先简支后连续小箱梁开裂问题及解决措施

胡瑞光

（福建省高速公路有限责任公司南平管理分公司）

1 引言

近年来，先简支后连续小箱梁桥在我国桥梁建设中得到了十分广泛的应用，由于这种桥型自身的结构特点，在施工和运营阶段容易出现一些威胁到其结构耐久性和安全性的典型病害，其中影响最大的就是小箱梁的开裂问题，裂缝问题的存在直接影响到此类桥型在工程中的应用和推广。只有不断的通过理论研究，从设计理论、施工工艺和运营管理等多方面开展系统的研究，形成一套完整的先简支后连续小箱梁桥施工与控制关键技术，才能够切实指导此类桥梁在今后桥梁建设中的应用。

2 先简支后连续桥梁的结构形式和受力特点

简支桥梁由于其施工工艺比较成熟，并且整体桥梁的受力体系比较简单，具有梁体批量预制生产，上下结构同时施工的特点。早期的简支梁桥桥面上设置有很多的伸缩缝装置，这就导致桥面的连续性不足，行车过程中会受到颠簸，影响行车舒适性。而连续梁桥的受力体系比较复杂，大多采用现浇的施工工艺，材料设备的投入也比较大，上下部结构也不能够同时施工，所以一般很难有效缩减施工工期，但是连续梁桥的伸缩缝比较少，因此桥面的连续性较好，提高了行车舒适性。先简支后连续梁桥则结合了这两种梁桥的优点，摒弃两者的缺点，一方面能够有效缩短施工工期，另一方面也能够提供良好的行车环境。先简支后连续梁桥体系图如图1所示，这种桥型针对顶端容易开裂的位置常采用先浇混凝土后张预应力工艺，通过墩顶梁段施工加预应力来抵消荷载在墩顶负弯矩区段产生的拉应力，使得混凝土始终都保持一种受压状态，很好的解决了开裂问题。

图1 先简支后预应力混凝土连续桥型

在将预支好的简支梁放到临时支座上的过程中，梁体主要承受的是先期的预应力和自身重量，现浇梁端接头混凝土之后，张拉负弯矩预应力束，也就形成了连续梁结构，连续梁结构在使用过程中的受力具体表现为支点负弯矩比同等体积现浇的连续梁小，弯矩分布比较均匀，配置预应力束的时候更加方便。在简直梁阶段，混凝土早期形变不会产生次内力，支座的不均匀沉降也不会产生附加内力，但是在形成连续梁体之后，混凝土的收缩和变形就会受到约束，从而产生二次内力，并且这种内力会随着时间的变化而不断变化。

3 先简支后连续小箱梁桥开裂成因分析

3.1 材料成因分析

材料方面重点是指混凝土对桥梁所造成的不良影响，因为混凝土本身材料的特殊性能，可以重点从混凝土的收缩、徐变和温度这三个方面对结构的影响进行分析。

（1）混凝土的收缩和徐变问题，伴随时间的推移，混凝土的热胀冷缩会受到其内在的钢筋与预应力钢的制约，以致架构形成内部重分布，加之混凝土架构内部所有构成内容的渐变与收缩的水平不一，因此互相间会相互约束，以致桥梁内部形成应力，另外，梁体的标高修正与支座的沉降同样会在架构中形成内力，伴随混凝土的逐渐变化便会渐渐减弱制约内力。

（2）混凝土温度对小箱梁的不良影响，混凝土物料因为本身的导热功能不显著，如果外面的温度产生很大变化，其内架构内部的温度变动便会落后，以致混凝土层分散的热量产生很大程度的差别，最后导致架构内的温度以非线性的形式分布。另外，混凝土桥梁构件温度的分布状况同其构件的形状也有很大的联系，就箱型桥梁来说，箱梁的顶板温度变化相对腹板表面温度差异比较大，所以在桥面铺装层比较薄的时候，箱梁顶板受温度的影响就相对明显。

