钢筋混凝土连续箱梁裂缝成因的分析及控制（精选11篇）
丛培新
辽宁省路桥建设三公司
摘要：对钢筋混凝土连续箱梁裂缝的成因进行分析，并结合已有工程实践，提出了控制预防裂缝产生、发展的措施。
关键词：钢筋混凝土连续箱梁 裂缝 成因 控制预防措施
1、概述
在城市立交和现今高速公路设计中，为满足线型的需要，保证立交线型美观，桥梁结构常常设计为连续箱梁，当桥梁的跨度小于25m时，通常最经济的结构形式为钢筋混凝土结构。在工程实践中，常常会发生钢筋混凝土箱梁的裂缝超过限度的情况，本文就钢筋混凝土箱梁裂缝的成因及工程设计中采用的预防措施谈一些看法。
2、钢筋混凝土箱梁裂缝成因 2.1钢筋混凝土箱梁裂缝概念
混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。理论上讲钢筋混凝土构件均是带裂缝工作的，只有混凝土受拉，钢筋才能受力，只是混凝土受拉裂缝很细，甚至肉眼看不见（＜0.05mm）一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在。《公路桥梁设计规范》（JTJ024-2000）对钢筋混凝土结构的裂缝宽度有明确的规定，在一般正常大气下不应超过0.25mm，处于严重暴露情况（有侵蚀性气体或海洋大气下）不应超过0.1mm。
钢筋混凝土结构裂缝宽度超过限定时，在使用荷载外界物理、化学因素的作用下，裂缝不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用。
2.2钢筋混凝土箱梁裂缝，按基产生的原因可分为以下几类：
（1）由荷载效应（如弯距、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂缝；（2）由外加变形或约束引起的裂缝，主要包括地基不均匀沉降、混凝土的收缩、外界温度的变化；（3）钢筋锈蚀裂缝；（4）建材原因引起的裂缝；（5）施工原因引起的裂缝。
2.3钢筋混凝土箱梁裂缝的原因 2.3.1由荷载效应引起的裂缝
在设计中计算考虑不周，配筋不合理，结构尺寸不足，构造处理不当，刚度不足，施工阶段不按图纸施工，使用阶段超出设计荷载的重型车辆过桥等均可使箱梁产生受力裂缝。受力裂缝一般是与受力钢筋以一定角度相交的横向裂缝，以及由于局部粘结应力过大引起的，沿钢筋长度出现的粘结裂缝，这种裂缝通常是针角状及劈裂裂缝。
2.3.2地基基础变形引起的裂缝
对于全脚手架施工的钢筋混凝土连续箱梁，地基基础的变形为支架变形、支架地坪变形和桥墩基础竖向不均匀沉降，这些均可使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。
2.3.3温度变化引起的裂缝 混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变化，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其北裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：（1）年温差；（2）日照；（3）骤然降温；（4）水化热。
2.3.4收缩引起的裂缝
在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩各类中，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，另外还有自收缩和炭化收缩。
塑性收缩发生在施工过程中，混凝土浇筑后4～5h左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，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，因此时混凝土尚未硬化，称塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右，在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减少混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面分层浇筑。
缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水份逐渐蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水份损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%）,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
自由收缩。自由收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。
炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只是在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳浓度的增加而加快，炭化收缩一般不做计算。
混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。
2.3.5钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化物破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增大2倍到4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀结构破坏。
2.3.6施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、碎石、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
2.3.7施工工艺质量引起的裂缝
在混凝土结构浇筑构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝。
3、控制钢筋混凝土连续箱梁裂缝的措施
在实际的施工中，可以在设计单位的参与和主持下，对混凝土连续箱梁可能出现裂缝的原因进行认真分析，采取了一些预先防止箱梁裂缝的措施，取得了很好的效果，现概括如下。
（1）对钢筋混凝土连续箱梁的受力裂缝采取以下措施：a.采用成熟的计算程序和计算方法，对影响裂缝的因素进行分析，在计算中可以考虑。b.在箱梁构造上采用构造措施，比如对支点附近腹板、底板适当加厚。c.在箱梁的腹板中布设1束-2束预应力钢绞线作为应力储备，其布置按吻合索布置。计算中不考虑，结构的计算分析理论采用钢筋混凝土结构。d.在箱梁可能开裂的部位预先配置钢筋，比如支点附近腹板与顶板连接部的翼缘板下缘等部位。e.采用全脚手架施工的钢筋混凝土连续梁，支点处为墩台支撑，其余部分为脚手架支撑，两者刚度相关较大，如果混凝土一次浇筑，在自重作用下支点部分变形大于其他部分，易使支点附近箱梁用腹板开裂，因此施工时混凝土宜分段浇筑，先浇筑中部分，后浇筑支点部分。
（2）对温度不均匀变化引起的裂缝，采取在箱梁腹板、底板上设置通气孔，减小箱梁内外温差，减小不均匀温差引起的裂缝。
（3）为防止混凝土的收缩裂缝，对箱梁的腹板外侧分布钢筋间距适当加密，同时采用较小的分布钢筋直径。
（4）地基基础变形引起的裂缝，采取以下措施：对脚手架地坪进行加固处理，支架搭设好后应进行预压，预压重等于箱梁恒载自重，同时对桥墩基础沉降量进行控制，以保证各墩台基础的沉降量在一定的范围，并且各墩台基础的沉降差不能超过限定值。
（5）为保证混凝土质量，必须严格控制砂石的含泥量。
