缝产生的原因和防治浅析

后张法 预应力混凝土箱 梁裂缝产生的原因和防治浅析

雷有晶

中铁上海工程局集团第一工程有限公司 安徽 芜湖 241000

摘要：现阶段，我国交通系统的运输压力越来越大，这一情况对于桥梁的质量提出更高的要求。由于不同地区环境的限制，对于桥梁的类型也有着不同的要求。在桥梁建设过程中，预应力混凝土连续箱梁因为技术成熟，适用范围广泛，在桥梁的建设中被广泛应用。本文就预应力混凝土预制箱梁在施工中出现的裂缝进行分析，寻找防治措施，为桥梁工程的建设提供一定的参考。

关键词：预应力混凝土；预制箱梁；裂缝；防治

引言

因混凝土箱梁可适用于各种桥梁构造，且在施工时对工作条件的要求也不是很严格，所以混凝土箱梁在现代桥梁工程中运用的越来越发的广泛，特别是在各种形式的预应力桥梁建设中。但混凝土箱梁的裂缝问题一直存在施工过程中没有得到很有效的解决，并时刻困扰着路桥施工人员前进的步伐。虽经研究表明所有混凝土构件基本都是带有裂缝工作的，但有的裂缝很细，细到肉眼如法识别，这样的裂缝对构件的使用和结构的性能是没有任何影响的，在工程上也是允许出现的。然而有的裂缝会在使用中因外界荷载、自然因素等影响不断的扩大、延伸，从而导致结构物表层混凝土碳化、脱落，钢筋暴露出现生锈、腐蚀，导致混凝土结构物的强度性能遭受破坏，严重影响桥梁的使用寿命，给人民的生命财产造成巨大的威胁。因此为加强对混凝土箱梁裂缝的认知，文章对裂缝的成因做出全面的分析，便于在桥梁施工中解决裂缝出现的可能性，达到防患于未然的效果。

1预应力混凝土预制箱梁产生裂缝的主要形式

1.1底板纵向裂缝

箱梁底板预应力束在竖直平面内有一定的曲率，按照曲率布置的预应力筋在张拉后会产生负弯矩荷载，施工中造成的预应力钢束位置变动也会产生向下的绷力。该荷载与钢束的曲率和预应力成正比，当该荷载超过了箱梁底部横向的最大抵抗力，在张拉预应力筋过程中或张拉结束后，会出现底板混凝土绷落及纵向裂纹的现象。随着桥梁的不断发展，单箱室变截面的箱梁跨度越来越大，底板厚度越来越薄，底板越来越宽，预应力筋的数量加大，纵向预应力的布置设计和施工要求更加谨慎。

1.2支座处弯曲裂缝产生的原因

预应力混凝土预制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。

2预应力混凝土预制箱梁裂缝产生的原因分析

2.1混凝土自身收缩产生裂缝

混凝土自身流动性不足或是流动性过大所致，在较高温度或者是较大风力影响下，桥梁顶面混凝土结构表面的干燥速度比较快，会在混凝土的毛细管中产生较大负压，致使干燥速度加快，当干燥强度超过混凝土的自身强度时，就会产生裂缝。因此，在材料选材时，尽可能选择一些干缩值比较小而强度比较高的水泥，例如硅酸盐，然后加入适当的煤粉灰，降低沉降，保证基层与模板湿透。

2.2混凝土因素

1. 混凝土的质量与强度问题。混凝土作为组成箱梁的重要材料，其强度直接影响了箱梁整体的强度。当混凝土强度发挥不均匀，结构承受荷载的能力也不均匀，材料屈服变形不均匀，易形成裂缝。在混凝土箱梁制造过程中，施工工艺的每一步都可能导致质量问题，进而对结构造成不良影响。施工过程中，模板的架设和拆除必须经过慎重思考，否则结构失去受力支撑，未达到设计承载力，会引发严重后果。