3.2 施工成因分析

3.2.1 钢筋保护层厚度不足

在建造过程中，简支连续底板钢筋的垫块假如高度较矮亦或密度不够，便会导致混凝土钢筋的保护厚度不够，进而增快了大气中水与二氧化碳对其的融合速率。假如二氧化碳融进混凝土内部，和部分碱性物质相遇并发生化学反应的时候，就会使原有的碱性物质性质发生变化，形成碳酸盐，让混凝土的碱度变低，该过程我们将其叫做碳化作用。假如碳化作用渗透到混凝土的保护层，让保护层的碱度变小，钢筋便丧失了保护，最后生锈，而生锈之后的钢筋的规模会变成原来的3倍左右，如此就会让周边的混凝土形状发生变化受到制约，导致的结果就是混凝土构件沿着钢筋表面会产生纵向的裂缝。

3.2.2 预应力钢束超张拉

当前时期，预应力钢束的张拉施工通常运用的均是引申量与张拉力双重控制的标准，但是受到各方面的影响，在实际施工中难以保障预应力钢束的张拉可以达到设计的要求，较易产生超张拉的不足。假如箱梁底板的预应力钢束张拉不能被高效的管控，作业过程中张拉力高于设计数值，加之预应力孔道较易偏离准确位置，因此较易在混凝土箱梁底板所在地形成垂直方向的裂缝。

3.2.3 预应力孔道偏位

在实际施工过程中，经常发生预应力钢束的定位钢筋未曾依照设计标准间距布设的状况，以致预应力钢束的现实地点和设计地点之间存在较大偏差，再加上施工过程中管理工作做的不到位，存在随意踩踏预应力定位管道的现象，还有的定位管道的垫块放置数量不足，以致在混凝土浇灌完工之后，管道下弯位置不准确。张拉预应力钢束时，沿着钢束的方向便会形成向上亦或向下的纵向力，在此种径向力的影响下，便会增大箱梁底板出现裂缝的概率。

图2 小箱梁底板纵向裂缝

3.2.4运营管理问题

运营管理问题主要是针对车辆的超负荷管控，在桥梁运行时期，假如管理工作没有充分做好，便会常常产生部分超载汽车从桥梁上通过的问题。超负荷运行的汽车会让桥梁出现程度较深的竖向弹性位置移动，左右两侧的箱梁翼缘板也会发生错动，车辆离去后此种错动停止，箱梁也会变回原来的样子。可是假如长时间受到超负荷汽车的不良影响，较易让小箱梁分开，严重时会丧失所有的横向联系性能，以致小项梁单梁受力状况，弹性形状变化逐渐发展为塑性形状变化，在此种类型车辆的长期影响下，会增大底板预应力钢束对其的反作用力。这也就是为什么有很大一部分的先简支后连续小箱梁桥在建造过程中并未出现裂缝，而在运行一段时间后便会产生底板纵向裂缝的缘由。

4 先简支后连续小箱梁桥防裂措施

4.1 选材防裂措施

抗裂混凝土的基本配置原则如下：

（1）混凝土早期的收缩裂缝一般都是出现在水泥浆的凝结硬化时，因为水泥浆形成的凝聚力所引发，因此在选择水泥时要遵循“低铝酸三钙、低碱量和低水热”的要求，而且尽量不选取早强水泥；

（2）骨料尽量选取级配优良、强度大、硬度大的干净骨料，严格管控好奇的级配和形状，另外还应当将沙子的细度模数管控在科学范畴内，提升水分含量，减小其表面积，进而减小水泥塑性收缩出现的裂缝；