（6）加强配合施工，及时进行施工交底，在施工现场配合设计单位优化施工工艺。4 结束语
1 工程概况
集老高速公路6标段分离式立交桥,本桥上部结构为3孔一联(16.6+34.4+16.6)m现浇预应力混凝土连续箱梁,结构形式为单箱三室,梁高1.8 m,宽12.4 m,顶板厚18 cm,底板厚15 cm,腹板厚25 cm。下部结构采用Y形桥墩,肋板承台。采用就地浇筑施工法,满堂红支架,满堂布置。
2 预应力混凝土箱梁常见的裂缝
1)腹板竖向裂缝。该裂缝发生在薄腹部分,裂缝方向垂直于梁轴线,由梁的半高线向上、向下延伸。2)腹板斜裂缝。边跨斜裂缝,主要发生在支座附近,斜裂缝的倾角为45°左右;中跨斜裂缝,主要发生在支座附近,斜裂缝的倾角为45°左右。3)腹板水平裂缝。边跨水平裂缝,主要发生在边端支座附近、腹板的上缘;中跨水平裂缝,主要发生在1/4～3/4跨之间,靠近腹板的上缘。4)底板、顶板平行轴向产生裂缝。5)箱梁横隔板的放射性裂缝。6)预应力锚固部位齿板附近产生裂缝。7)箱梁顶板产生龟裂。
3 预应力混凝土箱梁裂缝成因分析
3.1 主桥总体设计中对箱梁截面尺寸拟定不合理
对于大跨度预应力混凝土箱梁桥,特别是横隔板较少的箱梁在荷载作用下其变形并不完全符合经典梁理论周边刚性假定,会出现截面畸变变形,有关设计单位未考虑箱梁畸变应力是导致箱梁腹板开裂的主要原因之一;箱梁顶板、底板的裂缝是由于箱梁畸变和横向弯曲产生的附加应力导致的;箱梁横隔板的人洞放射性裂缝主要是人洞造成的应力集中产生的;预应力锚固部位的齿板附近的裂缝主要是预加力的局部效应产生的。
3.2 未合理考虑温度应力
本桥位于集宁,施工期为3月～8月,施工期间该地区风速大、气温高,且昼夜温差大。混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷热变化时,将发生收缩和膨胀,产生温度应力。温度应力超过混凝土抗拉强度时,即产生裂缝。
3.3 混凝土原材料质量缺陷产生裂缝
预应力混凝土对原材料要求特别高,粗集料要求级配良好,如果级配不良会造成沉缩裂缝;细集料要求使用中砂以上砂粒,且含泥量有严格规定;对粗细集料都必须严格控制针片状颗粒含量。如细集料含泥量和泥块含量高,搅拌后就不能拌和均匀,而在泥块集中的部位发生龟裂;粗集料的针片状含量大或者级配不好,就很容易在粗集料周围产生沉缩裂缝;此外如果水泥质量不合格或者发生变质就很容易在水泥结块的地方发生龟裂裂缝。
3.4 混凝土施工工艺不当引起裂缝
施工过程中混凝土搅拌不均匀,致使水泥集中的地方产生散射式裂缝;混凝土分层浇筑时,后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑,引起层面之间的水平裂缝;上料速度慢浇筑时间长或浇筑时气温高,造成坍落度损失,致使振捣困难,甚至造成混凝土强度丢失,从而形成裂缝;施工前对支架压实不足或支架刚度不足,浇筑混凝土后支架产生不均匀下沉导致混凝土出现裂缝;拆除支架时应迅速且顺序正确;张拉预应力筋时张拉力过大使箱梁顶板开裂,如张拉力不足,在荷载作用下底板易产生裂缝。
3.5 养护不当形成裂缝
预应力混凝土养护需水量大,不覆盖任何东西,梁板在空气中不能保湿,也就不能使梁板很好的发生水化作用,提高强度。此外裸露在空气中的箱梁白天会达到很高的表面温度,晚上气温下降,从而产生裂缝。但是也不能覆盖太严密,覆盖太严会造成混凝土大量水化热无法散发而形成温度应力裂缝。
4 预应力混凝土箱梁裂缝防治措施
1)设计时除了按有关规范进行主应力计算外,还要求对各种应力,尤其是局部应力的可能分布状态进行足够的定性分析和必要的定量分析。按经典梁理论计算主拉应力时,还要考虑畸变应力和附加应力,在相应部位增加防裂构造钢筋,避免裂缝发生。2)由温度应力引起的裂缝,在施工时,应尽量选择温度低的时间浇筑(利用早、晚进行施工);热天浇筑混凝土时,应降低水温拌制,合理使用减水剂;加强振捣以减少水化热,大体积混凝土采取分层浇筑的方法,并注意混凝土的养护工作;在腹板处每隔5 m留一个通气孔,可以保证混凝土箱梁在拆模后通风散热,保持体内外温度一致,防止裂缝形成。3)由混凝土质量引起的裂缝,可以通过以下措施防止:应采用高标号的水泥,并掺加适量减水剂,以减少水泥用量,降低水灰比。选用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的粗细集料,细集料含泥量应小于3%,粗集料含泥量应小于1%。严格控制混凝土拌合物坍落度。4)混凝土施工工艺不当引起裂缝。可以通过以下措施防止:严格按照施工规范操作进行,开工前彻底检查台座、模板以防止出现角落裂缝,彻底检查机器性能及电路防止中途出现故障中断浇筑而造成施工缝及其他缺陷。混凝土浇筑:采用集中搅拌,泵车浇筑,浇筑时由低到高,从支点向跨中对称分层浇筑。混凝土应振捣密实,捣实后1.5 h～24 h之内不得受到振动。待强度达到90%时,拆除模板。改善现场混凝土的施工工艺,均匀设置布料槽,严禁用振捣棒拖曳混凝土,同时注意混凝土的施工防雨、养护及保温工作;结构内部布置防裂钢筋,以提高混凝土的抗裂性能。混凝土强度达到80%后方可进行张拉程序,第一阶段每根钢束两端同时张拉,第二阶段每根钢束在一端张拉,张拉程序由0到初应力(约0.1σk)※1.02σk持续5 min※σk(锚固)。5)养护不当形成裂缝。可以通过以下措施防止:混凝土浇筑收浆完成后,应尽快用草帘覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持湿润状态,不允许使混凝土在高温下裸露暴晒。
5结语
预应力混凝土箱梁结构受力比较复杂,影响裂缝的因素较多,只要在设计时选用合理的理论和计算模型,施工过程严格控制并按施工规范施工,裂缝发生后采用合理的处置措施,就可以减少或限制裂缝的发生,保证结构物的正常使用。
摘要：以集老高速公路6标段分离式立交桥为例列举了预应力混凝土连续箱梁常见的多种裂缝,对预应力混凝土箱梁裂缝的成因进行深刻分析,进而提出了防治裂缝的措施,从而保证桥梁结构安全。
关键词：预应力混凝土连续箱梁,裂缝,成因,防治
参考文献
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关键词:混凝土裂缝 原因分析 控制措施
0 引言
混凝土是一种由砂细骨料、石粗骨料、水泥、水及其他外加材料施工而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、微裂缝。随着混凝土承受荷载及温差变化影响后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成肉眼可见裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。混凝土出现裂缝的原因多种多样，通常情况下，裂缝的存在不会影响构件的正常使用(宽度<0.05mm)，但如果裂缝过大就会降低结构的安全性和耐久性。
1 混凝土裂缝成因
1.1 原材料质量引起的裂缝
1.1.1 水泥 若水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，亦可能使混凝土强度不足，导致混凝土产生裂缝。如果水泥安定性不合格，其中的游离氧化钙含量超标，而氧化钙在凝结过程中水化很慢，在混凝土凝结后仍然继续起水化作用，亦可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。
1.1.2 砂、石骨料 砂石的粒径、级配、杂质含量如果砂石粒径太小、级配不良，将导致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收缩加大，影响混凝土的强度;如果使用超出规定的特细砂，后果将更加严重。当砂石中含泥量高时，将造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土强度以及抗冻性和抗渗性。碱骨料反应混凝土中的碱与集料中的某些成份发生碱骨料反应，其生成物容易吸水膨胀，导致混凝土开裂。
