大跨预应力混凝土箱梁桥施工期腹板开裂研究

大跨预应力混凝土箱梁桥施工期腹板开裂研究

付明芳

武汉荆力工程设计咨询有限公司湖北武汉430000

摘要：在很多施工早期过程中都出现了大跨预应力混凝土箱梁桥施工期腹板开裂的现象。因此为了解决这个难题，笔者针对各种开裂现象以及施工对象进行关于混凝土水化热的检测和评定，并且依据此实验结果总结出解决开裂现象的对策。

关键词：预应力；腹板；开裂

前言

这篇文章主要是为了给同类工程的施工养护提供参考，因此通过一座施工中的大跨预应力、混凝土箱梁桥水化热和它的混凝土早龄期力学性能发展规律的同步实测对施工中的混凝土箱梁水化热及相应的结构温致反应进行了时变分析，并对施工中的大跨预应力张拉进行了模拟，详细分析了混凝土早期裂缝成因。

一、国内外预应力混凝土腹板斜裂缝的现状

早期的裂缝是由多种原因组成的，比如说与源自结构设计、混凝土原材料选择和配合比以及施工养护等诸多因素都有很大的关系，其中施工期间混凝土水化热占了很重要的原因。为了减少这些裂缝，我们采用悬臂施工法施工，用此施工方法施工的大跨预应力混凝土箱梁桥具有很多的特点：一是根部截面细部尺寸能够达到一米左右，一般到大体积混凝土；二是根部截面预应力孔道较多，对截面有一定的削弱；三是下弯束较多且弯角较大，张拉时结构受力较为复杂；四是每个梁段在预应力张拉之后模板体系向前移动混凝土才能够暴露。我曾看过有些研究认为大跨预应力混凝土箱梁桥的水化热是产生早期裂缝的主要原因，甚至有文献认为这些早期裂缝为预应力张拉引起的受力裂缝。

二、产生混凝土腹板开裂的原因以及种类

（一）造成混凝土开裂现象的原因

在土木建材中，普通钢筋混凝土的使用最为广泛，但是由于它的抗折性差、抗冲击性差，常常给施工造成困扰，因此预应力混凝土应运而生，为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。有研究表明，预应力混凝土结构的破坏形式是由于两个方面的原因导致的：一、梁式构架的配筋少，会使得裂缝划分的两个区域以构架受压区为中心转动，导致受压区的受力减少，从而破坏整体构架；二、如果配筋过度，那么锚固的阻力会压迫裂缝的两个区域相对转动，构架受压区的混凝土在外荷载的力下受到摧毁，可是同时受拉区的钢筋还处于可接受的强度内。

（二）混凝土腹板开裂的种类

在桥梁建设过程中有可能后出现三种裂缝现象，有死缝、活缝及扩张缝隙。死缝一旦形成，它的长宽都不会再因为受到压力而有所扩张，由于地址沉降或在塑性阶段时混凝土的表面收缩产生的裂缝，这种裂缝一般可以采用刚性材料修补。而活缝与死缝不同，它的长宽会随着气温和荷载作用的变化而改变，会依据所处环境改变而呈现某种有规律的变化。针对这种裂缝的变化特性，需要使用柔性材料进行处理，才能够使它适应不同的坏境，不至于使裂缝周身及附近薄弱位置拉开而产生次生裂缝。扩张缝是三种裂缝形式中处理难度最高的，因为这种裂缝会随着外界荷载作用的变化而变化扩张，地基沉降或者钢筋锈蚀膨胀都会产生这样的裂缝，它会随着外界荷载的变化，或者混凝土内钢筋体积膨胀而进一步发展。这类裂缝的处理需要具体问题具体分析，一旦处理不当，不仅会使裂缝扩张，而且有可能会造成建筑瑕疵，而引发一些的施工问题。

三、预防施工中产生混凝土腹板裂缝的措施

施工过程中发现零号块和一号块腹板均产生可见裂缝，此后各梁段均有不同程度开裂。直到施工至腹板厚度为零点五的十二号梁段，此时虽然混凝土配合比没有变化，但由于腹板较薄，腹板上才没有类似裂缝出现。我们所进行的裂缝检测结果表明：一是裂缝在结构预应力尚未张拉、拆模检查时就已出现；二是裂缝只在当前施工梁段内发展，腹板内外贯通；三是裂缝与水平方向的夹角约为十五度到四十度，其宽度为零点零五毫米到零点零三毫米。因此要针对裂缝检测结果进行预防措施。

