探析铁路工程预应力箱梁裂缝控制技术
摘要：预应力箱梁受温度变化、荷载、收缩、地基基础变形、钢筋锈蚀、冻胀、施工工艺质量等因素均可能引起裂缝。基于预应力桥梁裂缝发生因素的多样性和复杂性，在铁路工程施工中应该综合分析工程可能诱发预应力箱梁裂缝产生的因素，再针对影响因素提出裂缝控制措施对裂缝加以控制，来预防预应力箱梁裂缝的产生。本文第一部分阐述了铁路工程预应力箱梁的施工要求;第二部分分析了影响预应力箱梁裂缝产生的因素;第三部分探讨了预应力箱梁控制技术。旨在为铁路工程预应力箱梁施工质量控制提供一些参考。
关键词：铁路工程;预应力箱梁;裂缝;控制技术
引言
预应力施工技术在铁路工程桥梁施工建设中的应用非常广泛。传统的铁路预应力混凝土桥梁采用了后张法进行施工，施工中由人工操控油泵、人工快算张拉力、人工测量伸长量、人工记录数据。由于施工过程中参数大量人工干预环节，且人工操作过程繁杂，测量精度较低，数据可信度较差，还会存在张拉设备需要频繁矫正的问题。因此施工效率相对偏低，施工质量也会不同程度受到影响。根据传统的后张法施工所存在的弊端，铁路桥梁预应力自动张拉系统应用技术应运而生。铁路工程预应力箱梁裂缝控制技术为预应力自动张拉系统应用的典型代表。研究铁路工程预应力箱梁裂缝控制技术对于提高铁力桥梁施工裂缝控制水平和提高预应力桥梁施工质量、施工效率有着重要的意义。
一、铁路工程预应力箱梁的施工要求
预应力箱梁施工要求严格按照相关标准执行施工过程中的桥梁质量检测与控制。质量检测与控制的内容包括桥梁结构变形量、内力变化等。通过对桥梁结构的变形量、内力变化等指标的合理控制，可以有效的预防桥梁施工裂缝问题的发生，提高预应力箱梁施工的质量，从而提高桥梁整体的使用寿命和安全性。预应力箱梁施工过程中质量控制的主要内容包括变形控制、内力控制两部分。其中变形控制主要针对箱梁的竖向扰度、横向偏移等指标加以控制，内力控制主要针对施工合拢时间加以控制。在施工过程中，还需要针对箱梁随时可能发生的扰度偏差加以分析和控制，以便保障预应力箱梁施工质量的可靠性。
二、影响预应力箱梁裂缝产生的因素
影响预应力箱梁裂缝产生的因素非常复杂，包括温度变化、荷载、收缩、地基基础变形、钢筋锈蚀、冻胀、施工工艺质量等因素。其中温度变化为主要的影响因素。特别是在夏季或冬季室内外温差较大的环境下施工时，会直接影响新拌混凝土的硬化效果。在干燥、大风的环境中，昼夜温差较大、室内外温差较大都会增加预应力箱梁混凝土施工的中裂縫发生的概率。一般环境温度过高，会造成混凝土材料温度偏高，混凝土浇筑后内部温度与表层温差擦较大，致使混凝土发生较大的收缩应力。当收缩应力大于混凝土自身的抗拉强度时，混凝土就容易发生列分。水泥水化热反应的速度易受温度变化的影响而发生变化。当温度较高时水泥水化热速度加快，振捣不当时就会造成浇筑后的混凝土发生蜂窝、麻面、缝隙等问题。混凝土在高温环境下拌和及建筑，其水分蒸发速度较快，会影响混凝土的配比，进而影响到混凝土浇筑后的强度、耐久性及抗渗效果。混凝土中掺入的引气型减水剂还会因为混凝土内部温度较高，加速了气泡的会发速度，降低了混凝土内部气体含量，反而会增加混凝土内部结构的不稳定性因素，加速浇筑后混凝土的塌落程度。此外，混凝土浇筑完成后养护不当也会加速水泥水化热反应，此时混凝土内部散热较慢，表层散热较快，混凝土内外结构温差较大，易发生预应力收缩变化，导致裂缝的发生。
三、预应力箱梁控制技术
(一)预应力箱梁施工裂缝控制的要点
1.形变
预应力箱梁的构件在内外力相互作用下会纵向或横向的形变。预应力混凝土施工的过程中桥面受垂直作用力影响发生轴线的水平偏移。水平偏移的发生同样会导致预应力箱梁构件受到拉力，进而导致裂缝的产生。
2.内力
预应力箱梁的形变导致箱梁各部件之间发生连续性的内力作用，即所谓的预应力。预应力主要由箱梁得到锚固、弹性钢条、张紧等作用提供，具有对外部力量抵消的作用。
(二)预应力箱梁控制的关键技术
1.材料控制
混凝土、钢筋、锚具是铁路工程预应力箱梁施工中必不可少的材料。混凝土材料质量本身影响着混凝土浇筑后的硬化效果及预应力的变化。铁路工程预应力箱梁施工要求混凝土中优质砂和粗砂的含量应不低于20%。其中要求试块中沉淀物的含量应不低于1%。夏季施工或施工环境温度较高时，应该对砂石材料先进行冷却处理。钢筋则应该按照工程设计要求选择钢筋类型及品质。钢筋入场后需要先进行抽样检验，对检验合格的按照分类及存储环境进行储存，质量不合格的钢筋应作退场处理。储存钢筋的环境应保证干燥，预防钢筋锈蚀问题。箱梁锚具应按照设计要求对其预应力张力条件等指标进行测试，检查其质量是否符合工程设计要求。一般情况，需要将超过预应力钢条拉伸强度90%作为锚固检测指标，采用40铬和优质碳钢作为材料。测试后锚具外观无缺陷、无锈蚀及预应力张拉条件等指标符合工程要求的进行储存。锚具质量不符合工程要求的予以退场处理。
2.温度控制
预应力箱梁施工中温度的控制应该根据实际条件而定。温度控制的目的在于控制混凝土内外温差的发生，减缓水化热温度变化。具体控制措施参考如下：高温环境下，混凝土浇筑完成后需要在表面洒水降温;低温环境下，混凝土浇筑完成后需要采取保温措施;在光照极强的情况下需要对浇筑而成的混凝土做遮光处理。
3.变形控制
在进行悬臂浇筑时，为预防箱梁扰度对箱梁合拢后其内力的影响，应加强对混凝土浇筑前后的监测，加强对预应力钢条及吊篮施工前后干扰度的测量，根据监测结果及时分析和控制箱梁的扭转变形，并以此来检测和分析箱梁的变形，加强对变形位置的控制。
4.线形监控
针对预应力箱梁施工过程中的线形变化，应加强动态化监控，实时掌握箱梁纵向、横向的位移变化，分析偏差发生的原因，及时采取针对性的措施控制偏差。
结语
综上所述，铁路工程预应力箱梁裂缝的发生是多因素综合作用下发生的结果。在引起预应力箱梁裂缝的因素中，温度因素对裂缝发生的影响作用最大。铁力工程预应力箱梁施工中，在裂缝控制方面应该具体问题具体分析，分析导致影响裂缝产生的因素，根据施工标准和施工要求加强对可能造成预应力箱梁裂缝的材料、温度、变形、线形变化、应力、工艺等方面的控制，预防混凝土内外应力差的发生，进而来控制施工过程中裂缝的发生，强化对预应力箱梁施工的质量控制。
参考文献
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作者简介：万尚俊 1996-1-14 男 汉族 江西九江人 本科 助理工程师 现供职于中铁三局集团桥隧公司有限公司桥梁分公司 研究方向：箱梁预制
作者：万尚俊
摘 要： 随着城市发展进程的加快，市政道桥作为道路交通网络中非常重要的组成部分，其施工质量对于道桥工程整体具有直接的影响。在当前市政道桥施工中，预应力混凝土连续箱梁施工技术应用十分广泛，但在具体施工过程中，预应力混凝土连续箱梁容易出现裂缝，这必然会影响道桥的使用年限和行车的安全。因此文中从预应力混凝土连续箱梁受力特点入手，分析了预应力混凝土连续箱梁常见的裂缝形式，并进一步对市政道桥施工中预应力混凝土连续箱梁裂缝的防治措施进行了具体的阐述。
关键词： 市政道桥施工;预应力混凝土连续箱梁;裂缝;防治措施
1预应力混凝土连续箱梁受力特点
在当前市政道桥施工中预应力混凝土连续箱梁应用较为常见，而且大部分会采用弯梁形式。在对预应力混凝土连续箱梁受力特点进行分析时，大致可以归纳为以下几个方面：
1.1结构自重
对于预应力混凝土连续箱梁，当弯梁内外侧长度存在差异时，则会对桥梁自重的分布带来较大的影响。由于桥梁曲线外侧的自重会大于桥梁内侧的结构自重，当半径越小时，这种差异则会越发明显。
1.2预应力荷载
在预应力混凝土连续箱梁中，由于预应力在高度和平面径向等方面都会存在弯曲，这也使其在高度方向预应力会发生变化，因此需要承受预应力荷载。
1.3收缩徐变效应
由于混凝土收缩徐变是由其自身的特性决定的，对于预应力混凝土箱梁来讲，基于预应力的作用结构常会出现内力重新分配的情况，特别是收缩会严重影响曲线变化的桥面，徐变对桥梁平面影响不大，但却会严重影响到桥梁的挠度。
2预应力混凝土连续箱梁常见的裂缝形式
2.1横隔板裂缝
在预应力混凝土箱梁中横隔板裂缝十分常见，具体需要分析模隔板出现裂缝后局部使用的有限元，表明箱梁人洞附件存在应力集中的情况，这样人洞附近容易出现放射性裂缝，横隔板在支反力作用下也容易产生劈裂裂缝。
2.2弯曲裂缝