1.1.3 拌和水及外加剂 拌和水或外加剂中氯化物含量较高时对钢筋蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。
1.2 温度引起的裂缝 当外部温度或结构内部温度发生变化，混凝土将发生形变，若变形受到约束，结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时将产生温度裂缝。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大混凝土结构中。温度裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热(当水泥用350kg/m3～550kg/ｍ3时，混凝土将释放出17500KJ～27500KJ/ｍ3的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃甚至更高)。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土硬化后期。同时，裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1.3 干缩裂缝 干缩裂缝产生的主要原因是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越容易产生，大体积混凝土中平面部位多见。干缩裂缝会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与混凝土中的氧气和水份发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长2～4倍，对混凝土产生膨胀应力，导致保护层开裂，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏，必须引起重视。
1.5 施工工艺引起的裂缝 因为混凝土的拌制、浇筑、振捣、养护不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀而体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的方向出现。
2 混凝土裂缝控制
2.1 混凝土结构设计措施
2.1.1 严把原材料质量关 进场材料必须经严格检验达到技术标准后方能使用，对高标号混凝土使用高标号水泥，尽量减少水泥用量，水泥初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂，细度模数Ｍx大于2.6，含泥量小于2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石，含泥量小于1%，针片状颗粒含量应小于5%。
2.1.2 精心合理地设计混凝土配合比 在保证混凝土具有良好工作性的情况下，严格控制混凝土的水灰比，减少水泥用量，确保水的用量控制在标准范围之内，减少混凝土的坍落度，以便造成不必要的材料浪费，节约成本。在混凝土中合理掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性、降低水化热，推迟热峰的出现时间。
2.1.3 其它设计措施 优化钢筋配置，根据“细而密”的原则，减小水平布筋间距，将混凝土中可能产生的收缩应力分散。由于挖孔、转角和形状突变处等部位应力集中容易产生裂缝，所以应采取有效的构造措施，例如在转角、孔边作构造筋加强;转角处增配斜向钢筋或网片;突变处做成渐变过渡等。
2.2 施工技术措施 在施工过程中细致分析混凝土集料的级配，控制混凝土的水灰比，减少水泥用量和混凝土的坍落度，严格按照设计配合比进行。混凝土拌合时间控制在2min，不能过短，也不能过长。搅拌时间短，混合料不均匀；时间过长，会破坏材料的结构。严格控制加水量，经常检测混凝土的坍落度，以保证混凝土具有良好的和易性，在保证和易性和泵送的前提下降低砂率。混凝土浇筑应选择一天中温度较低的时候进行，要振捣密实，可采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束而产生的拉应力。不论是收缩裂缝还是温度裂缝，混凝土的养护最为关键，所以要加强混凝土的早期养护，如等到混凝土脱模后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇筑收浆完成后，应尽快用潮湿的草帘、麻片等覆盖和洒水养护，使混凝土表面始终保持在湿润状态，不允许混凝土在高温下裸露曝晒。同时，为了避免由于化学反应引起的裂缝可以在钢筋表层涂刷防腐涂料。混凝土表面采用外覆有机涂层的方法能够有效阻止或降低诸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蚀性介质向混凝土内部的渗透，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。目前，国内常用的防护体系是环氧封闭漆+环氧云铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆。经过近多年的实践检验，该有机涂层能够对混凝土进行腐蚀防护，且效果良好，但造价较高。
3 结语
预应力混凝土连续箱梁裂缝病害分析
预应力混凝土连续葙梁桥的裂缝病害成因复杂多样,不能单纯地从某一个影响因素的.角度进行评价、分析,应考虑到各种不利因素的综合作用.
作 者：杨旭光 YANG Xu-guang 作者单位：河北省交通规划设计院试验检测室,河北,石家庄,050091刊 名：交通标准化英文刊名：COMMUNICATIONS STANDARDIZATION年，卷(期)：“”(5)分类号：U445.71关键词：预应力 箱梁 裂缝 超载
探讨桥梁工程中预应力箱梁裂缝成因分析及防治措施
结合多年的`实际工作经验,介绍了后张预应力箱梁裂缝产生的原因及预防措施,最后,通过具体实例,叙述了裂缝处理的加固方法及工艺.仅供相关技术人员参考.
作 者：夏荣华 作者单位：浙江政通建设工程有限公司刊 名：中小企业管理与科技英文刊名：MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME年，卷(期)：“”(18)分类号：U4关键词：后张力 箱梁 裂缝 防治措施
钢筋混凝土现浇板裂缝成因分析及处理
一、钢筋混凝土现浇板裂缝成因分析
一般情况下，楼屋面板裂缝表现为：表面龟裂，纵向、横向裂缝以及斜向裂缝。一)混凝土原材料质量方面 1.水泥凝结或膨胀不正常；
2.骨料中含泥量过多；
3.碱性骨料有可能与碱性很强的水泥起化学反应，生成有膨胀能力的碱——硅凝胶而引起混凝土膨胀破坏，产生裂缝；
4.水灰比、塌落度过大，或使用过量粉砂。
二)施工质量方面
1.混凝土施工过分振捣，模板、垫层过于干燥。混凝土浇筑振捣后，粗骨料沉落挤出水分、空气，表面呈现泌水而形成竖向体积缩小沉落，造成表面砂浆层，它比下层混凝土有较大的干缩性能，待水分蒸发后，易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之间洒水不够，过于干燥，引起混凝土塑性收缩，产生裂缝。
2.混凝土浇捣时过分振捣会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
3.施工工艺不当引起，致使支座处负筋下陷，保护层过大，固定支座变成塑性铰支座，使板上部沿梁支座处产生裂缝；施工中在混凝土未达到规定强度，过早拆模，或者在混凝土未达到终凝时间就上荷载，造成混凝土楼板的弹性变形，在混凝土早期强度低或无强度时，承受弯、压、拉应力，导致楼板产生内伤或断裂；大梁两侧的楼板不均匀沉降也会使支座产生负弯矩造成横向裂缝。