（一）控制混凝土用量

箱梁主要用的是碳六十的混凝土，其中水泥的含量达到每米四百六十千克，粉煤灰就的用量就非常少了，只有每米四十五千克而已。当然，如果粉煤灰的用量太少，而水泥的用量过多，混凝土有可能在后期的时候就会有裂缝出现，而大跨预应力混凝土箱梁桥在底部用的是大体积的混凝土，水泥的用量远远高于粉煤灰，所以有很高的水化热，这样内外温度有明显的差距，这样裂痕就产生就不足为奇了，这也是首要的因素。大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土在烧筑后很快就能达到峰值，通常只要一天就差不多了，在烧筑的前一至四天，要经历高温和低温的变化过程，内外的温度差异也是在这个时候产生的。

（二）采取合理的施工工期安排

从上文的论述可以看出，刚构桥之所以产生裂缝，就是因为水化热导致的。大跨预应力混凝土箱梁桥箱的裂缝产生是有很多的原因引起的，为了阻止这种裂缝的产生，给予几点建议，希望能在施工中能起到作用。首先，调好配合比，在不影响施工的情况下，最好使用地热水泥，一定要用优质的粉煤灰，而且要适量，不宜多也不宜少，水泥最好不要用多；其次，要使用缓凝型高效减水剂，原因是为了降低水化热产生的高温，但是用量上一定要根据实际情况来定，还有就是和水泥比例一定要合适；第三，尽量减少人为因素带来的温度，比如天气温度高，沙和水泥就要放在阴凉处或者低温处，用水可以采取降温的过程之后再使用，还有就是混凝土的搅拌工作最好是在晚上；第四，对现场的管理。要有专门的人员对现场进行管理，冬夏要做好防护措施；第五，温度一定要控制得当。浇注的温度小于等于三是摄氏度即可，高温天气可以到三十五摄氏度，而混凝土的内部温度最好是控制在小于或者等于六十五摄氏度的范围内。

（三）控制混凝土水化热

大跨预应力混凝土箱梁桥的主梁底部基本上已经达到了大体积的混凝土，混凝土的等级和水泥的用量是产生水热化的主要因素。大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土在烧筑后很快就能达到峰值，通常只要一天，在烧筑的前一到四天，要经历高温和低温的变化过程，内外的温度差异也是在这个时候产生的，由此就会产生裂缝。本文主要是从分析水热化使温度变化之大是产生裂缝的原因展开的，而预应力张拉时箱梁的每个部分的应力水平低，就不会有裂缝的产生，因此在施工的时候可以控制大跨预应力混凝土箱梁桥的水化热。

（四）合理进行结构受力设计

对于普通钢筋混凝土来说，内部只有普通的钢筋，而没有预应力钢筋。这就要先去分析普通钢筋混凝土是因为什么产生裂缝的，之后再去讨论预应力混凝土产生裂缝的原因。不同的结构受力不一样，有竖向荷载的作用，就会有弯矩和剪力产生，其法向应力是由弯矩引起的，剪应力是由剪力引起的。而在普通钢筋混凝土中，如果它的法向力比混凝土的极限拉力还要大，那么就会有裂缝的出现。如果荷载再增大，随着时间的推移，裂缝也会随之加大，这样混凝土就会掉落，钢筋自然就要露出来了，和空气接触，就会被氧化和腐蚀，结构的结实程度就要降低，最后建筑就会倒塌或者破坏。

四、结语

裂缝问题在桥梁建筑中十分常见，它不仅影响桥梁的使用寿命，而且对桥梁的结构安全造成严重隐患。本文旨在让相同职业从事者能够借鉴和参考，来研究和讨论更多、更有效的方案来应对裂缝问题、及确保桥梁工程的质量，也希望我国能在桥梁工程领域的施工技术方面有所发展。

参考文献：

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[4]邓雪涛.后张预应力孔道对P.C桥梁截面受力特性影响的数值分析研究[D]．重庆：重庆交通大学土木建筑学院，2008．