预应力混凝土箱梁结构中弯曲裂缝较为常见，通常出现在剪力较小的跨中区域或是支座负弯矩位置处。导致弯曲裂缝发生的原因多是由于弯曲正应力，即桥梁在使用过程中，梁顶部会存在负弯矩，底部分存在正弯矩，因此在这两个部位会出现弯曲裂缝，部分裂缝会逐渐扩展，达到腹板位置。在梁顶部分负弯矩位置处，弯矩的重新分配则此处不容易出现弯曲裂缝。
2.3腹板斜裂缝
腹板斜裂缝即就是主拉应力裂缝，这类裂缝在预应力混凝土箱梁结构中比较普遍，腹板斜裂缝多发生在支座附近剪应力较大的位置，在裂缝分布形式上呈现出中心向两边扩散，裂缝一般与梁轴线之间呈现出一定的夹角，一般在30°-50°之间，如果不进行及时的处理，裂缝会随着使用时间的推移逐渐增加，最后将影响到桥梁的正常使用。造成腹板斜裂缝的原因较多，在施工阶段，临时荷载超过了设计阶段的临时荷载，裂缝作用点位置出现了应力集中后者是混凝土拆模时间过早，致使混凝土没有达到龄期要求。
2.4底板保护层混凝土劈裂裂缝
在市政道桥施工过程中，在具体应用预应力混凝土连续箱梁时，存在多种因素会导致底板保护层混凝土劈裂裂缝产生。如在实际施工过程中，当混凝土施工质量控制不到位时，或是混凝土保护层厚度没有达到标准要求，内部钢筋存在腐蚀情况等，这些问题中任何一个问题存在都会导致保護层混凝土劈裂裂缝产生。
3预应力混凝土连续箱梁裂缝防治措施
3.1合理布置桥跨跨径的比例
在总体设计桥梁时，要合理布置桥跨跨径的比例，拟定合适的箱梁截面尺寸。在选用预应力混凝土连续梁桥的边跨与主跨比时，要根据实际情况来进行。如果边跨较长，那么其整体刚度就会偏小。在恒载和活载的作用下，现浇段往往会出现较大的主拉应力，这种情况容易导致混凝土开裂。在加载边跨的时候，会对中跨箱梁产生极为不利的影响。如果边跨与中跨这两者的比例较小，那么边跨支点可能会出现负反力，从而导致边墩与边跨的受力不均匀。而且桥梁裂缝与箱梁截面尺寸安全储备不足也具有一定的联系，因此要第确定箱梁截面尺寸时，既要注意到梁高，还要注意腹板尺寸的优化。
3.2优化纵向预应力方案，加强预应力储备
出现腹板斜裂缝的预应力混凝土连续箱梁往往在纵向预应力钢束布置时偏重于施工方便，忽视了对腹板下弯束和边跨现浇筑梁端部一定范围内腹板弯起束的利用问题。因此在选用直线束布置方案时，宜在靠近箱梁支点附件的节段内，在腹板内布置部分下弯束，并且在边跨现浇段端部腹板内要布置部分下弯束。在设计时通过合理布置纵向预应力钢束达到改善箱梁整体受力状态的目的。此外，适当加密边跨箱梁端部腹板的箍筋，适当放大直径，实现对腹板斜裂缝的有效控制。
3.3加强施工阶段的预防
在市政道桥预应力混凝土连续箱梁施工过程中，要求施工单位要严格按照具体的施工图纸进行施工，在施工过程中临时支架要与设计要求相符，而且桥梁荷载要保证在规定范围之内。在混凝土施工过程中，需要做好振捣工作，而且要确保振捣的密实性和均匀性，避免出现过振或是漏振的情况，有效的防范蜂窝和空洞的情况发生。在具体进行混凝土浇筑施工时，需要分层进行混凝土浇筑，并进一步优化浇筑的顺序，合理控制前后两次混凝土浇筑的时间，避免混凝土收缩徐变相差过大，从而在一些结构较为薄弱的部位出现收缩裂缝。当混凝土浇筑完成后，需要做好养护工作，混凝土养护期间不宜过早拆除临时支架和模板，只有当混凝土强度达到设计强度要求时才能进行拆模。对于大体积混凝土浇筑施工，需要处理好水化热的散热问题，确保混凝土强度达到施工的标准要求，以此来有效的防范混凝土裂缝出现。
3.4重视温度应力
从相关的调查数据中可以发现，桥面局部升温或者降温都会在结构中引起较大的内力变化，尽管这部分内力并不是永久的，但是却无法避免这些内力。如果考虑的不得当，温度应力会导致支点附近、跨中截面产生裂缝。虽然这些裂缝并不会影响到结构的正常使用，但是在设计的时候要重视这些裂缝。除了对这些截面进行必要的应力验算之外，还要采取相关的构造措施，比如：在验算截面附近布置一定量的非预应力钢筋，确保温度应力分布均匀，防止温度应力裂缝的产生。
4结束语
由于预应力混凝土连续箱梁结构具有结构刚度好、变形小及行车舒适等诸多优点，因此在40m—200m 跨径的桥梁施工中被广泛应用，并取得了较好的效果。在预应力混凝土连续箱梁施工过程中，基于多方面因素的影响，极易导致预应力混凝土连续箱梁产生裂缝，因此在实际设计和施工过程中需要对裂缝问题给予充分的重视，并积极采取有效的措施加以预防，确保预应力混凝土连续箱梁裂缝的减少或是消除。
参考文献
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作者：刘洪南
摘 要：本文分析了预应力现浇混凝土箱梁裂缝产生原因，并且提出了相应的防治措施，希望能为提高该结构的施工质量提供参考。
关键词：预应力混凝土箱梁;现浇;裂缝;防治措施
引 文：本文结合施工实际情况，然后分析了列举预应力现浇混凝土箱梁各种形式裂缝的原因，根据原因从而提出针对性的预防控制措施，希望避免质量隐患发生，使箱梁施工质量得以提高。
1裂缝产生原因分析
造成预应力现浇混凝土箱梁梁体出现受力或非受力裂缝的原因就是因为施工管理不善，以及混凝土配合比不合理，同时还有地基基础、支架、模板安拆、混凝土拌和、浇注、养生、张拉、注浆等施工工艺不合理，另外还有具体施工操作不规范等造成的。
2.1地基基础
已浇筑混凝土梁体产生受力裂缝是因为地基基础承载力不足，同时没有按要求进行处理，以及加载后不均匀沉降所导致; 由于混凝土等基础，如在越冬或春融期架设的支架，没有设置在冻层以下或未采取保温防冻措施，从而导致这个期间施工或已成型未拆支架的箱梁受冻融影响导致受力裂缝的产生。
2.2支架、模板
极易造成箱梁裂缝出现甚至发生坍塌安全事故的就是因为支架、模板设计方案没有经过验算或计算错误，以及现场施工方案与经批准的设计方案严重不符，导致承载能力远低于设计方案;另外，杆件等不均匀变形使梁体产生裂缝的原因是因为支架、模板安装完成后未按要求进行预压处理，没有消除杆件、接头等非弹性变形，从而导致裂缝产生;裂缝产生的原因还有模板刚度差或支立不牢固易造成跑模或胀模; 通常在拆除内模时容易造成顶板局部或张拉锚头混凝土开裂，并且由于混凝土强度不足拆模、拆支架过早、拆支架顺序不合理或违规大力别撬都会造成梁体产生裂缝，一般地基基础和支架等因素造成的梁体裂缝存在于顶板、腹板、底板等部位，并且大多与梁轴线接近垂直方向，多属于受力裂缝，影响使用或结构安全。
2.3混凝土配合比、拌和
失误的混凝土配合比设计存在以及粗集料粒径过大或原材料进场控制不严，从而造成粒径超标的，还有由于纵向波纹管与腹板侧壁两侧钢筋间距偏小，从而导致形成卡料式沿波纹管方向的非连续裂缝的;另外，造成混凝土表面出现收缩裂纹的就是因为混凝土中水泥用量过大或局部混凝土拌和不均粗骨料偏少，细集料或粉料过多造成的，并且由于混凝土成型后水化热过大，在严重时就会形成透过表面构造钢筋的裂缝。
2.4混凝土浇注
混凝土施工中由于未考虑刚性墩与临时支架弹性压缩不一致性，从而没有合理调整浇注顺序，使得在墩柱、临时门架立柱或刚性支墩等两侧出现沿横断面方向的受力裂缝，从而在使用时受到影响; 离析式裂缝是在支座、锚垫板等处由于结构钢筋加密、振捣不精细形成的，从而危及支座后期正常使用或钢绞线张拉安全。
2.5混凝土养生
在顶板混凝土表面形成不规则的非受力裂缝是因为箱梁顶板混凝土浇注后收浆抹面不及时、覆盖养生未跟上所造成的，这类裂缝一般腹板、底板、箱体内混凝土表面很少出现;另外，造成梁体出现受力裂缝则是在较寒冷季节施工或混凝土采用加热养生措施，导致箱体内、外温差过大或温度升降过快，温度应力过大所造成的。
3裂缝防治措施
3.1地基基础
地基基础应采取碾压、换填、水泥搅拌桩、水泥混凝土桩基等措施加固地基基础，同时必须进行承载力检测，从而达到施工方案设计要求的承载能力。在支架和拱架搭设之前，预压地基应按《钢管满堂支架预压技术规程》要求，合格并形成记录。如果支架搭设涉及越冬时，地基处理深度就一定要符合防冻要求;另外，在支架周围为了防止地基基础因水浸泡等影响承载力下降，致使支架不均匀沉降，应该有良好的排水措施。
3.2支架、模板