4.后浇带施工不慎而造成的板面裂缝。科学、合理留置砼施工缝。施工缝留置应按有关原则合理留置，通常留置在剪力较小的部位，对于单向板通常留置在平行于板的短边的任何位置；有主次梁的楼板，宜顺着次梁方向浇筑，施工缝应留置在次梁跨度的中间1/3范围内。对于双向板应根据其受力特点，按设计要求留置施工缝。
5.楼面垫层内铺设的暗装水管、电线套管铺设不当，保护层厚度不足可能造成板面沿管线长度方向产生裂缝。
6.混凝土的收缩(温度裂缝)。混凝土处在温差变化较大的环境下，将会使其收缩更为加剧。混凝土浇捣后未及时浇水养护，产生温度应力而出现裂缝，这些裂缝也首先产生在较薄弱的部位，即板角处。三)设计方面 1.地基的不均匀沉降
如在软土地基下采用扩展基础，对于相对较长的条式楼来说，要保证沉降均匀相当困难。由于基础不均匀沉降，引起楼房的拉裂或钢筋混凝土现浇板的开裂。2.荷载的作用
设计人员在进行现浇板的配筋计算过程中，通常只是根据其承载能力确定配筋量，往往忽略了对板在正常使用阶段由其承受的荷载而引起的挠度及裂缝宽度的验算，由此而引起裂缝的产生，这些裂缝有时也会超过规范的最大允许值。3.结构体型突变及未设置必要的伸缩缝
房屋长度过长，而又未考虑设置伸缩缝。当房屋的自由伸缩达到应设置伸缩缝要求的间距时，就会引起裂缝的产生。另外，平面布局凹凸较多，即转角也越多，这些转角处由于应力集中形成薄弱部位，一受到混凝土收缩及温差变化易于产生裂缝。
4.照明、有线电视、通讯等所需的管线直接敷设于现浇板中，有时过于集中，使该处的现浇板厚度大大削弱，从而引起现浇板在该处开裂。
二、裂缝的预防措施
对于现浇板的裂缝，可采取以下几个方面的措施，以减少或避免这些裂缝的出现： 一)混凝土原材料质量方面
1.严把原材料进货关，认真检验，严控砂的粒径及含泥量，做好各项试验。
2.严格控制混凝土施工配合比。根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比，严格控制水和水泥用量，选择级配良好的石子，减小空隙率和砂率以减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。
二)施工质量
1.混凝土浇捣前，应先将基层和模板浇水湿透，避免过多吸收水分，浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。
2.混凝土楼板浇筑完毕后，表面刮抹应限制到最小程度，防止在混凝土表面撒干水泥刮抹，并加强混凝土早期养护。楼板浇筑后，对板面应及时用材料覆盖、保温，认真养护，防止强风和烈日曝晒。3.严格施工操作程序，杜绝过早拆模。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片，承受支座负弯矩，避免因不均匀沉降而产生的裂缝。
4.后浇带施工应制定施工方案，杜绝在后浇带处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝，以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时杜绝在浇注混凝土前就将部分模板、支柱拆除而导致梁板形成悬臂，造成变形。
5.对于较粗的线管或多根线管的集散处，可增设垂直于线管的抗裂短钢筋网加强。线管敷设时应尽量避免立体交叉穿越，交叉布线处采用线盒，同时在多根线管的集散处宜采用放射形分布，尽量避免紧密平行排列，以确保线管底部的混凝土灌筑顺利和振捣密实。当线管数量众多，使集散口的混凝土截面大量削弱时，宜按预留孔洞构造要求在四周增设上下各设2Φ12的井字形抗裂构造钢筋。6.加强对楼面混凝土的养护。早期的妥善养护可避免表面脱水并大量减少混凝土初期伸缩裂缝发生，施工中必须坚持覆盖麻袋或草包，进行一周左右的妥善保湿养护，并可采用喷养护液进行养护。7.严格控制板面负弯矩钢筋的保护层厚度。板的保护层厚度不应大于1.5厘米。
三)设计方面
1.对于地基的不均匀沉降，可通过调整基础的选型进行控制，如采取改用深基础及桩基础等方式以减少这类裂缝的发生。
2.在板角增加辐射筋。现浇板的四周在设计上都已配置负弯矩筋，但针对绝大多数裂缝产生于板角这一现象，在板角四周增设辐射筋，使产生裂缝的应力作用方向与辐射筋相一致，能有效地抑制裂缝。3.平面布置尽量减少凹凸现象和设置必要的伸缩缝。
三
一、钢筋混凝土现浇板裂缝成因分析
一般情况下，楼屋面板裂缝表现为：表面龟裂，纵向、横向裂缝以及斜向裂缝。一)混凝土原材料质量方面 1.水泥凝结或膨胀不正常；
2.骨料中含泥量过多；
3.碱性骨料有可能与碱性很强的水泥起化学反应，生成有膨胀能力的碱——硅凝胶而引起混凝土膨胀破坏，产生裂缝；
4.水灰比、塌落度过大，或使用过量粉砂。
二)施工质量方面
1.混凝土施工过分振捣，模板、垫层过于干燥。混凝土浇筑振捣后，粗骨料沉落挤出水分、空气，表面呈现泌水而形成竖向体积缩小沉落，造成表面砂浆层，它比下层混凝土有较大的干缩性能，待水分蒸发后，易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之间洒水不够，过于干燥，引起混凝土塑性收缩，产生裂缝。
2.混凝土浇捣时过分振捣会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
3.施工工艺不当引起，致使支座处负筋下陷，保护层过大，固定支座变成塑性铰支座，使板上部沿梁支座处产生裂缝；施工中在混凝土未达到规定强度，过早拆模，或者在混凝土未达到终凝时间就上荷载，造成混凝土楼板的弹性变形，在混凝土早期强度低或无强度时，承受弯、压、拉应力，导致楼板产生内伤或断裂；大梁两侧的楼板不均匀沉降也会使支座产生负弯矩造成横向裂缝。
4.后浇带施工不慎而造成的板面裂缝。科学、合理留置砼施工缝。施工缝留置应按有关原则合理留置，通常留置在剪力较小的部位，对于单向板通常留置在平行于板的短边的任何位置；有主次梁的楼板，宜顺着次梁方向浇筑，施工缝应留置在次梁跨度的中间1/3范围内。对于双向板应根据其受力特点，按设计要求留置施工缝。
5.楼面垫层内铺设的暗装水管、电线套管铺设不当，保护层厚度不足可能造成板面沿管线长度方向产生裂缝。
6.混凝土的收缩(温度裂缝)。混凝土处在温差变化较大的环境下，将会使其收缩更为加剧。混凝土浇捣后未及时浇水养护，产生温度应力而出现裂缝，这些裂缝也首先产生在较薄弱的部位，即板角处。三)设计方面 1.地基的不均匀沉降
如在软土地基下采用扩展基础，对于相对较长的条式楼来说，要保证沉降均匀相当困难。由于基础不均匀沉降，引起楼房的拉裂或钢筋混凝土现浇板的开裂。2.荷载的作用
设计人员在进行现浇板的配筋计算过程中，通常只是根据其承载能力确定配筋量，往往忽略了对板在正常使用阶段由其承受的荷载而引起的挠度及裂缝宽度的验算，由此而引起裂缝的产生，这些裂缝有时也会超过规范的最大允许值。3.结构体型突变及未设置必要的伸缩缝 房屋长度过长，而又未考虑设置伸缩缝。当房屋的自由伸缩达到应设置伸缩缝要求的间距时，就会引起裂缝的产生。另外，平面布局凹凸较多，即转角也越多，这些转角处由于应力集中形成薄弱部位，一受到混凝土收缩及温差变化易于产生裂缝。
4.照明、有线电视、通讯等所需的管线直接敷设于现浇板中，有时过于集中，使该处的现浇板厚度大大削弱，从而引起现浇板在该处开裂。
二、裂缝的预防措施
对于现浇板的裂缝，可采取以下几个方面的措施，以减少或避免这些裂缝的出现： 一)混凝土原材料质量方面
1.严把原材料进货关，认真检验，严控砂的粒径及含泥量，做好各项试验。
2.严格控制混凝土施工配合比。根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比，严格控制水和水泥用量，选择级配良好的石子，减小空隙率和砂率以减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。
