箱梁腹板裂缝的机理分析及预防措施

第一篇：箱梁腹板裂缝的机理分析及预防措施

箱梁腹板裂缝的机理分析及预防措施

摘 要：随着预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝成为一个普遍而复杂的问题，人们给予了越来越多得重视，并设法通过采取措施将其控制在一个容许的裂缝宽度之内。本文总结了预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝出现的规律，对其作用机理进行了简要的分析，并对腹板裂缝的预防和控制提出了针对性的建议。

关键词：裂缝； 作用机理； 预防控制腹板斜裂缝

（1）边跨现浇段和支座附近至L/4跨范围两侧腹板25°～50°斜向裂缝。如图1所示。分析认为，这种裂缝属于结构性裂缝，出现这种裂缝主要是承受了较大的剪应力而腹板抗剪能力又不足以满足所产生的过大主拉应力要求所引起的。

在忽略腹板厚度方向的应力状态情况下，将箱梁桥复杂的空间应力状态简化为双向应力作用下的平面应力状态，忽略横向正应力，在双向应力状态下，主应力计算公式为：

（1）

由式（1）可知，竖向预应力的存在，能大大减小主拉应力。设计中首先计算出箱梁桥腹板的主拉应力，然后通过合理的调整竖向预应力筋的数量和间距来减小甚至完全消除主拉应力，使得第一第二主应力均为负值（压应力），不超过混凝土的极限抗拉强度，以此来控制腹板斜裂缝。

可对于变截面箱形梁桥，边跨直线段箱梁高度较小（高跨比通常为1/25），导致竖向精轧螺纹钢筋长度较小，施工中往往由于孔道布设不合理和张拉压浆质量难以保证，导致竖向精轧螺纹钢筋中的永存预应力损失过大，往往主拉应力大于极限拉力，裂缝难以避免的出现。为了避免预应力混凝土连续箱梁的弯起束摩擦损失较大，也为了方便施工，现在的箱形梁桥多采用纵向预应力束和竖向预应力粗钢筋的组合布索方式来取代弯起束，通过调整竖向预应力，把主拉应力减小到一定范围之内，进而控制裂缝的产生，这在理论设计计算中是可行的，可实际上取消弯起束采用这种组合布索方式的预应力箱梁还是不可避免的出现了与水平方向呈45°的斜裂缝。

在设计中对于不同布索方式的选择要充分考虑由于施工难度大，施工质量难以证引起的预应力尤其是竖向预应力损失，进行充分的论证，不可盲目的为了施工方便而采用纵向预应力束和竖向预应力粗钢筋的组合布索方式，必要时可以增设弯起束，调整竖向预应力筋的间距，增加腹板的厚度，加密箍筋；同时为了消除主应力空白区，应对箱梁斜截面的抗裂能力进行考虑，适当增加非预应力钢筋尤其是弯起钢筋来配合预应力钢筋提高斜截面抗裂承载能力；由于梁高的限制边跨梁端抗剪能力差，为了避免梁端剪应力过高，设计中应选择合适的边跨和中跨的比例。施工中要对预应力的孔道布设和压浆工艺进行优化，以保证较短的预应力筋在施工完成之后有充足的有效预应力，从而将主拉应力控制在不超过极限抗拉强度的范围内，避免腹板斜裂缝的出现。

（2）锚固区出现的的腹板斜裂缝。西南交大结构所通过试验研究，建议对箱梁分段施工的湿接缝混凝土抗拉强度取0.53的折减系数予以折减；美国《节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范》也规定在计算接缝混凝土强度时，应分别乘以抗弯和抗剪基本强度折减系数，这样接触面只存在很低的混凝土抗拉强度。而采用后张法的悬臂浇筑预应力混凝土箱梁桥在悬臂施工中，预应力筋往往锚固在接触面上，由于预应力筋的锚固所形成的局部高压应力会在锚头后会产生拉应力，而锚固区的混凝土抗拉强度折减后很小，如果设计时这一区域的受拉钢筋配置又不合理，在接缝面上的锚固区往往会形成粗裂缝。