(1)支架、模板的强度、刚度以及稳定性验算一定要对规定的要求符合，同时还要形成专项施工方案，如果要进行现场施工，就一定要按程序履行报批手续后方可进行。(2)支架立柱一定要在能够承载力的地基上落下，并且在立柱底端一定要放置垫板或混凝土垫块。(3) 各种支架和模板安装后，如果要消除拼装间隙和地基沉降等非弹性变形时应按技术规程要求采取预压方法，当预压合格后再形成记录。支架应有简便可行的落架拆模措施; (4) 应根据梁体和支架的弹性、非弹性变形设置预拱度来安装支架。(5)支架、拱架安装完毕，经检验合格后才能安装模板。(6) 对模板、支架或拱架在浇注混凝土和砌筑前进行检查和验收，合格后方可施工。(7)浇注混凝土时应设专人巡视，使模板顶杆、螺栓等松落造成的跑模、涨模等情况防止发生。
3.3混凝土配合比、拌和
(1)保证混凝土配合比设计质量，建议采用4.75～9.5mm、9.5～19mm规格两档粗集料，同时控制水泥用量;拌和站材料进场时对粗集料规格严格控制，尤其9.5～19mm档粗集料严禁大料超标; 严格按设计要求进行钢筋绑扎、波纹管定位，为了确保波纹管与相邻钢筋净距满足混凝土浇注施工中下料通过要求，要求不缩尺、不偏位。(2) 为了保证计量准确，拌和设备一定要定期校准，并且严格按配合比设计拌和施工，使的拌和时间足够，进一步保证混凝土拌和的均匀性，严格把关浇注现场，不得投入使用不符合质量要求的混凝土。
3.4混凝土浇注
(1)在施工专项方案中对混凝土现场浇注顺序和施工组织方案要明确，对于悬臂段应从悬臂端开始浇注混凝土至固定端，对于简支梁或连续梁应该从墩柱、临时门架立柱或刚性支墩等最近的两相邻柱之间的跨中开始向两侧进行混凝土浇注，由于分段浇注，要考虑作业面作业人员增加及相互干扰的问题，另外浇注设备、混凝土供应量需要较大增加，相邻两个节段浇注合理安排施工节奏，进一步保证在混凝土初凝前完成振捣成型等工作，使混凝土连接质量得到保证。(2)在箱梁混凝土配合比中应专项配合比设计支座、锚垫板等处，采用同级别混凝土，但要使粗集料最大粒径减小，从而保证支座、锚垫板等结构钢筋加密处混凝土的通过率，使混凝土离析和卡料现象防止出现;混凝土浇注过程中，对分层下料严格进行，分层厚度也要控制，为了确保该处混凝土振捣密实，在振捣时，一定要采用直径较小振捣棒操作。
3.5混凝土养生
混凝土施工时一定要避开大风、温度较高时段，氣温较低的天气，并且为了保证混凝土养生温度，一定要按照《公路桥涵施工技术规范》要求采取覆盖、加热等措施。对养生设备、覆盖材料等施工现场一定要提前准备，及时在箱梁顶板混凝土浇注后收浆抹面，建议采用二次收浆抹面工艺，覆盖养生土工布等，为了确保在顶板混凝土表面不出现裂缝，洒水一定要快速跟进，从而定期补洒保证混凝土表面湿润。其采用加热养生措施时箱梁箱体内、外温差不得超过规范要求，一定要保证加热设施适用、加热点布置合理、加热均匀以及内外温差不超限，升降温度速度控制有效不超过规范要求等，为了保证混凝土表面温度与环境温度差符合规范要求，在拆除模板或保温设施时一定要采取措施保，从而使混凝土缓慢冷却。
4结束语
预应力混凝土箱梁结构的优点是整体性好、抗扭能力大、横向抗弯刚度大、变形系数低、结构美观、抗震能力强、伸缩接缝少和养护便捷等，因此，该结构广泛使用在辽宁高速公路建设中，而且基本采用支架现浇模式，因为预应力现浇混凝土箱梁存在各种病害是由于地处北方寒冷地区冬夏温差大及施工等原因造成的，并且以裂缝病害较为普遍，所以使混凝土结构的使用寿命极大地降低。
参考文献：
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作者：万国稳
1使用混凝土箱梁的优点
在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中，当跨度超过40m后，横截面大多采用箱形截面。其主要优点是：
①箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，截面效率指标较T形截面高，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性。②顶板和底板面积较大，能有效地承担正负弯矩，并能满足配筋的需要，适应具有正负弯矩的结构，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。③适应现代化施工方法的要求。④承重结构和传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高并适合预应力混凝土结构的空间布束，因此具有较好的经济性。⑤对于宽桥，由于抗扭刚度大，内力分布比较均匀，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布。⑥适合于修建曲线桥，并具有较大的适应性。⑦能很好适应布置管线等设施。在设计上，箱形截面可极大地发挥预应力地效用。可提供很大地混凝土面积用于预应力束地通过，更关键地是可提供较大地截面高度，使预应力束有较大的力臂。因此，桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点，顶底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合的空间曲线，集中锚固在腹板顶部的承托中(或锚固在腹板中)，底板钢束尽可能靠近腹板加厚板(齿板)并在其上锚固。 2预应力连续箱梁裂缝的产因
预应力连续箱梁的裂缝类型主要有：边跨斜裂缝，边跨水平裂缝，中跨斜裂缝，中跨水平裂缝，边跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，中跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，底板、顶板纵向裂缝，底板、顶板横向裂缝、箱梁横隔板的放射性裂缝，预应力锚固部位齿板附近裂缝。 预应力混凝土连续箱梁裂缝从成因角度可分为：由荷载效应(如弯矩、剪力、扭矩及拉力等)引起的裂缝、由外加变形或约束引起的裂缝，主要包括“基岩效应”、地基不均匀沉降、混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂缝、预加力次效应引起的裂缝、建材原因引起的裂缝。
根据裂缝产生部位的不同我们可将其分为：翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝两种。 ①翼缘板横向裂缝一般发生在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板处，横向裂缝一般均发生在跨中底板翼缘。对于连续箱梁，横向裂缝还发生在支座负弯矩处的顶板翼缘，并且大部分出现在距支点1/3跨径范围以内，越靠近支点裂缝越严重，对于该类型裂缝，主要有以下原因引起，首先，设计时翼缘板有效分布宽度考虑不足，薄壁箱梁翼缘板有效分布宽度问题实际上就是剪力滞问题，由于理论计算剪力滞效应较为繁琐，不适于工程应用，各国普遍采用有效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不足或计算值安全储备较低，在一些特殊荷载工况下容易发生应力过度集中，腹板处翼缘应力波峰超过允许值，因而首先在该处发生横向裂缝。在多年反复荷载的作用下，裂缝横向发展，向翼缘板中部扩展，以至于形成横向通缝。对于薄壁箱梁桥的翼缘板横向裂缝，病害原因多归于此。其次，混凝土徐变引起横向裂缝，在长期荷载作用下，受混凝土徐变影响，箱梁在运营6年～7年后跨中均有不同程度的下挠现象。较大的形变引起箱梁应力重分布，给结构带来附加被动应力。由于结构所受到的外荷载不变，各截面应力增加是由附加弯矩不断变化引起的，附加弯矩随时间不断增加，直到混凝土徐变停滞为止。
同时，预应力松弛也会引起横向裂缝，对于预应力混凝土结构，箱梁内部预应力对结构应力状态有较大的影响，随着桥梁运营时间的增长，预应力钢束发生松弛效应，并且越来越明显。在现代施工中一般采用低松弛钢绞线材料，并且规范张拉工艺，但在具体操作中难免会出现与规范不相吻合的情况，力筋长期持荷加之混凝土收缩徐变影响，预应力损失也是相当严重的。同时，选用钢筋不合理也会引起横向裂缝，对于普通钢筋混凝土箱梁，钢筋与混凝土的粘结力对结构的整体刚度和裂缝的扩展有较大的影响。我们应该选用表面不光滑、化学吸附作用和握裹力都较强的预应力钢筋。