二)施工质量
1.混凝土浇捣前，应先将基层和模板浇水湿透，避免过多吸收水分，浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。
2.混凝土楼板浇筑完毕后，表面刮抹应限制到最小程度，防止在混凝土表面撒干水泥刮抹，并加强混凝土早期养护。楼板浇筑后，对板面应及时用材料覆盖、保温，认真养护，防止强风和烈日曝晒。3.严格施工操作程序，杜绝过早拆模。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片，承受支座负弯矩，避免因不均匀沉降而产生的裂缝。
4.后浇带施工应制定施工方案，杜绝在后浇带处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝，以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时杜绝在浇注混凝土前就将部分模板、支柱拆除而导致梁板形成悬臂，造成变形。
5.对于较粗的线管或多根线管的集散处，可增设垂直于线管的抗裂短钢筋网加强。线管敷设时应尽量避免立体交叉穿越，交叉布线处采用线盒，同时在多根线管的集散处宜采用放射形分布，尽量避免紧密平行排列，以确保线管底部的混凝土灌筑顺利和振捣密实。当线管数量众多，使集散口的混凝土截面大量削弱时，宜按预留孔洞构造要求在四周增设上下各设2Φ12的井字形抗裂构造钢筋。6.加强对楼面混凝土的养护。早期的妥善养护可避免表面脱水并大量减少混凝土初期伸缩裂缝发生，施工中必须坚持覆盖麻袋或草包，进行一周左右的妥善保湿养护，并可采用喷养护液进行养护。7.严格控制板面负弯矩钢筋的保护层厚度。板的保护层厚度不应大于1.5厘米。
三)设计方面
1.对于地基的不均匀沉降，可通过调整基础的选型进行控制，如采取改用深基础及桩基础等方式以减少这类裂缝的发生。
2.在板角增加辐射筋。现浇板的四周在设计上都已配置负弯矩筋，但针对绝大多数裂缝产生于板角这一现象，在板角四周增设辐射筋，使产生裂缝的应力作用方向与辐射筋相一致，能有效地抑制裂缝。3.平面布置尽量减少凹凸现象和设置必要的伸缩缝。
三、裂缝的处理方法
1.对于一般混凝土楼板表面的龟裂，可先将裂缝清洗干净，待干燥后用环氧浆液灌缝或用表面涂刷封闭。施工中若在终凝前发现龟裂时，可用抹压一遍处理。
2.其他一般裂缝处理，可将板缝清洗后用1：2或1：l水泥砂浆抹缝，压平养护。
3.当裂缝较大时，应沿裂缝凿八字形凹槽，冲洗干净后，用1：2水泥砂浆抹平，也可采用环氧胶泥嵌补。
4.当楼板出现裂缝面积较大时，应对楼板进行静载试验，检验其结构安全性，必要时可在楼板上增做一层钢筋网片，以提高板的整体性。
5.通长、贯通的危险结构裂缝，裂缝宽度大于0.3毫米的，可采用结构胶粘扁钢加固补强，板缝用灌缝胶高压灌胶。1.对于一般混凝土楼板表面的龟裂，可先将裂缝清洗干净，待干燥后用环氧浆液灌缝或用表面涂刷封闭。施工中若在终凝前发现龟裂时，可用抹压一遍处理。2.其他一般裂缝处理，可将板缝清洗后用1：2或1：l水泥砂浆抹缝，压平养护。
3.当裂缝较大时，应沿裂缝凿八字形凹槽，冲洗干净后，用1：2水泥砂浆抹平，也可采用环氧胶泥嵌补。
4.当楼板出现裂缝面积较大时，应对楼板进行静载试验，检验其结构安全性，必要时可在楼板上增做一层钢筋网片，以提高板的整体性。
本文针对正在施工中的宽幅变截面连续箱梁底板纵向裂缝的产生原因定性和定量进行分析, 提出适当的解决措施。
1 工程概况及裂缝情况
本桥为预应力混凝土变截面连续箱梁, 跨径布置为34 m+64 m+34 m, 单箱三室, 桥宽23.5 m, 顶板厚度25 cm, 腹板由墩处65 cm变化至跨中50 cm, 底板从50 cm变化到22 cm, 挂篮悬臂浇筑施工方法。0号, 1号块为支架现浇, 当浇筑完3号块时发现2号块底板出现不同程度的纵向裂缝, 长度为1 m左右, 由1—1截面向2—2截面延伸。
2 裂缝成因分析
1) 箱梁的横向刚度不足, 横向挠度过大会在底板引起纵向裂缝。这种情况往往出现在宽跨比大的桥梁中。
2) 0号, 1号块和2号块施工时间间隔较长, 常因混凝土收缩差而在2号块产生纵向裂缝。
3) 由于日照和环境温度, 使箱梁内外产生温度差引起裂缝。
3 数值模拟计算
用ANSYS进行施工工况数值模拟, 将荷载分为两部分:一部分为结构自重和预应力产生的2号块应力分布, 另外一部分为2号块收缩应变引起的收缩应力, 最终将两种结果线性叠加得出2号块总体应力。
3.1 收缩应变的计算
根据我国公路桥规给出的混凝土收缩应变表达式如下:
一般表达式:
εcs (t, ts) =εcso·βs (t-ts) (1)
名义收缩系数:
εcso=εs·fcm·βRH (2)
其中,
εs·fcm=[160+10βsc (9-fcm/fcmo) ]·10-6 (3)
βRH=1.55[1- (RH/RH0) 3] (4)
收缩随时间发展的系数βs:
其中, t为计算考虑时刻的混凝土龄期, d;t0为收缩开始时的混凝土龄期, 取值为4 d;εcs (t, ts) 为收缩开始时的龄期为ts, 计算考虑的龄期为t时的收缩应变;βsc为依水泥种类而定的系数, 对于一般硅酸盐类水泥或快硬水泥, βsc=0.5;RH为环境年平均湿度, %;h为构件理论厚度, mm;fcm为混凝土立方体抗压强度, MPa;将RH0=100%;h0=10 mm;t1=1 d;fcmo=10 MPa;t=15 d, 代入以上各式求得εcs (15, 4) =2.136×10-4。
在实际工程中, 都是把收缩变形转换成等量温差Ty (t) , Ty (t) =εcs (t, ts) /α, 其中, α为混凝土线性膨胀系数, 取1.0×10-5/℃, 所以Ty (t) =21.36 ℃。
3.2ANSYS计算模型
根据混凝土在自重和温度效应下的计算原理, 应用有限元分析软件ANSYS10.0, 采用三维实体模型对结构进行分析, 规定箱梁长、高及宽方向分别为z, y及x轴。在实际模拟过程中, 混凝土单元采用四面体Solid187, 预应力钢筋单元采用Link8, 收缩变形按3.1节计算的等量温差施加温度荷载, 降温法施加预应力, 混凝土单元尺寸为0.03 m。
在实际施工中, 主墩处设8个临时墩, 全部使用钢护筒焊接在箱梁底板预埋钢板上, 另外由于施工悬臂长度较短, 可以近似认为2号块横向位移ux=0。在2号块张拉拆模后, 用桥梁博士软件进行了竖向位移和截面转角分析计算, 得出结果见表1。
但对于此工况下, 2—2截面可以自由伸缩, 计算模型中不加任何约束。将表1中1—1截面数值施加到ANSYS计算模型位移和转角约束中, 用等差温度荷载代替实际收缩应力, 重力加速度取9.8, 混凝土弹性模量3.45×104MPa, 泊松比0.2, 密度2 500 kN/m3, 线性膨胀系数1.0×10-5/℃。
3.3ANSYS计算结果及分析
从图1可以看出, 在自重和纵向预应力效应下, 2号块段施工完毕后, 1—1截面的底板基本上处于受压状态, 只有在2—2截面端处, 底板中间部位有大约0.4 MPa～0.5 MPa的拉应力, C50混凝土设计抗拉强度值为1.83 MPa, 所以在此荷载作用下2号块底板任意部位是不可能出现裂缝的。
将收缩变形值得到的等量温差作为外加荷载, 施加到1—1截面上, 得到图2。如图2所示最大局部拉应力达到2.25 MPa, 而在自重和预应力作用下这些位置是受压的, 据图1结果显示, 最大压应力达到0.5 MPa, 顶板的普通钢筋配置比底板多了近1/2。
在底板和顶板的大部分区域, 拉应力都在1.7 MPa以上, 可以看出的是收缩应力大大超过了横向受弯所产生的应力。
