某预应力混凝土连续箱梁裂缝成因分析

郭曙光

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

预应力混凝土连续箱梁是桥梁工程施工中常见的桥型，主要优点为整体的抗裂性较好、刚度大、能进行大跨度布置。但在实际施工过程中对施工质量要求较高，工艺较复杂，容易产生裂缝。文章就沈阳市某互通高架桥预应力混凝土连续箱梁裂缝的产生原因进行分析和总结，希望为类似工程提供一些参考。

1 工程概况

该工程位于沈阳市西南部，在现有匝道的基础上改造成全苜蓿叶立交，实现两条主干路全互通。A2匝道桥横断面宽7.5m，梁高2m，第4跨～第7跨为预应力混凝土现浇连续箱梁结构，位于缓和曲线和直线段上，跨径组合为30m+31m+30.4m。设计荷载为城-A级汽车荷载。

2 预应力混凝土连续箱梁施工

预应力混凝土连续箱梁采用满堂支架施工，施工前先对梁底地基进行处理：承台基坑分层回填夯实，同时进行地面平整碾压，在支架工程范围内浇筑10cm厚素砼垫层，确保连续箱梁浇筑砼时，满足上部立杆对地基承载力的要求。所有支架基础外侧设排水沟，保证排水通畅。支架采用碗扣式脚手架，支点处纵向步距为0.6m，跨中处纵向步距为0.9m。整联支架通过横联杆和斜撑相互连接，形成一个整体，保证支架具有足够的刚度和稳定性。预压用袋装砂石料作为压重物（采用专用预压袋，人工装袋），采用1.1倍的上部结构标准荷载作为压重荷载。

现场严格按照设计要求的混凝土龄期达到7d，强度达到设计强度的90%，张拉顺序严格按照图纸要求进行。预应力张拉采用伸长值与张拉应力双控方式，张拉数值全部符合设计及规范要求。

3 预应力混凝土连续箱梁裂缝位置及原因分析

3.1 裂缝开展情况

经现场检测，A2匝道桥箱梁底部共发现横向裂缝3条，其中2条延伸至腹板。裂缝检测详细情况如表1所示，开展情况如图1所示。

表1 预应力混凝土连续箱梁板底横向裂缝结果统计表

由以上检测结果可知，该联每孔箱梁底各存在1条横向裂缝，裂缝分布位置均位于A2匝道内侧，距离桥墩4m位置，其中2条裂缝延伸至腹板。裂缝宽度为0.05～0.12mm，裂缝深度为65～124mm，裂缝处钢筋净保护层厚度为25mm，纵向主筋钢筋保护层厚度为37mm，预应力钢束保护层厚度为140～180mm。现场照片如图2所示。

3.2 荷载试验裂缝观测结果

为掌握裂缝发展情况，判断裂缝成因以及对桥梁承载能力的影响，对裂缝宽度、裂缝深度进行了详细检测，并在荷载试验方案中增加了裂缝观测测点。

荷载试验选择裂缝宽度较大的第5跨（0.12mm）和第6跨（0.1mm）进行荷载试验，根据裂缝分布情况，在每孔箱梁梁底和腹板各设置1个裂缝宽度监测点。第5跨偏载试验分4级加载、2级卸载，第6跨偏载分4级加载、2级卸载，5#墩负弯矩工况加载分6级加载、3级卸载。

图1 预应力混凝土连续箱梁底横向裂缝示意图

图2 现场裂缝图

由监测结果可知，第6跨裂缝宽度在荷载试验过程中试验荷载作用下裂缝宽度没有扩展，满足规范要求，裂缝对桥梁结构承载能力影响较小；第5跨裂缝宽度在第5跨偏载荷载三级加载作用下裂缝开始扩展，四级加载时裂缝宽度突变扩展至0.03mm，卸载后裂缝完全闭合。表明裂缝的出现与结构受力有关，但裂缝卸载后闭合良好，结构承载能力满足规范要求。

3.3 裂缝产生原因分析

经桥梁专家现场会诊，认为本桥存在的裂缝经处理后，不会影响工程结构安全，不影响正常使用。从裂缝宽度、长度、深度以及分布区域，结合施工方案和设计图进行综合分析，认为裂缝由支架变形、混凝土温度收缩、支座未放开等多种因素产生。其中温度收缩、预应力张拉时支座未放开是产生裂缝的主要原因。

预应力混凝土连续箱梁混凝土采用C50商品混凝土，现场泵送，坍落度大，在硬化的过程中同时伴随了高水化热的产生、体积的快速收缩等现象。顶板混凝土浇筑历经中午、夜晚等一天中温度最高和最低峰时，早晚温差大，水泥水化和环境温度变化的共同作用使混凝土内外部产生温差，混凝土内部不受或少受环境温度变化影响，表面受环境温度变化影响则产生裂缝。在混凝土浇筑后的4～5h，水泥的水化热反应最为激烈，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，在下沉过程中若受到钢筋阻挡便会形成沿钢筋方向的裂缝，特别是在箱梁的腹板与顶、底板交接处，形成腹板方向的竖向裂缝。

预应力张拉的时候，支座限位未打开，预应力混凝土箱梁变形受到限制，产生次内力，在箱梁的腹板处形成腹板方向的竖向裂缝。

4 裂缝处理

根据专家意见，裂缝处理时应根据裂缝的宽度以0.1mm为准分别采取不同的处理方法。结合现场的实际施工情况，采取裂缝封闭或灌浆的处理措施。裂缝处理原则：所有宽度＞0.10mm的裂缝用环氧浆液压力填充；对宽度≤0.10mm的裂缝用环氧树脂胶泥进行封闭。

5 结束语

裂缝是桥梁使用过程中比较常见且突出的问题，与桥梁的使用寿命息息相关。文章以实际工程为例，对预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的位置及原因进行分析，希望能为类似工程提供一些参考。