②腹板斜裂缝一般发生在支点至1/4跨之间。对于预应力和非预应力箱梁，在施工阶段以及在运营阶段，腹板经常出现斜裂缝，斜裂缝同样有多种因素引起，有设计计算、设计构造配筋、施工工艺、气候条件、日常维护、荷载工况等。部分因素在导致翼缘板出现横向裂缝的同时也是腹板斜裂缝的主要原因，首先，预应力损失过大导致腹板主拉应力过大，由于纵向预应力损失的存在，部分预应力损失超过设计计算值导致截面抗弯承载力严重下降，从而产生翼缘板横向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结构，预应力损失也是腹板斜裂缝的主要病害原因，预应力损失量估计不足或者在实际张拉过程中操作不当引起应力损失量加大等情况经常发生，导致力筋的有效预应力达不到设计要求，从而腹板因主拉应力超过容许值而发生开裂。竖向预应力钢筋较短，张拉后少量的回缩即可产生较大的预应力损失，分批张拉产生的弹性压缩可以使预应力损失达11%，如果有超张拉情况，其损失率更大。悬臂对称施工时，挂篮一般后锚于竖向预应力螺纹钢上，在施工荷载的作用下，预应力损失也比较大。其次，温度梯度过大会导致腹板剪切应力过大，从而产生腹板斜裂缝。在阳光充足的地区，太阳直射桥面，因而桥面板温度急剧升高，靠近水面的底板温度较低，两者形成温度梯度。对于目前普遍采用的大跨度、变截面箱梁，随着截面高度变化幅度的增加及箱梁长度和支撑约束的增加，温度梯度应力沿梁长方向变化较快，对于气温变化较为强烈的地区，由于顶板翼缘受外界温度影响较大，随外界气温变化波动较为明显，导致腹板拉压应力交替频繁，在应力幅度变化较大的区域也容易出现斜裂缝。同时，腹板抗剪强度设计值不足也会造成腹板斜裂缝的出现。设计薄壁箱梁的首要目的是减轻结构自重，降低材料使用量，所以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。箱梁腹板面积与抗剪承载力有密切的关系，而薄壁箱梁腹板面积与普通箱梁相比是小得多得，在无预应力作用情况下，腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的条件下，其提高值亦是有限的。所以，薄壁箱梁腹板抗剪能力相对于普通混凝土箱梁较小，斜裂缝容易发生。
更新时间 2010-2-7 10:45:32 打印此文 点击数
摘要：随着混凝土箱梁结构在桥梁设计中的不断推广和应用，该桥型在施工和使用过程中已出现了许多裂缝，本文通过阅读大量的文献和资料，总结了混凝土箱梁裂缝产生的原因。
关键词：预应力;混凝土箱梁;裂缝
1使用混凝土箱梁的优点
在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中，当跨度超过40m后，横截面大多采用箱形截面。其主要优点是：
①箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，截面效率指标较T形截面高，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性。②顶板和底板面积较大，能有效地承担正负弯矩，并能满足配筋的需要，适应具有正负弯矩的结构，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。③适应现代化施工方法的要求。④承重结构和传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高并适合预应力混凝土结构的空间布束，因此具有较好的经济性。⑤对于宽桥，由于抗扭刚度大，内力分布比较均匀，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布。⑥适合于修建曲线桥，并具有较大的适应性。⑦能很好适应布置管线等设施。在设计上，箱形截面可极大地发挥预应力地效用。可提供很大地混凝土面积用于预应力束地通过，更关键地是可提供较大地截面高度，使预应力束有较大的力臂。因此，桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点，顶底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合的空间曲线，集中锚固在腹板顶部的承托中(或锚固在腹板中)，底板钢束尽可能靠近腹板加厚板(齿板)并在其上锚固。 2预应力连续箱梁裂缝的产因
预应力连续箱梁的裂缝类型主要有：边跨斜裂缝，边跨水平裂缝，中跨斜裂缝，中跨水平裂缝，边跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，中跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，底板、顶板纵向裂缝，底板、顶板横向裂缝、箱梁横隔板的放射性裂缝，预应力锚固部位齿板附近裂缝。
预应力混凝土连续箱梁裂缝从成因角度可分为：由荷载效应(如弯矩、剪力、扭矩及拉力等)引起的裂缝、由外加变形或约束引起的裂缝，主要包括“基岩效应”、地基不均匀沉降、混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂缝、预加力次效应引起的裂缝、建材原因引起的裂缝。
根据裂缝产生部位的不同我们可将其分为：翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝两种。 ①翼缘板横向裂缝一般发生在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板处，横向裂缝一般均发生在跨中底板翼缘。对于连续箱梁，横向裂缝还发生在支座负弯矩处的顶板翼缘，并且大部分出现在距支点1/3跨径范围以内，越靠近支点裂缝越严重，对于该类型裂缝，主要有以下原因引起，首先，设计时翼缘板有效分布宽度考虑不足，薄壁箱梁翼缘板有效分布宽度问题实际上就是剪力滞问题，由于理论计算剪力滞效应较为繁琐，不适于工程应用，各国普遍采用有效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不足或计算值安全储备较低，在一些特殊荷载工况下容易发生应力过度集中，腹板处翼缘应力波峰超过允许值，因而首先在该处发生横向裂缝。在多年反复荷载的作用下，裂缝横向发展，向翼缘板中部扩展，以至于形成横向通缝。对于薄壁箱梁桥的翼缘板横向裂缝，病害原因多归于此。其次，混凝土徐变引起横向裂缝，在长期荷载作用下，受混凝土徐变影响，箱梁在运营6年～7年后跨中均有不同程度的下挠现象。较大的形变引起箱梁应力重分布，给结构带来附加被动应力。由于结构所受到的外荷载不变，各截面应力增加是由附加弯矩不断变化引起的，附加弯矩随时间不断增加，直到混凝土徐变停滞为止。 同时，预应力松弛也会引起横向裂缝，对于预应力混凝土结构，箱梁内部预应力对结构应力状态有较大的影响，随着桥梁运营时间的增长，预应力钢束发生松弛效应，并且越来越明显。在现代施工中一般采用低松弛钢绞线材料，并且规范张拉工艺，但在具体操作中难免会出现与规范不相吻合的情况，力筋长期持荷加之混凝土收缩徐变影响，预应力损失也是相当严重的。同时，选用钢筋不合理也会引起横向裂缝，对于普通钢筋混凝土箱梁，钢筋与混凝土的粘结力对结构的整体刚度和裂缝的扩展有较大的影响。我们应该选用表面不光滑、化学吸附作用和握裹力都较强的预应力钢筋。