2. 混凝土配合比与拌合问题。混凝土作为一种合成材料，各成分的质量将直接影响到混凝土的质量。若采用过期水泥或强度低的骨料、质量差的外加剂，在配合时会与原设计强度差别大，不能充分发挥混凝土的抗压作用。材料质量保证，但配合比有差错的情况下，形成的配合比也会造成强度不足。配比完成后，要进行混凝土的拌合，以保证混凝土的均匀性。拌合过程中，时间的控制至关重要，时间过长，水分蒸发，混凝土会发生干裂；时间过短，布料不均，可能发生漏振现象，结合性差，影响整体性。

3. 养护过程导致的裂缝：混凝土浇筑完成后，在养护过程中，如果出现人工洒水不及时，材料表面不能保持相应的湿度，则会导致材料表面出现干裂，受内部结构的制约，也极易导致变形和裂缝。

2.3温度因素

温度导致的裂缝在混凝土箱梁中较为常见，通常发生在构造物的表层，随着不断的扩大会导致表层混凝土脱落，对结构物的外观质量造成不利的影响。产生的原因通常是在水泥混凝土硬化期间出现水化热，结构物的内部温度在持续的上升，而外部由于温度较低出现内外温差较大的情况，混凝土表面产生拉应力从而导致裂缝产生。后期的降温过程中，在新老混凝土的交接处，由于受到老混凝土的影响又会在新混凝土的内部产生拉应力，还有随着气温的急剧降低也会在混凝土表面产生拉应力，导致裂缝的出现。但由于温度对混凝土结构物的表面会产生较大的影响，因此裂缝常出现的表层，表层以下的部位很少受到影响。

2.4预应力施工中的问题

后张法施工中，预应力管道的布设位置，对于应力科学分布具有较大影响，预应力管道布设不规范，不符设计要求，导致具备位置受力不均，很可能产生裂缝问题。混凝土弹性模量不足，会导致在未达到设计张拉应力的前提下，混凝土结构体提前进入非弹性变化区间，导致结构裂缝出现。张拉力控制能力不足，如大幅度的超高设计张拉应力，导致混凝土出现裂缝。此外，预应力施工的不规范对裂缝形成也有重大影响，如不能对称、分批、分阶段张拉，导致施工工艺存在问题。

3预制预应力混凝土梁裂缝防治措施

3.1严格管控浇筑前施工过程

预防箱梁裂缝的产生不仅需要控制材料，同时要对混凝土浇筑前的施工过程严格管控。在预制箱梁中，箱梁预制场的标准化建设尤为重要，要保证预制场地基承载力符合要求，防止在预制过程中出现地面不均匀沉降。箱梁台座强度和刚度满足箱梁制作需求。在绑筋中，箱梁的钢筋绑扎和预应力筋的安装也会对裂缝的出现产生影响。如果钢筋绑扎位置偏移，会出现保护层不足，钢筋或者钢筋绑扎线外露的情况，钢筋暴露受到腐蚀之后就会对承载成立造成影响，从而发生裂缝。所以在钢筋的绑扎过程中，要严格控制钢筋绑扎的精度和绑线接头的处理。在安装预应力筋时，要保证预应力筋位置准确且预应力管道内无异常，避免在后期施加预应力时造成对梁体的破坏。

3.2做好预应力钢筋的设置安装和张拉

预应力钢绞线是预应力混凝土预制箱梁的重要构件，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，否则会严重影响钢绞线的弹性模量，进而导致后期结构的变形及混凝土的开裂。

3.3针对温度造成的裂缝

首先应当控制混凝土的浇筑温度，可以通过给集料进行降温来达到一定的目的，或者在气温较低的时候进行浇筑也可以减小裂缝出现的概率；其次，通过控制水泥水化热来解决这一问题，如在选用水泥时可以选用水化热较低的水泥，或者通过改变集料的级配等方式，再掺入适量的外掺剂来减少水泥的用量从而达到控制水泥水化热的目的，减小因结构物内外温差而引起的裂缝。此外，在浇筑时可以通过使用钢模板或者采用分层浇筑混凝土的方法来加快散热，拆模时也要选择合适的温度，避免因外界气温急剧的降低导致混凝土表面出现裂缝，或者在混凝土的表面进行保护，防治低温对其造成不利的影响。如采用草袋、麻袋等进行覆盖，并定期的进行洒水养护。如已出现轻微裂缝的情况下，可以通过涂环氧胶泥或者贴环氧的玻璃布的方式来进行裂缝的表面封闭处理，防止裂缝的扩散。

