公路桥梁常用跨径箱梁防裂措施研究
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作者:杨凯 吴文杰
摘 要：随我国公路桥梁数量增长与已建桥梁老龄化的影响，桥梁的发展进入建养并重阶段，确保桥梁长寿命至关重要。而开裂会影响混凝土梁的使用寿命，须开展箱梁防裂措施研究以确保桥梁长寿命。文中以公路桥梁常用跨径箱梁为研究对象，通过分析箱梁开裂机理，进而提出箱梁防裂措施。
关键词：公路桥梁;箱梁;防裂
1 箱梁裂缝成因分析
公路桥梁常用跨径箱梁裂缝常表现为三种形式：沿箱梁腹板的斜裂缝、梁体垂直裂缝及局部网状裂缝。其中斜裂缝常因箱梁受剪承载能力不足导致;垂直裂缝主要是因梁体温度应力及施工不当造成;局部网状裂缝的产生因设计、施工不当引起。三种形式的裂缝出现于箱梁预制及后期运营全过程，且每一阶段的形态及发展各不相同。
1.1 施工阶段裂缝成因
箱梁预制过程中，从混凝土浇筑至达到设计强度值，依据规范通常取28天龄期。在28天内，混凝土的弹性模量、抗压强度随龄期逐渐增长，异于28天后混凝土的受力性能。较小力的作用可能导致箱梁早期裂缝的产生，其产生原因通常有：
（1）混凝土收缩变形。箱梁预制过程中因混凝土收缩变形导致的裂缝，以混凝土的塑性及自干燥收缩占主导作用。水化热反应引起的塑性收缩出现在混凝土龄期增长的塑性阶段，整个水化凝固过程过快或过慢均会导致箱梁出现裂缝。水泥硬化过程的自干燥收缩，泌水现象导致混凝土体积减小而收缩，最终致使箱梁出现裂缝。
（2）温度力作用。受季节性、日照及温度骤降温差的作用，箱梁龄期成长过程中，箱梁底板中部、顶板与腹板相交处、箱梁翼缘位置处温度应力较大。当温差超出一定程度后，混凝土内部产生的较大拉应力会导致箱梁裂缝的产生。
（3）预应力施加。预应力施加过程中，由于混凝土力学性能随龄期变化的特性，不同龄期阶段的预应力施加都会导致箱梁受力及变形出现差异。未达到混凝土设计张拉强度而张拉预应力，会导致箱梁两侧腹板及锚固区域出现局部裂缝。因超张拉或预应力管道定位偏差等因素也会导致箱梁在施工阶段出现裂缝。
1.2 运营阶段裂缝成因
箱梁运营阶段产生的裂缝主要为结构性裂缝，受荷载承受能力超限、强迫位移及偶然作用的影响。
2 设计阶段防裂措施
2.1 设计方法
混凝土结构设计规范中对箱梁构件的设计计算采用平截面假定，但当构件出现裂缝后，混凝土与钢筋接触面出现相对滑移，不再满足平截面假定。加之，设计计算时对施作环境湿度、温度无法准确考虑，对混凝土龄期时间考虑不周，均会导致构件裂缝的产生。因而设计阶段需对上述影响因素加以考虑。
2.2 防裂措施设计
2.2.1 优化箱梁截面尺寸
预应力管道偏差引起的腹板附加应力随腹板厚度的增加而变小，而腹板厚度的增加对箱梁构件整体受力变化影响较小。为防止因预应力管道偏差而导致的箱梁腹板开裂，可在设计阶段可适当增加箱梁腹板厚度。
2.2.2 调整构造钢筋配置
为避免因预应力张拉、温度应力引起箱梁裂缝的出现，可通过调整构造钢筋用以防止裂缝的出现。通过布置合理的横向钢筋或加密预应力定位钢筋的方法，防止预应力张拉引起的箱梁腹板裂缝;选用较小直径钢筋小间距加密钢筋网，防止因温度应力变化导致的收缩裂缝。
2.2.3 合理设计保护层厚度
保护层厚度一定程度可以限制温度应力引起的收缩裂缝，在满足设计规范要求外，通过增加一定厚度的保护层用以限制梁体裂缝的出现。箱梁保护层厚度不得小于保护层厚度与预应力保护层厚度的允许偏差之和。
3 施工阶段防裂措施
3.1 控制张拉时间
箱梁构件在混凝土龄期3天至5天期间进行张拉时，箱梁上挠最大，极易在此期间产生裂缝。因此要结合试验所得混凝土龄期发展，严格控制张拉时间，防止因混凝土龄期不足导致的构件裂缝。
3.2 准确定位预应力管道
预应力管道安装过程中，预应力管道定位偏差达到20mm时，出现与腹板的深至波纹管位置纵向裂缝。因此，在预应力管道安装后、混凝土浇筑前，须对预应力定位进行检查，也可在安装时适当加密波纹管周围的定位钢筋。
3.3 控制模板变形
腹板厚度的减小会引起箱梁内部拉应力的增大，而施工过程中模板变形会导致腹板厚度的减小，从而在预应力张拉过程中使得腹板出现裂缝。因此，在模板安装过程中对极易产生变形的部位应做加强处理，且应做好模板接缝处理。
3.4 混凝土养护
箱梁混凝土内部温度在浇筑后36h内因水化热反应而急剧上升，36h后温度开始出现下降，下降速率较之升温更快。在此过程中，箱梁内外温差、湿度控制不当，会导致箱梁内部出现拉应力，过大的拉应力极易导致箱梁腹板、顶板及腹板与顶板相交处出现裂缝。因此严格控制从混凝土浇筑后3天内混凝土的温度、湿度对箱梁防裂至关重要，具体可采用以下方法：
①严格控制拆模时间，梁体内外温差不大时方可拆模;
②混凝土浇筑后应及时覆盖，外界温度过高时应采用喷洒设备进行养护，外界温度过低时应采用保温措施;
③箱梁混凝土浇筑36h后内部温度开始下降，在降温期间应加强养护，以防过快降温导致的收缩裂缝。
4 运营阶段防裂措施
4.1 嚴禁车辆超载运营
桥梁在长期超载运营下，当超出构件疲劳限度后，横向联系首先出现开裂，导致单板受力，加剧箱梁裂缝的产生，因此对出现超载区域的桥梁应实行超载管制。
4.2 定期检测养护
桥梁使用过程中，因外界环境及荷载影响下，难免会出现裂缝。定期对桥梁进行检测，掌握桥梁健康状况，对出现裂缝部位分析原因，并对裂缝位置进行加固处理，以延长桥梁使用寿命。
5 结论
文章通过对公路桥梁常用跨径箱梁裂缝成因进行分析，基于裂缝成因分析结果，分别从设计、施工及运营阶段提出优化截面设计、合理配置钢筋、控制预应力管道定位和预应力施加、注重养护、限制超载及加强养护的防裂措施。
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