②腹板斜裂缝一般发生在支点至1/4跨之间。对于预应力和非预应力箱梁，在施工阶段以及在运营阶段，腹板经常出现斜裂缝，斜裂缝同样有多种因素引起，有设计计算、设计构造配筋、施工工艺、气候条件、日常维护、荷载工况等。部分因素在导致翼缘板出现横向裂缝的同时也是腹板斜裂缝的主要原因，首先，预应力损失过大导致腹板主拉应力过大，由于纵向预应力损失的存在，部分预应力损失超过设计计算值导致截面抗弯承载力严重下降，从而产生翼缘板横向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结构，预应力损失也是腹板斜裂缝的主要病害原因，预应力损失量估计不足或者在实际张拉过程中操作不当引起应力损失量加大等情况经常发生，导致力筋的有效预应力达不到设计要求，从而腹板因主拉应力超过容许值而发生开裂。竖向预应力钢筋较短，张拉后少量的回缩即可产生较大的预应力损失，分批张拉产生的弹性压缩可以使预应力损失达11%，如果有超张拉情况，其损失率更大。悬臂对称施工时，挂篮一般后锚于竖向预应力螺纹钢上，在施工荷载的作用下，预应力损失也比较大。其次，温度梯度过大会导致腹板剪切应力过大，从而产生腹板斜裂缝。在阳光充足的地区，太阳直射桥面，因而桥面板温度急剧升高，靠近水面的底板温度较低，两者形成温度梯度。对于目前普遍采用的大跨度、变截面箱梁，随着截面高度变化幅度的增加及箱梁长度和支撑约束的增加，温度梯度应力沿梁长方向变化较快，对于气温变化较为强烈的地区，由于顶板翼缘受外界温度影响较大，随外界气温变化波动较为明显，导致腹板拉压应力交替频繁，在应力幅度变化较大的区域也容易出现斜裂缝。同时，腹板抗剪强度设计值不足也会造成腹板斜裂缝的出现。设计薄壁箱梁的首要目的是减轻结构自重，降低材料使用量，所以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。箱梁腹板面积与抗剪承载力有密切的关系，而薄壁箱梁腹板面积与普通箱梁相比是小得多得，在无预应力作用情况下，腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的条件下，其提高值亦是有限的。所以，薄壁箱梁腹板抗剪能力相对于普通混凝土箱梁较小，斜裂缝容易发生。 3结语
预应力箱梁在正常使用极限状态下不应该出现梁体裂缝，但是已建预应力混凝土箱梁桥上的开裂情况却非常普遍，因此我对预应力混凝土箱梁桥典型裂缝成因进行了系统总结，望能为混凝土箱梁的设计和施工起到一定的参考价值。
参考文献：
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[ 录入者：zxl1921 | 时间：2006-07-18 12:35:08 | 作者：彭 卫, 施 颖, 张新军 | 来源：混
凝
土 ] [上一篇] [下一篇] 近年来,大跨径预应力混凝土连续箱梁桥在施工过程或使 用阶段,普遍出现各种不同性质的裂缝问题。典型裂缝是在边 跨现浇段和支座附近以及跨中腹板斜裂缝。本文结合裂缝观 测、有限元分析与理论研究,从裂缝成因分析和防治措施上探 讨了大跨径预应力混凝土连续箱梁桥的裂缝控制问题。 观测到的两座开裂桥梁为桥一和桥二。桥一为56m + 80m + 56m三跨变截面单箱双室连续箱梁桥,支点箱高5m,跨中箱高 214m,桥宽16125m,设计三车道,设计荷载为汽—超20 ,挂—120 ; 桥二为52m+ 3 ×80m+ 52m五跨变截面单箱单室连续箱梁桥,桥 宽16m,设计四车道,设计荷载为汽—20 ,挂—100。 两座桥的裂缝基本相似。桥一是在运营一段时间之后出 现裂缝,而桥二在竣工质量验收时就发现桥梁主跨箱粱的部分 腹板上出现了较多的裂缝,主要分布在跨中箱梁腹板以及在与 边跨桥墩相接的现浇段箱梁腹板上,裂缝分布在上下游的两侧 基本对称,与桥纵轴线成45°左右方向。从裂缝分布与方向来 看,这些裂缝属于结构性裂缝,是由于主跨箱梁承受了较大剪 应力,因而在腹板上出现了斜裂缝。 1 设计计算 111 分析方法
平面有限元分析只适宜于结构初步设计以及无横向偏载 作用下施工阶段的计算,使用阶段结构验算应按空间有限元分 析。在作平面分析时,要将箱梁的空间受力合理而不漏项地简 化到平面计算中。表1 列出了桥一各控制断面在最不利荷载 组合下的第一主应力。可以看出,平面分析下第一主应力均为 较小的压应力,而空间分析结果均为拉应力,且有4 个断面拉 应力数值较大,超出规范规定值。
表1 平面分析与空间分析第一主应力MPa 断面位置平面分析空间分析 距15 号墩415m1. 52 3 5. 61 边跨跨中L1/ 21. 04 0. 50 距16 号墩左4m1. 29 0. 48 距16 号墩右L2/ 41. 32 3 5. 88
注:表中数字负值为压应力,正值为拉应力,加3 者为超出规定值。 112 预应力束的布置
腹板斜裂缝是预应力混凝土连续箱梁常见裂缝形式,是结 构性裂缝,受腹板纵向预应力筋布置方式和竖向预应力大小的 影响。为了深入探讨这两个因素的影响程度,下面列出桥一在 不同预应力条件下的空间有限元计算结果。共分三种预应力 情况进行计算。表2 列出边跨现浇段腹板的剪应力与主拉应 力。荷载组合为:一恒+ 二恒+ 支座沉降+ 顶底板温差10 ℃ + 汽—超20 。三种预应力情况如下: 预应力1 : 腹板纵向预应力按弯筋布置,竖向预应力按 50 %张拉力考虑; 预应力2 :腹板纵向预应力按直线束布置,竖向预应力按 50 %张拉力考虑; 预应力3 :腹板纵向预应力按直线束布置,不考虑竖向预 应力作用。
从计算结果可以看出: (1) 竖向预应力大小对腹板剪应力没有影响。中间支座负弯 矩区段预应力筋布置方式(直线束或弯起束)对剪应力影响也不大。 (2) 中间支座负弯矩预应力筋布置方式对该预应力筋作用 范围内的腹板主拉应力影响很大。但布束方式对边墩现浇段 腹板主拉应力影响不大。
(3) 竖向预应力大小对全桥范围内腹板主拉应力均有影 响。不计竖向预应力作用与计入50 %设计张拉控制力相比, 腹板主拉应力一般增大一倍左右。表中第6 栏主拉应力均超 出规范规定值217MPa ,而第4 栏的数据在规定值之内。 表2 边跨现浇段腹板在不同预应力条件下的 剪应力与主拉应力MPa 计算点 预应力1 (1)τyz (2) S1 预应力2 (3)τyz (4) S1 预应力3 (5)τyz (6) S1 (6)5. 19 2. 205. 11 1. 795. 02 1. 154. 63 1. 384. 27 1. 423. 92 1. 8299 公路规范J TJ02385 美国规范(94) 预加力阶段16. 0 21. 0 22. 0 运营阶段20. 0 17. 5 22. 5 114 温度梯度模式
我国公路桥梁规范J TJ02361. [3 ]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(J TJ023 - 85) . 北 京:人民交通出版社,1985. [4 ]辛济平,劳远昌. 国公路桥梁设计规范—与抗力系数法[M] . 北京: 人民交通出版社,1998. [ 5 ]丁大钧. 钢筋混凝土结构学[M] . 上海:上海科学技术文献出版社, 1985. [ 6 ]袁国干. 配筋混凝上结构设计原理[ M] . 上海: 同济大学出版社, 1990.
松花江公路大桥扩建工程南岸引桥工程
底板预应力张拉裂缝修补方案
哈尔滨市第二市政工程公司
2011年8月20日
一、简介
松花江公路大桥南岸引桥工程东引桥底板预应力张拉,在DY0-DY4底板出现张拉应力产生的混凝土裂缝，针对混凝土裂缝我公司制定了相应的处理措施。
二、施工工艺： 1.施工工艺流程：
裂缝处理→埋设灌浆嘴→封闭→密封检查→配制浆液→ 灌浆→封口结束→检查 2.裂缝处理：
用钢丝等工具清除裂缝表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物，再用毛刷蘸甲苯、酒精或丙酮等有机溶液，把沿裂缝两侧20-30mm处擦洗干净并保持干燥。 3.埋设灌浆嘴：
(1) 沿着裂缝的开裂方向每隔150-200mm埋设灌浆嘴。
(2) 埋设时，先在灌浆嘴的底盘上抹一层厚约1mm的环氧胶泥，将灌浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。
4.封闭：
先在裂缝两侧(宽20-30mm)涂一层环氧树脂基液，后抹一层厚1mm左右、宽20-30mm的环氧树脂胶泥。抹胶泥时应防止产生小孔和气泡，要刮平整，保证封闭可靠。
5.密封检查：
裂缝封闭后应进行压气试漏，检查密闭效果。试漏应待封缝胶泥有一定强度时进行。 6.配制浆液：
浆液配制应按照不同浆材的配方及配制方法进行。浆液一次配备数量，需以浆液的凝固时间及进浆速度来确定。 7.灌浆：
(1) 灌浆机具和器具在灌浆前应进行检查，运行正常时方可使用。
(2) 根据裂缝区域大小，可采用单孔灌浆或分区群孔灌浆。在一条裂缝上灌浆可由一端至另一端。 (3) 灌浆时应待下一个排气嘴出浆时立即停止，如此顺序进行。化学灌浆的灌浆压力常用0.2Mpa，压力逐渐升高，防止骤然加压。达到规定压力后应保持压力稳定，以满足灌浆要求。
(4) 灌浆停止的标志为吸浆率小于0.1L/min，再可压注几分钟即可停止灌浆。灌浆结束后，应用丙酮冲洗管道和设备。
8.封口结束：