把以上两种荷载同时加载, 在1—1截面底板处基本上都达到开裂荷载, 顶板由于横向束的作用, 基本上处于受压状态, 上述提到底板普通钢筋配置相对顶板来说比较少, 所以在此荷载作用下出现裂缝也是符合理论分析的, 裂缝出现的位置和延伸方向与实际情况比较吻合。
在3号段施工结束后, 没有发现底板有类似裂缝。为了验证上面的分析是否正确, 笔者对3号块ANSYS建模分析, 在计算收缩应变时, 因为2号和3号两块段施工时间差只有10 d, 相对变形值也就较小, 经计算只有0.741×10-4。从应力计算看出, 在底板钢筋加强区域只有1.1 MPa, 底板其余部位在0.5 MPa～0.8 MPa之间, 远小于开裂荷载, 这与后续施工结果也是吻合的。通过ANSYS计算分析, 以后各块段浇筑间隔在10 d左右, 在底板是不会出现这种纵向裂缝的。
4 结论与对策
1) 采用ANSYS软件对2号块在各种荷载作用下的应力场进行仿真模拟, 可得到混凝土内部的受弯拉应力、收缩应力及裂缝出现的大致位置, 而且施工初期的每一块段, 收缩应力对裂缝产生的影响占很大部分。2) 对于宽幅变截面连续箱梁, 挂篮施工块段与支架现浇块段要尽量减少时间间隔, 减少相对收缩量来降低收缩变形引起的应力。3) 宽幅三向预应力结构, 底板应加强普通钢筋的设置, 以抵抗收缩徐变带来的附加应力。4) 在施工过程中应注意对底板的养生, 使其水化反应充分, 强度达到设计标准。
参考文献
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预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析 伍 静，蒙 波（北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037）摘 要：预应力混凝土箱梁由于在受力性能方面良好，在高速桥梁互通工程中得到了良好的应用，但是由于结构受力和施工工艺的复杂性，该类型桥梁在设计和施工都存在质量较难控制等原因，造成部分桥梁在投入使用过程中箱梁底面就出现较多的横向裂缝，裂缝的大量出现严重影响了桥梁的正常使用，对结构的承载能力存在一定的影响。以一座预应力混凝土箱梁桥为例，通过对材料强度、铺装层层厚度、预应力损失、承载力评定等方面对该桥箱梁底面横向裂缝进行了分析，并对防止此类裂缝提出了改进措施，可供类似工程借鉴。关键词：公路工程；预应力混凝土；箱梁；横向裂缝；承载能力工程背景 某互通桥梁位于某高速公路，由主线桥和A、B、B1、B2、C五个匝道组成（见图1）。其中主线桥采用分离式设计，桥梁全长左幅345．0 m、右幅321．0 m，单幅桥宽12．25 m。桥面横向布置为：0．5 m（防撞护栏）＋10．75 m（行车道）＋0．5 m（防撞护栏）。桥梁上部结构均为预应力混凝土连续箱梁，截面为单箱单室。桥梁具体信息见表1。下部结构除B1匝道墩柱为钢筋混凝土单柱墩外，其它桥梁均采用钢筋混凝土双柱式桥墩，扩大基础。桥台均为重力式U型桥台，支座采用板式橡胶支座。图1 桥梁平面示意图 表1 桥梁跨径组合信息桥名 结构形式 跨径组合／m 4×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（左幅）3×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（右幅）A匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25＋5×25＋6×25 B匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25＋6×25 B1匝道 预应力混凝土连续箱梁 4×25＋4×25 B2匝道 预应力混凝土连续箱梁 3×25 C匝道 预应力混凝土连续箱梁主线桥 预应力混凝土连续箱梁4×23 桥面铺装采用4 cm抗滑表层＋6 cm中粒式沥青混凝土＋防水层＋5 cm水泥混凝土铺装层，并在5 cm水泥混凝土中布设钢筋网。伸缩缝均采用EM－80浅埋式伸缩缝。桥梁设计荷载为 “汽车－超20、挂车 －120”。在桥梁营运过程中，历次检测发现该桥主要存在病害及处治方法如下：（1）第一次定期检查发现该桥预应力混凝土箱梁存在较多的横桥向裂缝，主要包括底板横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板呈“L”形或“U”型，裂缝多位于跨中区域或附近、最宽 0．24 mm（见图
2、图 3）。部分裂缝初步判定为弯曲受力裂缝，对桥梁承载能力造成不利影响。根据《公路桥涵养护技术规范》［1］（JTG H11—2004），桥梁的总体技术状况等级为“三类”，处于较差状态。图2 左幅第12跨箱梁底面纵向裂缝 图3 B2匝道第2跨箱梁底面纵向裂缝 根据第一次检查结果对该桥病害进行了处治，对裂缝宽度＜0．15 mm时采用表面封闭法修补，涂刷专用环氧树脂胶进行封闭；裂缝宽度≥0．15 mm时，采用压力注浆法修补。并对部分桥跨裂缝较多的进行了粘贴碳纤维布（见图
4、图 5）［2］。图4 箱梁底面碳纤维加固 图5 箱梁腹板碳纤维加固（2）维修处治后，为进一步了解该桥裂缝修补后的发育情况，抽选了主线桥左幅第9～13跨、右幅第8、9、11跨和B2匝道桥第2、3跨进行箱梁裂缝专项检查。发现在桥梁跨中区域仍存在较多新开裂的横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板形成“L”型，裂缝宽度多在0．10 mm～0．16 mm之间，部分跨梁底碳纤维布处理后，仍在碳纤维布条间发现横向裂缝（见图6）［1］。2 现场检测结果 为进一步分析该桥裂缝产生的原因，对该桥进行了如下专项检测： 2．1 混凝土抗压强度检测 混凝土强度不足是引起结构开裂的原因之一。为准确获得结构混凝土强度，采用钻芯法对主梁混凝土强度进行检测（见图7）。根据桥梁病害情况及受力特点，本次选取主线左幅13跨右侧腹板进行钻芯取样［3］。根据钻芯法检测混凝土强度技术规程的相关要求，对所取芯样进行抗压强度检测［3］，结果见表2。图6 主线桥左幅第12跨箱梁底面裂缝分布图 图7 钻芯取样测区位置 表2 右腹板钻芯取样混凝土强度试验结果表测点 外观 破坏荷载／kN抗压强度／MPa换算值 方块值1 密实 320．5 40．8 33．7 38．7 2 密实 454．0 57．8 0．87 0．95 47．8 52．8 3 密实样芯抗压强度／MPa尺寸修正系数尺寸换算系数573．8 73．1 60．4 65．4 从试验结果来看，3个试件的推算强度值分别是 38．7 MPa、52．8 MPa和 65．4 MPa，依据《钻心法检测混凝土强度技术规程》［3］（CECS03：2007）中第3．2．5的相关规定，单个构件的混凝土最终推算强度为 38．7 MPa，小于设计强度 40．0 MPa。2．2 桥面铺装层厚度检测 桥面铺装的结构和厚度的实际状况可能与原设计存在较大的差异。为了了解各桥铺装层的实际施工厚度，为桥梁加固设计和承载能力计算提供数据支撑。对桥面铺装结构厚度采用钻芯取样的方法进行检测（见图8）。桥面铺装层钻孔位置的选取，原则上每座桥梁顺桥向选取5个断面，每个断面横桥向布置3个测点，桥梁长度较短的可适当减少，但不应少于3个断面，共计81个测点。图8 桥面厚度总偏差分布图 通过对桥面沥青铺装层厚度检测数据进行分析，本次桥面铺装层厚度81个测点中总偏差介于0 cm～3 cm居多，共计78处，占总测点的96．3%。进一步计算分析，桥面铺装实测厚度较原设计值厚约1．7 cm，从而造成箱梁跨中下缘增加0．008 MPa的拉应力。2．3 预应力损失测算 为进一步了解该预应力混凝土连续箱梁目前的应力分布状况，推断该部位受力状态，采用应力释放的方法对该桥进行恒载作用状态下的应力量测。