浅谈连续箱梁桥裂缝成因及解决措施

　　摘要：本文是作者结合自己多年对路桥工作的经验，对一座钢筋砼连续箱梁桥裂缝的产生原因进行了分析，砼结构的裂缝是困扰工程技术人员的技术难题，作者提出了控制裂缝的措施；简要介绍了该桥静载试验的主要结果。
　　关键词：桥梁；连续箱粱；裂缝；静载试验
　　
　　钢筋砼连续箱梁具有建筑高度低、造型美观、承载能力高、造价低和施工方法简单等优点，因此，在高速公路跨线桥中应用十分广泛。但由于种种原因，裂缝现象十分普遍。
　　某桥上部构造采用20m+26m+20m钢筋砼连续箱梁，砼强度等级为C4O，桥宽l1.49m，其横截面见图1。箱梁施工采用支架现浇，目前，已完成箱梁浇筑、支架拆除及护栏浇筑等。检查发现箱梁正弯矩区的底板、腹板及翼板出现多条裂缝。
　　                      
　　　l裂缝现象
　　1．1裂缝描述(见图2)
　　                        
　                                                                                         　图2上游侧裂缝示意图
　　1．2裂缝特征
　　腹板裂缝具有如下特征：①裂缝间距为0．8～1．6m；②裂缝宽度为0.08～0.3mm，个别缝宽达0．8mm；③裂缝基本垂直于跨径方向；④跨中附近正弯矩区裂缝深入底板，并与底板底面裂缝相连；⑤其余裂缝均起于底板或距底板一定距离处；⑥底板范围内的裂缝宽度均小于腹板上裂缝。
　　2裂缝分析
　　2．1基岩约束效应
　　腹板及顶板是在底板浇筑完毕14d后才施工的，由于底板砼已经完成了早期收缩与徐变，不再参与腹板砼的变形，即形成了基岩约束效应。根据文献，估算基岩约束效应产生的最大水平应力达3．70MPa>[]。计算公式如下：
　　                        
　　式中：为上层砼浇筑体弹性模量；a为砼线膨胀系数，取；T为温差，取20℃，包括砼收缩引起的当量温差；μ为砼泊松比，取0．167；L为砼浇筑体长度；为基础水平阻力系数，由于浇筑间隔期达14d，故取1．5N／mm3；H为砼浇筑体高度。
　　如果超过同期砼抗拉强度，腹板砼便会开裂。最大值在跨中附近，所以跨中产生第一批裂缝，把一块板分成两块。分块后的板中又会产生水平拉应力′，但由于板长为原来的一半，因而′减小。如果′小于砼抗拉强度，则不再产生裂缝；否则，还会出现第二批、第三批裂缝，直至板中水平拉应力小于砼抗拉强度时才趋于稳定。
　　基岩约束效应是产生腹板裂缝的主要原因，因此，除跨中附近正弯矩区裂缝深入底板外，其余裂缝均起于底板或距底板一定距离处。跨中附近为正弯矩区，裂缝具有向底板扩展的趋势，因此，底板范围内的裂缝宽度均小于腹板上裂缝。
　　2．2施工工艺原因
　　该桥砼施工采用泵送工艺，分2次进行浇筑，第一次浇底板，第二次浇腹板及顶板；先浇第三跨，再浇第二、第一跨。正确的施工工艺应为：先浇底板及部分腹板，然后再浇其余腹板及顶板；每次浇筑时，应先浇第二跨，再依次向边跨浇筑。采取这种对称的施工方法可减小基岩约束效应，减少裂缝产生。
　　2．3砼配合比原因
　　该桥采用的砼强度等级为C4O，配合比为水：水泥：砂：碎石=195：450：661：1174，14d砼强度最低达40MPa，28d砼强度最低达50MPa。水泥用量偏大，水化热温升增高，增加裂缝产生的可能。
　　3裂缝控制
　　裂缝控制的关键是防患于未然，首先应尽量避免有害裂缝的产生，如果产生了有害裂缝，应采取措施将裂缝的有害程度控制在允许范围内。对于该桥，可采取以下主要措施：
　　1)增加水平构造配筋，提高抗裂性能。尽可能采用小直径、小间距配筋，钢筋直径8～14mm、间距1O0～150mm较合理。
　　2)严格控制砼原材料的质量和技术标准，采取“精料方针”，尽可能减少粗、细骨料的含泥量。
　　3)对砼集料配比应作细致分析，强度等级与水化热及收缩有矛盾，应根据工程条件选择最优方案。
　　4)采用2次振捣技术，增加砼密实度，减少内部微裂缝，改善砼强度，提高抗裂性，是裂缝控制的重要措施。要求掌握好2次振捣的时间间歇(2h为宜)，否则，会破坏砼内部结构，使强度性能降低。
　　5)确保布料点均匀、数量足够，保证砼骨料分布的均匀性。严格限制浇筑顺序，让收缩大的部位先自由收缩，再合龙，以减小最终收缩量。
　　6)产生裂缝的主要因素是水化热降温引起的拉应力，所以必须尽可能减小人模温度，薄层连续浇筑，随后采取保温措施，降低内外温差。缓慢降温尤其重要，可为砼松弛创造条件。同时，砼应保持潮湿状态，这对增加强度、减少收缩十分有利。
　　7)增强养护措施，防止出现较大的骤降温差，这是防止裂缝的重要条件之一。只要加强养护，保持湿润，及时做好隔热和保温处理，则裂缝可避免。
　　8)减小新、老砼浇筑的间隔时间，间隔时间越长，上、下层温差越大，老砼的弹性模量越高，刚度越大，对新砼的约束作用越大，温度应力状态十分不利，极易开裂。
　　
　　4质量检测
　　为验证该桥是否满足正常使用要求，进行了静载试验。采用5辆30t载重汽车加载。设中跨跨中和边跨跨中两个控制截面，各设5个挠度测点(布置在底板底面)和2个应变测点(上、下游各1个，布置在箱梁腹板下缘)。
　　试验中对箱梁底板和腹板的新、旧裂缝扩展情况进行监测，包括中跨跨中截面附近8条裂缝(上、下游各4条)、边跨跨中截面附近6条裂缝(上、下游各3条)和支座附近1条裂缝。裂缝的最大扩展宽度为0．14mm，且卸载后裂缝回缩情况较好。试验过程中，箱梁腹板未产生新裂缝，底板跨中附近局部产生细微新裂缝。
　　该结构虽然承受了试验荷载，但实测挠度及纵向应变值与理论值相比均偏大，挠度最大校验系数为1．17，纵向应变最大校验系数达1．51，说明裂缝造成结构强度、刚度降低。建议对现有裂缝进行补强处理。
　　
　　5结语
　　目前，我国的土木建筑中，砼结构占主导地位，而任何一座砼结构都存在不同程度的裂缝。这是一个相当普遍的现象。虽然砼结构的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们可以接受的材料特征，但是结构的破坏和倒塌也都是从裂缝扩展而开始的。裂缝尤其是有害裂缝给结构的强度、刚度带来了不同程度的损害，缩短了结构的使用寿命。因此，应积极分析裂缝产生的原因，探索控制裂缝的措施。