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摘要: 裂缝是预应力箱梁的重大质量问题,引起裂缝的因素很多,也很复杂,其中收缩和温度应力是主要因素。
关键词:箱梁；后张法；裂缝；控制
随着路桥事业的发展，后张预应力箱梁以其各方面的优点,广泛应用于长足发展的公路桥梁,然而预应力箱梁施工裂缝相当普遍,经常困扰着桥梁工程技术人员。本文针对裂缝的成因进行了分析,从而提出了相关的控制措施。
一、裂缝产生的主要因素
（一）收缩引发的裂缝
在箱梁混凝土施工过程中,混凝土因收缩引起的裂缝是最常见的,其中塑性收缩和缩水收缩(干缩) 是发生混凝土体积变形的主要原因。
1、塑性收缩
箱梁混凝土浇筑后4 h～5 h ,水泥水化激烈,分子链逐渐形成,出现泌水且水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时在骨料因自重下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝;尤其是在箱梁竖向变截面处,即腹板与顶底板交接处,因硬化前骨料沉降不匀且受到钢筋阻挡,在其表面即产生顺腹板方向的竖向裂缝。
2、缩水收缩(干缩)
箱梁混凝土硬结后,随着梁体表面水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减少,产生缩水收缩(混凝土硬化后收缩的主要形式) ;而且由于梁体混凝土表层水分损失比内部快,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。又因为箱梁截面小,属于配筋率较大的构件(超过3 %) ,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,箱梁表面很容易出现龟裂裂纹。
3、影响收缩裂缝的主要因素
水泥品种、标号及用量;骨料品种;水灰比;外加剂;振捣方式及时间;养护方法。
（二）温度应力引发的裂缝
混凝土浇筑后16 h～24 h 梁体内水化热温度可达到50 ℃～60 ℃,而梁体表面温度相对较低,内外温差过大;因此温差Δt 将在梁体靠近横向中心线附近产生拉应力δ:
δ= Ec·α·Δt 。
其中, Ec 为混凝土弹性模量,取34 500 MPa ;α为混凝土膨胀系数,取10-5/ ℃。
由于16 h～24 h 龄期内,梁体混凝土强度还较低,当拉应力δ超过混凝土当时的极限抗拉强度时,就会在梁体表面产生温度裂缝。引起温度裂缝的主要因素有:1、日照;2、骤然降温;3、水化热;4、养护方法。
（三）其它因素引起的裂缝
梁体表面产生裂缝的主要因素是伸缩裂缝和温度裂缝,此外还有徐变、地基沉降、施工材料及施工工艺等引起的裂缝。
二、施工裂缝的控制
（一）对容易产生裂缝的部位进行配筋验算,并加密局部配筋,如可在箱梁底板底面变截面处增设一层宽0. 4 m 沿纵向布置的网距50 mm 直径3 mm 的钢丝网,以约束因局部应力、温度应力及混凝土收缩引起的裂缝。
（二）控制和改善水灰比,減少水泥用量和砂率,增加骨料用量,严格控制坍落度。水泥应采用高品质625 号,525 号硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,且同一座桥的箱梁应采用同一品种水泥,不得采用复合水泥或变质水泥;水泥用量控制在360 kg/ m3～500 kg/ m3之间。水灰比宜控制在0. 3～0. 35 之间。混凝土拌合用水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等,且水的pH 值宜在4. 0～8. 5 之间,其中硫酸盐含量(以SO2 -4 计) 不得大于2 700 mg/ L ,氯化物含量(以Cl - 计) 不大于500 mg/ L ,准确控制用水量,砂石中含水量应经过仔细测定后从用水量中扣除;严禁在混凝土出料后二次加水;若采用高效减水剂,则其用量为水泥的0. 3 %～0. 5 %(以重量计) 。混凝土细骨料宜采用细度模数为2. 6～3. 0 的天然坚硬中砂,且砂率控制在36 %左右;粗骨料应选用粒径5～25 的连续级配,且宜选用吸水率小、收缩性较低、天然抗压强度为1. 5 倍混凝土设计强度(50 ×1. 5 = 75 MPa) 的含石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等成分机械捣制的碎石;坍落度底板宜选用50 mm 左右,腹板、顶底板宜选
用60 mm～65 mm;拌和要求使用500 L 以上的强制式拌合机,且拌合时间宜控制在2 min～3 min。
（三）混凝土的浇筑在温度较低时间,热天浇筑时应降级水温拌制混凝土,并尽量在温度较低的早、晚时间浇筑,以降低混凝土的入模温度。