钢筋应力释放法是指在桥梁在自重、预应力等持久荷载作用下，结构及其中的普通钢筋存在较大的应力，通过切割普通钢筋进行应力释放，则释放出的应力值就等于结构现存的应力值，由此分析结构的实际有效预应力或结构的预应力度，从而对整个结构进行评价［4］。（1）测点布置。选取主线桥左幅第13跨正弯矩控制截面进行应力测量，截面的位置示意图如图9所示。应力测点选取箱梁底板底面上层顺桥向钢筋进行试验，应力测试方向与桥梁纵轴线平行，用以测试纵向弯曲应力。图9 应力释放位置示意图（2）测试结果。采用桥梁专用有限元计算分析软件 MIDAS／Civil 2012 对结构进行建模计算［5］，通过对模型施加自重、二期恒载、预应力及收缩徐变荷载，求得结构在恒载作用下［6］的结构应力图如图10所示。图10 恒载作用下应力图 通过计算可得，箱梁底板应力释放位置恒载作用下的最大压应力值为 4．53 MPa［6］，即最大压应变ε＝139．4με。现场实测钢筋应变εg＝122με，因此主线桥有效预应力度约为88%。通过应力释放试验，此推定预应力钢束损失约为12%。考虑到该方法目前无相关规程可依，因此该测试结果仅供参考。2．4 承载能力试验 结合本桥受力特点和现场病害情况，选取左幅第3联（跨径组合为3×25 m＋30 m＋25 m）进行荷载试验，利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS／Civil计算在设计荷载（汽车－超20、挂车－120）作用下的最大内力值［7－8］，并根据测试截面（见图11）影响线进行等效加载［4－7］。图11 荷载试验测试截面位置（单位：cm）根据计算结果结合现场实际情况，试验测试工况为：工况1（第13跨最大正弯矩工况），工况1（12＃墩顶截面最大负弯矩工况），工况3（第12跨最大正弯矩工况）。试验时应变测点布置在箱梁底板及腹板，具体位置见图12，挠度测点布设在各跨跨中、墩顶及四分点位置。图12 应变测点布置示意图（单位：cm）表3 静载试验测试结果试验工况 设计内力值／（kN·m）应变 ／με 挠度试验内力值／（kN·m）加载效率／mm计算值 实测值工况1 5947 5625 0．98 69 85 －7．53 －8．77工况2 －3854 －3930 1．02 －44 －59 — —工况计算值 实测值3 5808 5755 0．99 73 87 －4．34 －6．68 通过对每个试验工况作用下的数据分析计算，桥梁试验跨主要控制测点结构校验系数均小于1，主要测点相对残余变位或相对残余应变均小于20%；但试验过程中通过对第12跨跨中截面选取的10条横向裂缝宽度的监测发现，裂缝宽度随荷载等级的增加呈现增大趋势，属于结构裂缝，对结构承载力有一定影响。3 原因分析 3．1 桥梁设计原因 根据设计图纸，以主线桥第3联为例进行计算，该联为3×25 m＋30 m＋25 m预应力混凝土连续箱梁，计算结果显示，在正常使用极限状态下，该桥30 m跨跨中下缘拉应力达3．06 MPa，已不满足部分预应力A类混凝土构件要求。即在理论计算上存在开裂的可能。现场检查中也发现，该跨跨中附近存在大量横向、L型、U型裂缝，裂缝形态与弯曲受力裂缝一致。具体可见图 13［8－15］。根据桥梁设计单位提供的计算书，30 m跨径跨中位置正常使用极限状态组合2（移动荷载作用下（汽车－超20）＋永久荷载（结构自重、预应力、混凝土收缩及徐变影响力）＋温度荷载），法向拉应力为3．39 MPa，正常使用极限状态组合3作用下（移动荷载（挂—120）＋永久荷载（结构自重、预应力）），法向拉应力为4．41 MPa，均超过了规范对A类构件的容许应力 2．34 MPa。图13 主线桥左幅第3联正常使用极限状态截面下缘正应力包络图 综上可得，桥梁在原设计状态下应力较大，存在开裂可能。同时，设计时所依据的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》［5］（JTJ 023—1985）中规定对缺少实测资料时，对温度梯度仅考虑桥面板升温5℃，与现行规范有明显差距，也是应力储备考虑不足的原因之一。3．2 桥梁施工原因（1）混凝土强度偏低：钻芯取样法的测试混凝土强度最低仅为 38．7 MPa，小于设计强度 40．0 MPa，混凝土强度偏低在一定程度上增加了开裂风险。（2）桥面铺装层偏厚：实测桥面铺装厚度明显大于设计值，从而造成箱梁跨中下缘增加了0．008 MPa左右的拉应力。（3）其它可能的原因：施工时的预应力张拉不足或存在损失（应力释放结果表明预应力钢束损失约为12%）、混凝土浇注质量差（梁体外观存在大量的蜂窝、露筋、混凝土不平整）。4 结 论（1）在设计阶段需采用不同的方法计算，在结构设计计算时采用平面分析，而在施工阶段需采用空间分析验算的结论。必要时采用实体模型对箱梁的底板下缘纵向正应力、顶板下缘横向正应力进行验算［9］。（2）施工阶段应加强对预应力损失的控制和检测，选择合理的张拉器具、规范张拉工序，做到预应力张拉值和均匀度满足规范要求。（3）当预应力混凝土箱梁底板较多横向受力裂缝时，说明该桥承载能力下降，应立即采取相应方法对结构进行补强（如粘贴钢板等方法），进一步提高结构承载能力。（4）施工阶段要严格按照规范进行施工作业，施工质量的低下是造成该桥裂缝产生的主要原因之一。参考文献： ［1］ 公路桥涵养护规范：JTG H11—2004［S］．北京：人民交通出版社，2004． ［2］ 公路桥梁加固设计规范：JGJ／T J22—2008［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［3］ 钻芯法检测混凝土强度技术规程：CECSO3：2007［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［4］ 北京迈达斯技术有限公司．midas Civil2010分析设计原理手册［M］．北京：北京迈达斯技术有限公司． ［5］ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTJ 023—85［S］．北京：人民交通出版社，1985． ［6］ 公路桥涵设计通用规范：JTJ 021—89［S］．北京：人民交通出版社，1989． ［7］ 公路桥梁承载能力检测评定规程：JTG／T J21—2011［S］．北京：人民交通出版社，2010． ［8］ 朱汗华，陈孟冲，袁赢杰．预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治［M］．北京：人民交通出版社，2006． ［9］ 李增锋，庄一舟，程俊峰，等．横向预应力对装配整体式空心板桥纵向抗裂性能的影响［J］．水利与建筑工程学报，2017，15（3）：127-133． ［10］ 单积明，蔡 飒，伍 静．山区高速公路单向纵坡箱梁桥梁体纵向滑移分析［J］．水利与建筑工程学报，2017，15（2）：176-182． ［11］ 史慧彬．砼桥梁有效预应力检测方法试验研究［D］．西安：长安大学，2007． ［12］ 朱利明，刘 华．三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析及对策［J］．桥梁建设，2005（S1）：114-116． ［13］ 叶 俊，吴小军．预应力混凝土连续箱梁跨中横向裂缝原因分析［J］．公路交通科技（应用技术版），2012（12）：243-244． ［14］ 张兆宁，贺拴海，赵 煜．底板横向裂缝对箱梁强度及刚度影响模拟分析［J］．郑州大学学报（工学版），2011，32（6）：18-21． ［15］ 谭 竣．预应力混凝土连续箱梁桥的顶板力学性能研究［J］．中外公路，2009，29（5）：131-134．
沥青混凝土路面裂缝的成因及防治
重点对沥青混凝土路面的.横向裂缝和纵向裂缝形成原因进行了分析,从裂缝对道路的危害出发,提出了道路裂缝在设计、施工、养护方面的治理措施,从而减少或防治沥青混凝土路面裂缝的产生.