因此对锚固区进行分析，计算锚后拉应力，合理布设间接钢筋和闭合式箍筋，是预防锚头处附近产生开裂的有效措施。腹板水平裂缝

该类水平裂缝主要发生在箱梁桥腹板上缘，位于边跨支座附近和中跨L/4～3L/4之间，分析认为，这主要是竖向正应力超过应力限值所引起的裂缝。

现代混凝土箱梁桥跨度越来越大，特别是对于腹板间距大，横隔板较少的箱梁，由于采用经典梁理论周边刚性假定分析箱梁桥的变形，而对箱梁桥空间畸变变形考虑不足，箱梁腹板会产生较大的竖向正应力，甚至大大超过设计应力，这是导致箱梁桥腹板产生水平裂缝的主要原因之一。因此，设计时重视对连续箱梁桥空间畸变变形的分析和研究，能很好地预防控制箱梁桥腹板水平裂缝的产生和发展。腹板水平、斜向组合裂缝

该类组合裂缝：腹板上缘水平裂缝，腹板45°斜向裂缝，位于边跨支座附近L/4跨范围和中跨L/4～3L/4之间。分析认为，由于边跨支座附近是预应力钢筋锚固集中区，受力复杂，往往由于主拉应力而出现斜裂缝；同时跨中和边跨直线段由于梁高的限制抗剪能力差，竖向精轧螺纹钢筋较短，预应力损失严重，竖向正应力作用下出现水平裂缝，如图2所示。鉴于梁高较小区段竖向预应力损失过大，设计时可以考虑采用平行刻痕钢丝，墩头锚体系来代替精轧螺纹粗钢筋。

从预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝形成的机理来看，混凝土裂缝是一个复杂的问题，是多种因素相互作用的结果。正确的认识腹板裂缝，应根据环境和混凝土的具体情况，首先分析裂缝产生的位置、特征和规律，随后分析裂缝产生的机理，最后有针对性地从多方面采取预防控制措施。

参考文献：

[1]范立础主编.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1988.[2]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.[3]吕建鸣，陈可.预应力混凝土箱梁腹板主应力分析[J].公路交通科技，2005（10）.

第二篇：预应力连续箱梁腹板斜向裂缝成因分析及控制措施

预应力连续箱梁腹板斜向裂缝成因分析及控制措施 2013-06-01 21:20

专业分类：路桥隧道

浏览数:393 在桥梁施工中，连续箱梁是大跨度混凝土桥梁常用的一种形式，这种梁式结构在质量上存在的最大问题就是裂缝频繁出现，混凝土裂缝是影响结构耐久性最关键的因素。由于混凝土裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响箱梁的外观，降低箱梁使用寿命。本文就某工程高标号连续箱梁非结构裂缝产生的原因进行分析和总结，以期为类似工程提供参考。一.工程简介

本工程某特大桥主桥结构布跨型式为(60+100+60)m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，主墩为27#、28#墩，分左右双幅，单幅箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系，为全预应力构件。桥宽16.25米，根部梁高5.8米，跨中及端部梁高2.5米，箱梁0号块长度为4米，腹板厚度为0.9米，腹板厚度9号块以前为0.7米，12号块以后为0.5米，10～11号块由0.7米直线变公至0.5米。该工程采用商品混凝土，混凝土标号为C55，地泵泵送施工。

箱梁采取挂篮悬臂浇筑施工,各单“T”箱梁除悬臂箱梁外，分为13对梁段，箱梁纵向分段长度为8×3+5×4米,箱梁两个“T”同时对称悬臂浇筑。二.裂缝形成

该桥在施工至28#墩右幅4#块小桩号时，在拆除模板后第3天发现腹板内侧出现斜向不规则裂缝，随后立刻停止对该桥的施工，分析原因并派专人跟踪观测此裂缝，发现裂缝稳定无发展。然后实施了纵向预应力张拉，张拉后裂缝亦无变化，由此判断此裂缝为局部浅层不规则发纹，于是进行正常施工。在之后的施工过程中，27#墩3#块大桩号左侧、27#墩4#块大桩号右侧、28#墩右侧5#块大桩号左右侧、28#墩5#块小桩号右侧、28#墩6#块大桩号右侧、28#墩6#块小桩号右侧等均在模板脱落后3天左右又出现类似裂缝，随组织专家进行现场分析。经对裂缝的宽度和深度进行无损检测，裂缝没有贯穿，深度最大约为150px，裂缝宽度为0.15mm-0.45mm。裂缝有一定的规律性，一是出现在拆除内模后出现（不排除拆模前已产生，很细微没有被发现）；二是位置都在腹板且斜向外侧，基本在波纹管位置附近，且在跨度方向均匀分布，在腹板两侧基本对称分布；三是在张拉纵向预应力之后裂缝无进一步发展。