（四）为确保梁体混凝土振捣均匀,应综合使用附着式振动器,插入式振动棒和平板振动器,严格遵循“分段负责、分层阶梯滚动式浇筑,二次振捣,深入透层,表面泛浆”的原则,并确定合适的振动顺序和时间。梁体混凝土浇筑后一气呵成、连续浇筑,其顺序为:底板→腹板→顶板。底板、顶板浇筑由插入式振动棒和平板振动器完成其振捣过程;在其各分层浇筑时应由梁体的一段向前推进,待浇至离另一端1/ 5 梁长时,掉头反向浇筑。腹板按每30 cm 高分一层,呈阶梯形浇筑;其浇筑每层的顺序同底、顶板;振捣过程中以插入式振动棒为主,并在梁体下部每1 m～1. 5 m 设置一台高频率、低振幅的附着式振动器作为辅助振捣,以便孔道下部混凝土振捣密实;同时为了降低其振幅对侧模刚度的不良影响,附着式振动器在安装时宜垫18 厚木夹板,而且当混凝土入模后应尽快启动模板两侧的附着式振动器,并在灌料过程中连续振动,待该部位混凝土灌料上升至孔道顶面时应立即关闭。此外,各种振捣机械在施工过程中应严格按照相关“规范”的要求进行操作。
（五）对于徐变的影响,可按照“规范”计算出混凝土徐变值,支模时记入由此引起的拱度。
（六）为防止地基不均匀沉降的影响,应通过对地基情况进行研究并采取有效的加固措施(如换填底座地基垫层,提高底座混凝土标号,加厚底座混凝土等) ,通过堆载预压(以1. 3 倍梁体自重荷载考虑) 观察以清除地基沉降引起的裂缝。
（七）对于施工时拆模过早,混凝土强度不足,使梁体在自重和施工荷载作用下产生的裂缝,应按照规范要求进行拆模。通常构件侧模拆除时混凝土强度达到2. 5 MPa 即可,但由于箱梁顶板须有一定的抗弯强度,为防止构件缺棱掉角,箱梁一般拆模时混凝土强度不宜低于12. 5 MPa。
（八）应加强混凝土的养护。在浇筑混凝土时就开始向模板外侧连续洒水;顶板在最后一次收浆后,对其表面进行拉毛处理,并在混凝土表面覆盖双层麻袋以保持洒水后梁体表面湿润。在有条件的情况下也可设置专用的自动喷水系统进行喷洒养护。此外,养护工作应设专人负责。养护时间按7 d 控制,并做好每天的养护记录。
此外,混凝土预应力的张拉、梁体的堆放、运输及安装等施工过程应严格按照规范和设计的要求进行,以避免在上述工序施工梁体时产生裂缝。
三、结束语
综上所述：分析裂缝的成因并研究预防裂缝产生的措施,以确保箱梁结构安全质量合格,对于工程技术人员来说是刻不容缓的。在工程施工中,只要认真分析每一个可能导致裂缝的因素,并采取相应的预防措施,预应力箱梁的施工裂缝就可以得到有效的控制。
关键词:箱梁；后张法；裂缝；控制
随着路桥事业的发展，后张预应力箱梁以其各方面的优点,广泛应用于长足发展的公路桥梁,然而预应力箱梁施工裂缝相当普遍,经常困扰着桥梁工程技术人员。本文针对裂缝的成因进行了分析,从而提出了相关的控制措施。
一、裂缝产生的主要因素
（一）收缩引发的裂缝
在箱梁混凝土施工过程中,混凝土因收缩引起的裂缝是最常见的,其中塑性收缩和缩水收缩(干缩) 是发生混凝土体积变形的主要原因。
1、塑性收缩
箱梁混凝土浇筑后4 h～5 h ,水泥水化激烈,分子链逐渐形成,出现泌水且水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时在骨料因自重下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝;尤其是在箱梁竖向变截面处,即腹板与顶底板交接处,因硬化前骨料沉降不匀且受到钢筋阻挡,在其表面即产生顺腹板方向的竖向裂缝。
2、缩水收缩(干缩)
箱梁混凝土硬结后,随着梁体表面水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减少,产生缩水收缩(混凝土硬化后收缩的主要形式) ;而且由于梁体混凝土表层水分损失比内部快,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。又因为箱梁截面小,属于配筋率较大的构件(超过3 %) ,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,箱梁表面很容易出现龟裂裂纹。
3、影响收缩裂缝的主要因素
水泥品种、标号及用量;骨料品种;水灰比;外加剂;振捣方式及时间;养护方法。
（二）温度应力引发的裂缝
混凝土浇筑后16 h～24 h 梁体内水化热温度可达到50 ℃～60 ℃,而梁体表面温度相对较低,内外温差过大;因此温差Δt 将在梁体靠近横向中心线附近产生拉应力δ:
δ= Ec·α·Δt 。
其中, Ec 为混凝土弹性模量,取34 500 MPa ;α为混凝土膨胀系数,取10-5/ ℃。
由于16 h～24 h 龄期内,梁体混凝土强度还较低,当拉应力δ超过混凝土当时的极限抗拉强度时,就会在梁体表面产生温度裂缝。引起温度裂缝的主要因素有:1、日照;2、骤然降温;3、水化热;4、养护方法。