作 者：高欣华 作者单位：河北省武强县交通局公路管理站,河北,武强,053300刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：201036(19)分类号：U416.217关键词：沥青混凝土路面 裂缝 成因 治理措施
3.1利用科学的配量方法和操作
目前公路工程中采用的混凝土主要是由施工人员进行配置和搅拌得到的。因此，制造混凝土的配料和搅拌方式对形成的混凝土质量有很大的影响。混凝土质量与公路建设有很大的联系，也是评判公路质量的标准。在制造混凝土时，应该选用正确的配方比例，采用合适的搅拌方式制造混凝土，保证混凝土密度均匀。首先，公路工程必须要使用合格的混凝土材料，也就是水泥和沙石，以合理的配方进行搅拌，减少搅拌过程中的水泥用量和水的用量，可以在搅拌过程中加入碱水剂、加气剂，尽量使用杂质比较少的配料，保证混凝土的质量。最后对混凝土进行充分的搅拌，保证混凝土被充分搅拌了，这样才能让混凝土的密度更加均匀，减少由于混凝土密度不均匀而产生的混凝土裂缝。
3.2强化公路工程建设中的路基
路基作为公路工程建设过程中的基础部分，直接关系到公路的质量和使用寿命。路基建设之前应该要考虑地表的温度和湿度，提前做好准备工作，保证混凝土内部不会存在很大的差异。虽然公路工程建设对路基的强度要求不高，但是对路基的均匀性和稳定性有很高的.要求，这就需要施工人员在铺设路基的时候注意配料是否正确、搅拌是否均匀，从而有效加强公路路基的稳定性。在公路路基完成之后要进行反复的检查，保证路基的稳定性，对路基中存在的问题进行及时的补救，保证路基的质量。
3.3施工之前控制施工环境温度和湿度
温度的变化对公路工程混凝土建设有很大的影响，混凝土本身是一种吸水性比较强的无机物质，混凝土极易受到外界温度和湿度的影响，温度不够是造成混凝土裂缝的主要原因。因此，在进行公路工程施工的时候应该充分考虑到外界的施工环境温度和湿度，保证外界环境因素不会影响混凝土的施工。比如说公路工程建设中如果没有在光照过强的环境下施工，混凝土可能会有大量的水分流失，对混凝土的固话有很大的影响。同时在保证外界环境温度的情况下，施工人员还要考虑到湿度，在施工过程中补充流失的水分，保证湿度达到施工要求。施工过程之后由于混凝土可能会受到温度的变化影响，施工人员应该及时进行压入缝的操作，保证混凝土不会裂开。
4总结
总之，造成公路工程建设中出现混凝土裂缝原因主要是施工过程中的操作不当、外界环境有一定的影响以及养护工作不到位等。公路是我们正常生产生活的基础，为了提高公路工程建设的整体质量，我们应该重视公路工程建设混凝土裂缝这一现象，针对这些原因，提出相应的解决策略。比如保证操作的合理性、提高公路路基的稳定性，创造一个良好的施工环境。让公路工程混凝土建设过程中的裂缝现象减少，从而提高整个公路建设的质量。
参考文献
[1]杨坤.公路工程建设中混凝土的裂缝成因及措施[J].江西建材，(10).
泵送混凝土是指混凝土从混凝土搅拌运输车或储料斗中卸入混凝土泵的料斗中，利用泵的压力将混凝土沿管道直接水平或垂直输送到浇灌地点的工艺。它不但具有输送能力大、速度快、效率高、节省人力、连续作业等特点，而且降低了施工成本。泵送混凝土不仅能改善混凝土的施工性能，对薄壁密肋结构少振捣或不振捣施工，具有提高抗渗性、改善耐久性等特点。但是，泵送混凝土受骨料级配的限制，胶凝材料的大量使用，以及具有高塌落度、高流动性及高水泥用量原因，在水泥硬化过程中易产生泌水现象，并产生大量水化热，特别是温度裂缝普遍存在，影响了混凝土结构的抗渗性和耐久性，应当在施工中引起高度重视。所以本文对这一问题产生原因进行分析，从而找出有效控制裂缝的措施。
一、温度裂缝产生的原因
1、泵送混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥因水化而产生大量的水化热，由于混凝土体积较大，大量的水化热凝聚在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，导致混凝土表面产生一定拉应力。当拉应力超过混凝土本身的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土施工中当温度变化较大，或者是受到冷空气的侵袭时，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，混凝土内部与表面散热条件不同产生温差，形成温度梯度和温度应力，温差大，将产生很大的拉力而产生裂缝，这种裂缝通常只产生在混凝土表面较浅的范围内，但是如果不加以控制，将很快发展形成贯通裂缝，形成贯穿裂缝。混凝土的温度裂缝的走向一般无一定规律，大面积混凝土结构裂缝通常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂纹多平行于短边；深入和贯穿性温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿长边分段出现，中间较密，裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季裂缝较宽，夏季裂缝较窄。高温膨胀引起的混凝土裂缝一般是中间粗两头细，而冷缩裂缝的粗细变化一般不太明显。由于混凝土表面出现裂缝，造成钢筋产生锈蚀，混凝土碳化，大大降低了混凝土抗冻融、抗疲劳及抗渗能力，影响了建筑物结构安全和合理的使用寿命。
二、影响因素和防治措施
1、影响因素主要是混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。
对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。
2、防治措施：
2．1混凝土原材料和配合比的选用
a．水泥品种选择和水泥用量控制
选用低热或中热水泥，并且减少水泥用量，大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水
泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。因此，在取得设计单位的同意后，可用56天或90天抗压强度代替28天抗压强度作为设计强度。
b．掺加掺合料
国内外大量试验研究和工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，从而改善了可泵性。
特别重要的效果是掺加原状或磨细粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温度升高。在混凝土中掺加一定比率的外加剂，具有减水、增塑、缓凝等作用，改善了混凝土，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。
2．2混凝土施工工艺流程改进
a．搅拌工艺
采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大，从而提高混凝土强度10％或节约水泥5％，并进一步减少水化热和裂缝。
b．振动工艺
严格控制浇筑流程 合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。对于已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振动，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。在高温季节泵送，宜用温草袋覆盖管道进行降温，以降低混凝土的入模温度。
c．养护工艺
注重浇筑完毕后养护，混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。为了严格控制大体积混凝土的内外温差，确保混凝土质量，减少裂缝，养护是一个十分重要和关键的工序，必须切实做好。
混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。
三、裂缝的处理措施
混凝土裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况，我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。
混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法、嵌缝法、结构加固法、混凝土置换法等。
3．1表面修补法
表面修补法是一种最简单、最常见的修补方法，它主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
3．2嵌缝法
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，沿混凝土裂缝凿一条深槽，槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等，表面作砂浆保护层。槽内混凝土面应修理平整并清
洗干净，不平处用水泥砂浆填补，保持槽内干燥，否则应先导渗、烘干，待槽内干燥后再行嵌补。环氧煤焦油胶泥可在潮湿情况下填补，但不能有淌水现象。嵌补前先用素水泥浆或稀胶泥在基层刷一层，然后用抹子或刮刀将砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥嵌入槽内压实，最后用1:2水泥砂浆抹平压光。在侧面或顶面嵌填时，应使用封槽托板逐段嵌托并压紧，待凝固后再将托板去掉。
3．3结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
4.4 混凝土置换法
混凝土置换法是处理非常严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土全部剔除干净，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
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