三.腹板裂缝成因分析

从裂缝产生原因来分，裂缝主要包括结构裂缝和非结构裂缝。从检测结果来看，以上裂缝均在拆模之后出现，在此期间结构无任何受力，因此可以判断这些裂缝为非结构裂缝，从而排除是由于结构受力而产生的裂纹。这个阶段可能导致结构发生变形的因素有：挂篮变形、温度、砼浇筑顺序、商品混凝土、养生、内模拆模早、结构配筋、环境等。当这些因素导致的变形受到外界约束或不协调变形时，结构内部就会产生拉应力，当拉应力超过抗拉强度后便会产生裂缝。

具体针对本桥，该桥采用商品混凝土，从开始浇筑到产生裂缝，由于许多因素是交织在一起的,很难明确区分某条裂缝具体是由哪种因素引起的，可能导致结构内部出现拉应力的变形主要有以下五种情况：商品混凝土质量、施工温差大、内模拆模过早、梁体养生不到位、腹板波纹管位置布筋不足。1.商品混凝土质量

混凝土浇捣过程中,特别是夏季高温、空气相对湿度较小时,由于混凝土表面水分急剧蒸发,形成很大的混凝土内外湿度梯度,混凝土表面在很大的拉应力下被拉裂,特别是混凝土截面薄弱处极易普遍出现裂缝.商品混凝土施工时对环境湿度的要求要比传统现场搅拌混凝土高的多,养护时间也要大大提前。影响商品混凝土干缩的因素主要有:(1)水泥用量太高会加剧收缩.(2)砂、石材料中含泥量增大也会加剧收缩.(3)坍落度大的混凝土产生干缩的可能性较大.(4)掺加缓凝型外加剂由于延缓了混凝土的凝结时间,因而会增大干缩的可能性.2、施工温差大

通过查看施工日志，混凝土节块浇筑完成时间均为晚上，经历了夜晚、中午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砼内外部产生温差，砼内部不受或者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。影响温度裂缝的因素有:（1）水泥品种和混凝土掺合料 由于粉煤灰、矿粉在水泥中水化速度较慢,与硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相比,粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥均有比较低的水化热,混凝土温峰出现的时间摧迟,所以用这些品种的水泥所配制的混凝土,产生温度裂缝的倾向比用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥所配制的混凝土的低.与不掺掺合料的混凝土相比,掺合了粉煤灰等活性掺合料的混凝土的温升开裂程度也能够降低。

（2）混凝土结构体的体积

混凝土结构体体积越大,一般其表面系数越小则散失出去的热量的比例越小,相应地混凝土内部温度越高。（3）环境温度

评价混凝土发生温度开裂可能性大小的主要指标是考察混凝土的内外温度差,环境温度越低,混凝土内外温差越大,发生温度开裂的危险性也越大。

3、内模拆模早

由于本工程施工工期紧，为加快施工进度，拆模时间基本都是浇筑完混凝土第二天，此时混凝土水化热所产生的热量处于峰值状态，拆除模板后，混凝土表面的温度急剧下降，从而导致内外温差较大产生拉应力而导致混凝土开裂。

4、梁体养生不到位

混凝土养生包括湿度和温度两个方面。养生不仅仅只考虑浇水，而不考虑混凝土温度变化，是一种传统认识上的误区。在箱梁拆除模板后，由于混凝土表面与内部的湿度和温度均不同，板的临空面水分散发快、混凝土收缩发展快，而在混凝土内部水分散发慢、混凝土收缩发展慢，从而导致混凝土内部出现拉应力。内部后期湿度一般能稳定在一定范围内，而外部湿度变化明显，内外存在明显的湿度差，从而导致混凝土内外收缩出现明显差异。

5、腹板波纹管位置布筋不足 对桥上所有裂缝进行统计分析，发现裂缝具有一定规律性，基本都是沿着腹板波纹管位置走向，从而判断可能是混凝土受温度及其他原因产生拉应力时，波纹管位置截面尺寸相对较小，最为薄弱较易拉裂，可通过波纹管附近局部加强有效控制。