（三）其它因素引起的裂缝
梁体表面产生裂缝的主要因素是伸缩裂缝和温度裂缝,此外还有徐变、地基沉降、施工材料及施工工艺等引起的裂缝。
二、施工裂缝的控制
（一）对容易产生裂缝的部位进行配筋验算,并加密局部配筋,如可在箱梁底板底面变截面处增设一层宽0. 4 m 沿纵向布置的网距50 mm 直径3 mm 的钢丝网,以约束因局部应力、温度应力及混凝土收缩引起的裂缝。
（二）控制和改善水灰比,減少水泥用量和砂率,增加骨料用量,严格控制坍落度。水泥应采用高品质625 号,525 号硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,且同一座桥的箱梁应采用同一品种水泥,不得采用复合水泥或变质水泥;水泥用量控制在360 kg/ m3～500 kg/ m3之间。水灰比宜控制在0. 3～0. 35 之间。混凝土拌合用水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等,且水的pH 值宜在4. 0～8. 5 之间,其中硫酸盐含量(以SO2 -4 计) 不得大于2 700 mg/ L ,氯化物含量(以Cl - 计) 不大于500 mg/ L ,准确控制用水量,砂石中含水量应经过仔细测定后从用水量中扣除;严禁在混凝土出料后二次加水;若采用高效减水剂,则其用量为水泥的0. 3 %～0. 5 %(以重量计) 。混凝土细骨料宜采用细度模数为2. 6～3. 0 的天然坚硬中砂,且砂率控制在36 %左右;粗骨料应选用粒径5～25 的连续级配,且宜选用吸水率小、收缩性较低、天然抗压强度为1. 5 倍混凝土设计强度(50 ×1. 5 = 75 MPa) 的含石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等成分机械捣制的碎石;坍落度底板宜选用50 mm 左右,腹板、顶底板宜选
用60 mm～65 mm;拌和要求使用500 L 以上的强制式拌合机,且拌合时间宜控制在2 min～3 min。
（三）混凝土的浇筑在温度较低时间,热天浇筑时应降级水温拌制混凝土,并尽量在温度较低的早、晚时间浇筑,以降低混凝土的入模温度。
（四）为确保梁体混凝土振捣均匀,应综合使用附着式振动器,插入式振动棒和平板振动器,严格遵循“分段负责、分层阶梯滚动式浇筑,二次振捣,深入透层,表面泛浆”的原则,并确定合适的振动顺序和时间。梁体混凝土浇筑后一气呵成、连续浇筑,其顺序为:底板→腹板→顶板。底板、顶板浇筑由插入式振动棒和平板振动器完成其振捣过程;在其各分层浇筑时应由梁体的一段向前推进,待浇至离另一端1/ 5 梁长时,掉头反向浇筑。腹板按每30 cm 高分一层,呈阶梯形浇筑;其浇筑每层的顺序同底、顶板;振捣过程中以插入式振动棒为主,并在梁体下部每1 m～1. 5 m 设置一台高频率、低振幅的附着式振动器作为辅助振捣,以便孔道下部混凝土振捣密实;同时为了降低其振幅对侧模刚度的不良影响,附着式振动器在安装时宜垫18 厚木夹板,而且当混凝土入模后应尽快启动模板两侧的附着式振动器,并在灌料过程中连续振动,待该部位混凝土灌料上升至孔道顶面时应立即关闭。此外,各种振捣机械在施工过程中应严格按照相关“规范”的要求进行操作。
（五）对于徐变的影响,可按照“规范”计算出混凝土徐变值,支模时记入由此引起的拱度。
（六）为防止地基不均匀沉降的影响,应通过对地基情况进行研究并采取有效的加固措施(如换填底座地基垫层,提高底座混凝土标号,加厚底座混凝土等) ,通过堆载预压(以1. 3 倍梁体自重荷载考虑) 观察以清除地基沉降引起的裂缝。
（七）对于施工时拆模过早,混凝土强度不足,使梁体在自重和施工荷载作用下产生的裂缝,应按照规范要求进行拆模。通常构件侧模拆除时混凝土强度达到2. 5 MPa 即可,但由于箱梁顶板须有一定的抗弯强度,为防止构件缺棱掉角,箱梁一般拆模时混凝土强度不宜低于12. 5 MPa。
（八）应加强混凝土的养护。在浇筑混凝土时就开始向模板外侧连续洒水;顶板在最后一次收浆后,对其表面进行拉毛处理,并在混凝土表面覆盖双层麻袋以保持洒水后梁体表面湿润。在有条件的情况下也可设置专用的自动喷水系统进行喷洒养护。此外,养护工作应设专人负责。养护时间按7 d 控制,并做好每天的养护记录。
此外,混凝土预应力的张拉、梁体的堆放、运输及安装等施工过程应严格按照规范和设计的要求进行,以避免在上述工序施工梁体时产生裂缝。
三、结束语
综上所述：分析裂缝的成因并研究预防裂缝产生的措施,以确保箱梁结构安全质量合格,对于工程技术人员来说是刻不容缓的。在工程施工中,只要认真分析每一个可能导致裂缝的因素,并采取相应的预防措施,预应力箱梁的施工裂缝就可以得到有效的控制。