待缝内浆液达到初凝而不外流时，可拆下灌浆嘴，再用环氧树脂胶泥或滲入水泥的灌浆液把灌浆嘴处抹平封口。 9.检查：
灌浆结束后，应检查补强效果和质量，发现缺陷应及时补救，确保工程质量。
三、检验及验收：
1. 施工前应按本附录设计规定检查施工准备是否符合
要求。
2. 灌浆及粘结材料的质量均应符合本规范有关标准的要求。
3.用压缩空气或压力水检查灌浆是否密实。
四、安全消防保障措施：
1. 进入施工现场，必须带好安全帽; 2. 高空作业系好安全带，穿防滑鞋; 3. 施工用电，必须由专人安装;
4. 严格按本工程操作规范施工，严禁违章施工; 5. 现场设专职消防人员确保安全; 6. 现场严禁吸烟、喝酒、打闹。
五、工程质量保证措施：
1.建立必要的质量管理制度，在每一道工序实施前，项目部组织技术交底，组织施工方案讨论。
2.每道工序施工前，由施工员按设计图纸、《规范》、《碳纤维加固补强施工步骤》要求对施工班组进行交底，在操作过程进行检查，发现问题及时解决，在每道工序完成后，进行工序检查、验收。
3.控制过程：图纸会审→施工组织设计→开工准备→技术交底→测量定位→操作工艺→工序控制→质量评定→施工小结。
4.全面履行工程合同，严格控制施工质量，热情接受建设单位意见。
5.施工过程中及时对各重要工序进行监督，及时分析研究，及时确定，使施工的各个环节处于有效控制，确保质量和安全，使工程质量达到优良。
黑龙江施耐达建筑技术有限公司
2011年10月15日
[ 提要 ] 本文根据在预制20米预应力混凝土箱梁过程中发现的问题，从混凝土物理、化学及力学等角度分析，并通过施工工艺的严格控制，总结查找使预应力箱梁产生裂纹、裂缝的原因，并在实际施工中得到了很好的运用，因裂纹、裂缝影响混凝土箱梁质量外观的问题得到了很好的解决。
[关键词] 预应力箱梁 物理 化学 力学 分析 裂缝 施工工艺
一.引言
在预制20米预应力混凝土箱梁的过程中，发现预应力箱梁顶板上经常出现裂纹，端隔板、跨中中横隔板左右也有不同程度的裂缝，对箱梁外观质量产生了一定的负面影响。
为了争创优质工程，避免在以后的工程施工过程中出现危害较大的裂缝，我项目专门成立了预应力箱梁技术难题攻克小组，尽可能对混凝土箱梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以便从施工找出控制混凝土裂缝的可行办法，达到防患于未然的作用。
二、 裂缝成因分析与处治
混凝土在施工过程中出现裂纹、裂缝，从根本上可分为以下几种类型：
(1) 荷载裂缝：
混凝土在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
a、直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝
产生的原因有：
○1设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。
○2 施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
○3 使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。
分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，但受施工人员素质，责任心，及实际操作过程不规范等因素影响，不排除因次应力产生裂缝。
采取措施：进一步规范施工程序，严格按照施工流程进行施工，杜绝不规范施工操作，控制钢筋安装尺寸误差，对施工人员进行责任，安全，素质教育。
b、次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
○1在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例
如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。
○2桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，施工过程中，没有在箱梁上施加荷载，且设计采用的是较成熟的理论，故排除了次应力产生的裂缝。
(2) 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，混凝土将发生变形，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。温度裂缝区别其它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。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁构件的纵向位移，一般可通过伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时
才会引起温度裂缝。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。
分析：因预应力箱梁的裂缝是在短期内，产生的局部小裂缝，故予以排除
○2日照。有一定面积的混凝土构件受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
分析：这里昼夜气温变化相对较大，受天气及气温影响，中午温度上升，故不排除使之产生裂缝的原因。
采取措施：混凝土施工后严格按规范进行覆盖洒水养护，中午加覆盖物，并增加洒水养护次数，以保持混凝土湿润为准。
○3另外骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当。也易使混凝土构件产生裂缝。
分析：施工过程中，没有骤然降温的情况发生，且混凝土最大厚度为25cm，不属于大体积混凝土构件，没进入冬季施工，排除其可能性。
(3) 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。在混凝土收缩种类中，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。
○1塑性收缩。
发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，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，称为塑性收缩。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。
分析及采取措施：为减小混凝土塑性收缩，施工时控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料控制速度，不宜太快，振捣密实，竖向变截面处宜分层浇筑。
○2缩水收缩(干缩)。
混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快，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就是缩水收缩。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。
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。
研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：
a、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混
凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。
b、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。
c、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。 d、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。 e、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。