四、裂缝控制措施

1．材料选择和混凝土配合比设计方面

（1）根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。

（2）选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

（3）积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

（4）正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。（5）配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。2．现场操作方面

（1）浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。

（2）混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，主要是控制好构件的湿润养护。对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14~28天。

（3）混凝土的降温和保温工作：对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，适当控制拆模时间，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。（4）避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

（5）夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。

（6）对腹板波纹管位置用钢筋进行局部加强。

五、结语

预应力连续箱梁由于混泥土标号高、水泥用量大、施工时间长，加之预应力管道密集等因素，裂缝出现较为普遍，本文分析了预应力混凝土连续箱梁非结构裂缝的成因及预防裂缝产生的措施。根据笔者在混凝土连续梁悬臂浇筑施工的实践表明，裂缝预防措施及处理措施是有效的，希望能够对以后类似工程起到借鉴作用。

第三篇：应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

发布日期:2007-6-1 点击次数: 13444 预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

在陕西榆靖高速公路桥梁施工中，20米预应力混凝土箱梁在预制过程中，在跨中中横隔板左右出现不同程度的裂缝。经施工单位、监理、业主、设计单位和有关专家现场分析处理，得到了很好的控制，取得了满意的结果。

裂缝情况及分析

裂逢是混凝土结构普遍会遇到的现象，一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，在结构设计时对设计荷载进行全面考虑可以防止；另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。在两类裂缝中，变形裂缝约占80%。引起该类裂缝的原因主要有：

（1）混凝土浇注后处于塑性阶段，由于混凝土骨料沉落及混凝土表面水分蒸发而产生裂缝。

（2）混凝土凝固过程中因收缩而产生裂缝。

（3）由于温度变化产生的裂缝，结构随着温度变化产生热胀冷缩变形，这种温度变化受到约束时，在混凝土内部产生应力，当此应力超过混凝土抗裂强度，混凝土便开裂，即产生温度裂缝。

（4）施工不当产生裂缝。

从裂缝情况看，裂缝分布部位、裂缝方向、出现时间具有一定的规律性。裂缝都分布在跨中中横板处，只有腹板开裂，且两面对称，时间一般为拆模后两天左右。因为我们施工方案合理，施工工艺符合质量控制要求，混凝土配合比、坍落度满足质量要求，但因现场的施工温度高达25℃左右，所以裂缝的主要原因是因温度应力引起的。

温度应力包括内约束应力和外约束应力。内约束应力是指结构内部某一构件单元，在非线性温差作用下纤维间温度不同，引起的应变不同而受到约束引起的应力；外约束应力是指结构内部各构件因温度不同产生变形受到约束或结构外部超静定约束，无法实现自由变形引起的应力。

防止裂缝产生及外治措施

1、由混凝土质量引起的非结构裂缝，可以通过以下措施防止：控制及改善水灰比，减少砂率，增加骨料用量，严格控制坍落度，混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，高温季节注意采取缓凝措施，避免水份剧烈蒸发，混凝土振捣密实；改善现场混凝土的施工工艺，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；一旦裂缝出现，可以用环氧树脂配固化剂、丙酮以1∶0.5∶ 0.25的比例配合进行修补，将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷毛吹净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。

2、由温度应力引起的非结构裂缝，鉴于现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对温度荷载引起的横向温度应力考虑偏小，设计时应予以重视，可以通过配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生（施工过程中我们变更了设计，在腹板加了一倍的纵向钢筋）；同时在施工时，应尽量选择温度低的时间浇注混凝土（利用早、晚进行施工）。热天浇注混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥灰比，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热，提高混凝土的密实性和抗拉强度，并注意混凝土湿润，同时可以在腹板留通气拆模，达到张拉强度时及时张拉压浆。