（3）最好选用高品质的粉煤灰亦或矿渣等矿物掺合料，运用品质级别高的引气剂；

（4）选用减水剂的时候尽量选择减水效率高的，降低拌合的用水量；

（5）少用硅酸盐水泥，并且要限定混凝土材料中凝胶材料的用量上下限。

4.2 施工阶段的防裂措施

4.2.1 混凝土浇筑阶段的防裂措施

在混凝土浇筑过程中需要注意以下几点：①先简支后连续小箱梁浇灌混凝土时应该依照先浇筑底板，后浇筑腹板，最后浇筑顶板的次序，在浇筑施工时还应该设置专业的监察人员加以监督，避免产生漏振、欠振等问题。在部分振动器无法作业的地方比如模板的角落还应该运用插钎辅助振捣；②在小箱梁浇灌完工后，顶部还应进行抹光处置，而且要确保在混凝土初次凝结以前用清扫工具作拉毛处理；③对于一些桥梁中存有的预埋件、预应力管道、锚垫板后钢筋密集区的振捣应力争全面，到位，避免振捣器损伤预埋件与预应力管道，进而导致无谓的错位与毁坏，确保混凝土的坚实性；④在夏天温度较高的状况下实施混凝土浇筑作业时，应保持混凝土混合料的温度低于32℃，如果温度高于32℃应该马上采用科学的降温举措将温度降低。

4.2.2 混凝土养护时期的防裂举措

混凝土浇筑以后应当留出一定的时间加以养护，而且在混凝土构件养护时期，应实时关注外界气温的改变，采用科学的举措对混凝土的温度加以控制。养护所用的水不可随意运用河中的水亦或海中的水，一定要确保达到混凝土拌合水的技术要求。养护阶段可以采取以下几点措施防止裂缝的出现：①浇筑完成后用麻袋亦或其他材料加以覆盖，进行养护，防止混凝土构件遭受外界因素的影响以后出现裂缝；②合理安排箱梁的拆模时间，保证箱梁内外的温度差不能过大，因此在外界气温变化较大或者风速较大的时候不宜拆模；③夏季施工时，在混凝土的降温期间要进一步加强养护，防止降温过快引起的裂缝，而冬季浇筑箱梁的时候，除了要按照冬季特定的养护方法外，在必要的时候还可以进行蒸汽养护。

图3 小箱梁喷淋养护

4.2.3预应力张拉控制措施

在我国，有很大一部分的混凝土桥梁开裂问题都是由于预应力张拉作业不规范操作导致的，虽然预应力张拉作业有着相应的指标，但是收到监测方法的制约，很难保证其精度，再加上传统的预应力张拉作业很容易受到人工干扰，很难消除人为因素带来的影响。所以为了进一步确保桥梁的有效预应力建立以及其均匀度，可以考虑采用桥梁预应力智能张拉作业。智能张拉系统借助计算机软件实现了预应力张拉的全过程自动化，消除了人为因素的影响，通过计算机控制张拉施工过程，彻底转变了人工操作油泵控制预应，全过程无需人工干预，并且能够适应多种施工环境，是我国目前预应力张拉作业领域比较先进的施工工艺。

图4 桥梁预应力智能张拉系统

4.3 运营阶段的防裂措施

先简支后连续小箱梁桥上如果频繁的有超载车通过甚至停车，很容易破坏桥梁结构稳定性，因此可以在桥梁两侧放上限重标志，而且应增大人工监察力度，禁止超载车辆从桥梁上行驶。另一方面，还应注重桥梁的检测，为了保证桥梁的安全运行，深入了解桥梁的耐久性与承受力性能，一定要对桥梁实施定期检查。尤其是对部分交通量大的路段，应注重桥梁的检查，高度关注桥梁的检查结果，着实增强桥梁的养护与管理工作。

5 结束语

先简支后连续小箱梁桥由于受力体系简单和施工工艺比较成熟，具有梁体批量预制生产，上下部结构同时施工的特点，能够显著缩短工期，在我国高速公路建设中得到了广泛的应用。但是当前很多先简支后连续小箱梁桥结构部件普遍存在比较严重的开裂病害，引起对其裂缝的成因和解决措施的研究就显得更加重要。

[1]蔡斌，马秀全，陈修林.连续箱梁裂缝问题探讨[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2004，27（9）：11007～1111.

[2]林 炎.先简支后连续桥梁施工技术方案[J].交通科技，2004（3）：59～64

[3]沈旭东.预应力混凝土箱形梁桥空间受力分析[D].同济大学硕士学位论文，2008.