f、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。
g、振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5~15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀;时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。
h、对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性。
根据以上研究及理论进行分析：本箱梁预制采用的水泥、骨料等
均符合设计及规范要求，故排除材料引起的裂纹的影响。
采取措施：施工过程混凝土严格按配合比搅拌，根据机械性能控制振捣时间，防止出现因振捣时间短，振捣不密实，混凝土强度不足或不均匀的现象，防止出现因振捣时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝的现象。
(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炭化至钢筋表面，使钢筋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膜破坏，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长约2~4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。
分析研究：根据箱梁顶板出现的裂缝情况，箱梁顶板有的裂缝和顶板钢筋走向一致，故，顶板裂缝的产生可能与顶板钢筋有很大的关系。
采取措施：防止钢筋锈蚀，对于锈蚀的钢筋要严格按照规范要求除去，采用足够的保护层厚度;施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入。保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。
三、施工工艺的对产生裂缝的影响
施工工艺质量是引起裂缝的一个重要原因。其成因主要包括以下几个方面：
(1)混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(2) 混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
(3) 混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。
(4) 混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
(5) 混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
(6) 增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
(7) 混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，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;采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引
起裂缝。
(8) 混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
(9) 施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。
(10) 施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
(11) 施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
(12) 装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞;吊装时吊点位置不当，侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。
(13) 钢筋加工与安装顺序不正确，对产生的后果认识不足。 (14) 施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降，导致结构开裂。
3、综合以上各种原因，我预应力箱梁技术小组逐一排查，发现在施工过程中还存在以下问题： (1) (2) 混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准。 混凝土坍落度控制不准确，有时根据施工经验判断混凝土坍落度不准确。 (3)
搅拌混凝土过程中，有时混凝土坍落度过大时，加入水泥
浆重新搅拌，增大了水泥用量，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加。 (4) 发现端隔板出现裂缝处钢筋布局不太合理。
结语
在混凝土施工过程中，混凝土的裂缝是工程施工中常见的问题，关键是在于设计时的合理以及施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。预应力混凝土箱形结构产生裂缝裂纹很常见，但由于梁是桥梁结构中一个较重要的构件，因其特殊的受力结构及重要性，施工中要尽量避免或减少，以保障桥梁的正常运营。
混凝土从施工到建成进入实际使用阶段，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。从混凝土可能出现裂缝的原因来看，可知设计疏漏、施工控制不力以及对突发事件的处理方法等，均可能使混凝土出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工，是保证结构安全耐用的前提和基础。
摘要:针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析和对预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝比较普遍的现状，分析了常见的裂缝形式及其成因，指出目前用于箱梁计算的平面杆系理论或空间梁格理论的局限和不足，提出用梁段单元空间分析法对箱梁进行计算;总结设计经验和教训，借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法，对预应力混凝土连续箱梁桥的构造设计提出了建议，并对容易导致裂缝的施工环节提出了具体的要求。
关键词:温度效应;裂缝;箱梁;梁段单元法;构造设计
针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算和对目前预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝问题比较普遍的现状，并考虑该问题涉及到设计、施工、监理等各个方面，因此浙江省公路局会同有关单位对该类桥梁裂缝问题做了大量调查研究工作，并对调查研究工作过程中所发现的问题进行了分析，总结出若干结论，以供设计、施工、监理等参考。
1.研究分析混凝土预制箱形梁在各施工阶段的日照温差作用下，箱梁温度梯度随时间变化在箱梁横向和箱梁截面高度方向的变化模式。
通过试验资料的整理工作，总结混凝土预制小箱梁温度场和温度梯度的特点，通过试验资料的分析，提出混凝土预制箱梁的温度梯度计算模式，并与相关规范规定的计算模式进行对比分析。
利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析，在分析研究的基础上，为设计、施工和桥梁健康评测等工作提出若干建议。
2.主要裂缝形式及其原因： 裂缝常见形态及分布如下: (1)预应力混凝土连续箱梁主要结构性裂缝均分布于距支座L/《L-跨度)附近的腹板上，约呈45。分析认为出现这种裂缝主要是由于箱梁支座附近剪应力过大，腹板抗剪强度不足，以及主拉应力方向安全储备考虑不充分等因素所致。(2)箱梁顶底板的纵向裂缝和横向裂缝。分析认为这种裂缝主要是由于梁弯曲应力和 21