3.4落实科学化的施工工艺技术

一般在施工过程中，要能具备突出的施工工艺技术保障，为减少水泥水化热问题的影响，在施工过程中，应能积极采取分层施工的方式，利用分层浇筑的浇筑面进行科学有效的热量散失。一般在施工过程中，要能控制上下层分层浇筑时间，不能超过混凝土的初凝时间，避免存在预应力混凝土预制箱梁整体性不足的问题。施工过程中，要能保障混凝土的供应，具备连续施工的能力，保障混凝土施工浇筑的过程顺畅、合理，全面解决好水化热的影响问题。

3.5平面框架结构受力裂缝控制

通常箱梁内部的腹板、翼缘板、顶板等共同形成弹性支承，其中任意一板发生变形均会影响与其相交的其他板而导致裂缝。对此，可将箱梁内部结构简化为平面框架，将支座放置在两侧腹板与底板相交部位及一侧翼缘作为支承，同时针对箱梁内部结构进行优化设计，围绕重要节段进行空间分析，减小分析误差，并且兼顾翼缘扭曲对底板和顶板造成的影响，对集中荷载、纵向预应力分布情况进行模拟，从而降低混凝土裂缝的概率。

3.6加强混凝土配料的科学合理

防止混凝土裂缝主要的方法与途径就是对混凝土的配料进行科学、合理的选择。如在进行优选混凝土配料时可参考以下原则：水泥应选择水化热低、稳定性能好的，骨料应尽可能选择碱活性小、含沙量低的，同时必要时可适当加入与水泥适应性好减水剂，来改善水泥性能，提升混凝土的强度，这样便能有效减少混凝土出现裂缝的几率。此外还应对混凝土配料进行科学配置，利用材料的特性，通过试验，来达到一个满足规范要求且利于现场施工，能够使混凝土可泵性、抗离析能力、和易性、抗渗透性达到最佳状态，将混凝土裂缝发生频率控制到最低。此外，混凝土配比设计人员应根据现场的实际情况对砂石原料的配比进行及时的调整，继而保证施工中混凝土拌合物性能及后期的强度增长。

3.7

采取科学有效的养护手段

预应力混凝土预制箱梁浇筑施工部分要能具备可靠的养护工作保障，尤其是对于水分的提供要及时，因为水分子是水化反应的主要组成部分，因此，做好散水养护工作十分重要，一般可以采取覆盖草栅、草帘，遮光保湿，提升散水养护的效果，也可采取直接洒水施工方式，但不能采取围水养护的方式，避免影响结构体的整体性能。同时要能注意做好特殊季节的养护管控工作，比如做好冬季养护施工，关键是要落实好保温施工的措施，避免存在温度较低，导致养护工作不能有效预防裂缝问题。

结语

混凝土箱梁裂缝产生的因素有很多，文章主要对其成因及控制方法进行分析，总结出在施工过程中应进行主动的防治措施，采用新科技、新材料等新工艺的施工技术，避免混凝土箱梁在施工后出现裂缝等质量问题，减少其对铁路桥梁工程造成的质量危害，保证工程结构的整体性和优质性，为铁路桥梁工程建设的发展做出贡献。

参考文献

[1]朱汉华,陈孟冲,袁迎捷.预应力混凝土预制箱梁桥裂缝分析与防治[M].北京:人民交通出版社,2016.

[2]龙佩恒.预应力混凝土箱梁桥开裂的数值分析方法[D].同济大学.2015

[3]陈凯.后张法预应力箱梁智能控制张拉施工工艺[J].工程技术研究,2016,(7):23+28.