板局部应力估计不足而产生。
3.设计计算理论的改进
(l)目前预应力混凝土连续箱梁桥计算软件多数按平面杆系单元编制，也有按梁格理论考虑空间计算，但它们均不能完全反映预应力混凝土连续箱梁桥结构受力特性，因此有必要按梁段单元编制空间分析程序，充分考虑箱梁畸变、剪滞、板局部弯曲、混凝土收缩徐变及温度作用，计算分析预应力混凝土连续箱梁桥极限承载力和正常使用极限状态。
例如:目前出现常规性裂缝的部分已建预应力混凝土连续箱梁桥按平面杆系单元计算其配筋和混凝土强度均满足规范要求，但按梁段单元进行空间分析校核时，发现其裂缝处主拉应力或正应力超过了规范允许值。
运用ANSYS国际标准通用有限元分析软件对省内高速公路某预应力连续箱梁大桥做了分析，并对平面与空间有限元分析的结果进行了比较，结果明显大于平面分析结果，并且平面分析的第一主应力均为绝对值较小的压应力，而空间分析结果均为拉应力。可见，虽然按平面分析时的计算结果都为压应力，均满足规范要求，但按空间分析得到的结果都为拉应力，且绝大部分的拉应力值超过了规范容许值. (2)应进一步深人理解高强度混凝土的力学特性，设计时必须控制好材料的拉应力和压应力。例如:对比国外桥规，我国现行桥规混凝土拉应力和压应力取值均存在不同程度的偏高口，混凝土主拉应力取值偏高约2倍，混凝土压应力取值偏高约5一20%，且活荷载取值偏低约25一30%。因此按现行桥规设计桥梁时建议适当降低混凝土使用应力和提高安全系数为妥。
(3)对混凝土的温度应力要有正确的认识，在现行桥规不尽合理的情况下，设计人员进行温度应力分析时，可以借鉴国外桥规相关规定及铁道部关于箱梁桥温度分布测试研究得出的温度梯度模式。
(4)进行预应力混凝土连续箱梁桥设计计算时，除考虑温度应力外，还应考虑混凝土徐变与收缩应力、支座沉降、荷载冲击系数和荷载应力。
(5)理论计算模型与实际结构总是存在着一定的“差异”，由此导致计算结果与结构的实际应力的误差，因此，在具体进行预应力连续箱梁桥设计时，要求结构各截面的应力应具有一定的安全储备。
4.设计构造的建议由于现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023一85)的许多内容明显滞后于当前的工程实践，有些条款实际是基于简支梁桥制定的，因此难以及时指导迅速发展的工程实践。鉴于这种情况，预应力混凝土简支箱梁桥的设计构造除应认真研究利用现行公路桥梁设计规范外，还应该结合设计经验和教训，积极借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法思想和国家 22
其他部门制定的相关标准及有关国外标准。
(1)工程类比思想—比拟法的引用：A、钢析梁桥抵抗剪力比拟法铁路上的武汉长江大桥、九江长江大桥、芜湖长江大桥均属连续钢析梁桥，其剪力由斜腹杆承受，扭转和畸变由主析架平联、桥门架、横联承受，假如钢析梁四周布置钢筋，浇一层混凝土，就可抽象为连续钢析梁骨架混凝土箱梁桥;B、预应力混凝土连续箱梁裂加固比拟法根据文献可知，如果在直裂缝方向每隔30cM粘贴钢板条，对比钢筋混凝土梁桥配筋要求，所粘钢板条正好和抗剪钢筋受力一致。因此，参照钢彬梁桥设有专门抗和抗扭构造，及预应力混凝土连续箱裂缝加固增设抗剪钢板条，采用工程比法思想，预应力混凝土连续箱梁桥缝防治办法可借用上述抗剪和抗扭造，解决其混凝土强度等不足的问题。
(2)其他设计构造措施
A、重视非预应力钢筋的配置非预应力钢筋包括纵向分布钢筋或受力钢筋，特别是箍筋和抗裂钢筋(对构件的抗剪、斜截面强度和主拉应力的贡献是非常大的，而且混凝土强度等级越高，箍筋的套箍作用越显著)。如美国桥规(l994年版)规定:①在斜裂缝极有可能出现的所有区域中需要设置横向钢筋(最好设置与裂缝垂直的斜箍筋)。②横向钢筋根据结构受力情况可设置与受拉纵筋成不小于45。度的斜箍抗裂钢筋，并与垂直钢筋(与构件轴线垂直)焊接成钢筋网。
B、加强端隔墙和支座隔板端隔墙和支座隔板是抵抗箱梁畸变与扭转的根本构件。为防止端隔墙和支座隔板的开裂，建议隔墙或隔板开口为椭圆形，并为椭圆形配置构造钢筋。
C、提高钢筋与混凝土的粘结力采用较小直径的钢筋，分散布置，尽量使用螺纹钢筋，避免采用光面钢筋，这些措施可有效提高钢筋与混凝土的粘结力，可避免裂缝或使裂缝间距和宽度较小。
D、重视抵抗局部应力的配筋在锚固区，预应力筋弯起处等部位加强配筋，可以有效防止产生顶、底板的齿板裂缝和曲束裂缝。当梁高大于1时，为控制梁的腹板收缩裂缝，在腹板两侧沿梁高应布置一定数量的纵向水平钢筋。
5.几施工养护的措施
(1)混凝土质量引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:定期测定砂、石料含水量，严格控制水灰比和骨料级配及砂、石含杂质和泥量，这是混凝土质量的基本保证，也是现阶段施工中最易忽视的问题，施工监理单位必须严格把关，其次混凝土施工工艺必须按规范执行，结构内部布置防裂钢筋，以提高混凝土的抗裂性能。
(2)温度应力引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:设计时应重视温度应力的影响，可采取施加横向预应力、配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安 23
全储备等措施来防止裂缝的产生。
(3)混凝土收缩应力引起的裂缝，可采取防治措施:施工时严格控制混凝土配合比，不应为了提高混凝土强度(或早期强度)用增加水泥用量的办法，使用减水剂应谨慎合理，同时加强振捣以减少水化热，大体积混凝土应采取分层浇筑的方法。重视馄凝土的养护工作，尤其是初期养护，因为浪凝土的初期养护条件直接影响其抗拉强度增长的快慢，如混凝土的收缩应力最初阶段没有引起混凝土开裂，随着时间的延续，由于混凝土徐变的影响，收缩应力将会减小，产生收缩裂缝的可能性也就减小。
(4)施工不当引起的裂缝，可采取如下防治措施: 改进施工方法和施工工艺，例如:竖向预应力筋由于伸长量小，混凝土收缩回弹量大，必须反复张拉，以确保实际竖向预应力达到设计要求;横隔板裂缝应通过改善临时固结支座的布置，有效地限制裂缝的产生，同时在横隔板内布置加强钢筋或钢筋网，以提高横隔板的强度和刚度;另外，通过在桥面铺装层增设横向钢筋，加强桥面板与桥面铺装层的粘结，可达到减少裂缝的目的。
6.结语
根据预应力混凝土简支箱梁桥产生裂缝原因分析及防治措施的研究，可以综述如下: (1)通过对混凝土预制小箱梁桥三个施工阶段日照温度场的实桥观测，确定了各个施工阶段对混凝土预制小箱梁日照温度场的影响方式和影响大小;确定了混凝土预制小箱梁日照温度场和温度梯度的特点，为混凝土预制小箱梁桥的研究和设计工作提供了定性指导;通过对实桥项目三个阶段的温度观测及观测数据的整理，得出了混凝土预制小箱梁桥日照温度场分布特点的几个结论，其中，混凝土预制小箱梁桥桥面铺装对箱梁日照温度场影响较大对于小箱梁组合截面梁桥，边箱梁的内侧与外侧温度场差异较为明显等特点对今后的研究及设计工作具有参考作用。
(2)关键是在设计时，认真计算和验算，合理布置预应力筋和构造钢筋。在现行设计规范、设计手册的基础上，采用空间梁段单元计算方法(但普通梁单元并不能全面反映混凝土梁畸变，面外弯曲和主拉应迹线等计算，应采用应变连续的空间梁段单元进行分析才行)。参照国家标准或国外桥规，针对主要结构性裂缝形式及原因，建议预应力混凝土连续箱梁桥设计方法在原设计方法的基础上增强构造措施和配置适量预应力钢筋及足够数量的非预应力钢筋的办法处理，防止结构性裂缝。
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(3)其次是严格控制施工过程和施工工艺，确保施工质量，尽可能避免开裂或减少非结构性裂缝，同时对非结构性裂缝妥善处理，控制裂缝发展，封闭裂缝，使裂缝不至子对结构产生过大的危害，保证结构的正常使用。
总之，对于预应力混凝土连续箱梁桥的裂缝问题，设计、施工和监理人员都应该严格把关，针对各种具体情况采取必要的措施。
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