3、我们在施工中对20米预应力混凝土箱梁裂缝的控制方案和已出现裂缝的处理办法是：

——裂缝的控制方案：

A：在腹板处两面对称增加通长纵向应力钢筋，根数为原设计的一倍。

B：控制好混凝土的浇注时间和浇注时的温度，安排在早、晚或温度低的时候进行混凝土浇注。

C：及时养护，并用塑料布进行覆盖，经常保持混凝土湿润。

D：在腹板处每隔5米留一个通气孔，可以保证混凝土箱梁在拆模后通风散热，保持体内外温度基本一致。

E：及时拆模、及时张拉。当混凝土达到拆模强度时就及时拆模；当混凝土强 度达到设计张拉强度时就及时张拉压桨。

——裂缝的处治措施：

用环氧树脂配固化剂、丙酮以1∶0.5∶0.25的配合比进行修补。将裂缝周围5 厘米内的混凝土用钢刷刷干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内的钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。

通过以上的控制方案和防处治措施，在以后的箱梁预制过程中再没有出现裂缝，并通过对裂缝的处治也不影响梁体的正常使用。

结论 预应力混凝土箱形结构产生裂缝很常见，但可避免或减少，关键是在设计时，认真验算，合理布置构造钢筋或预应力筋，对易出现裂缝的部位，通过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。因此，对于裂缝的问题，设计者和施工人员都应予以重视。

第四篇：预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

作者：郑世金 廖建军

时间：2009-4-15 11:24:05 来源：城市建设2月的20期

摘 要 ： 对20m预应力混凝土箱梁出现裂缝的原因分析，提出控制、处理裂缝的经验。

关键词 ： 箱梁 裂缝 分析 处治

以甬台温高速公路桥梁中的20m预应力混凝土箱梁为例，分析裂缝发生的原因提出控制、处治混凝土箱梁的裂缝的经验。

1裂缝情况及分析

裂缝是混凝土结构普遍会遇到的现象，出现裂缝的原因主要有：一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，须在结构设计时对设计荷载进行全面考虑；另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。根据调查发现，在施工过程中出现的裂缝基本上为变形裂缝，引起该类裂缝的原因主要有：（1）混凝土浇注后处于塑性阶段，由于混凝土骨料沉落及混凝土表面水分蒸发而产生裂缝。（2）混凝土凝固过程中因收缩而产生裂缝。（3）由于温度变化产生的裂缝，结构随着温度变化时受到约束，在混凝土内部产生应力，当此应力超过混凝土抗裂强度，混凝土便开裂，即产生温度裂缝。（4）施工不当产生裂缝。

从现场裂缝情况看，裂缝分布部位，裂缝方向、出现时间具有一定的规律性。裂缝都分布在跨中中横处的腹板位置，且两面对称，时间一般为拆模后两天左右。防止裂缝产生及外治措施：

2.1 由混凝土质量引起的非结构裂缝，可以采取以下防止措施：控制及改善水灰比，减少砂率，增加骨料用量，严格控制坍落度，混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，高温季节注意采取缓凝措施，避免水分急剧蒸发，混凝土振捣密实，改善现场混凝土的施工工艺，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；一旦裂缝出现，可以用环氧树脂、固化剂、丙酮按1：05:0.25的比例配合进行修补，将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷毛吹净,用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，在涂环氧树脂，1 贴玻璃布,以后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯硷水煮沸脱脂,用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内钢筋不受大气腐蚀,提高结构的使用寿命。

2.2由于温度应力引起的非结构裂缝，鉴于先行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对温度荷载引起的横向温度应力考虑偏小，设计时应予以重视，可以通过配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生（施工过程中作者变更了设计，在腹板加了一倍的纵向钢筋）；同时在施工时，应尽量选择温度低的时间浇注后半天（利用早、晚进行施工）。热天浇注混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热，提高混凝土的密实性和抗拉强度，并注意混凝土表面湿润，同时在腹板留通气孔，达到张拉强度及时张拉压浆。

2.3 作者在施工中对20米预应力混凝土箱梁裂缝的控制方案和已出现裂缝的处理办法是:（1）裂缝的控制方案：A、在腹板处两面对称增加通长纵向钢筋，根数为原设计的一倍。B、控制好混凝土的浇注时间和浇注时的温度，安排在早、晚或温度低的时候进行混凝土浇注。C、及时养护，并用塑料布进行覆盖，保持混凝土表面湿润。D、在腹板处每隔5米留一个通气孔，保证混凝土箱梁在拆模后通风散热，保持梁体内外温度基本一致。E、及时拆模、及时张拉，当混凝土达到拆模强度时就及时拆模，当混凝土强度达到设计张拉强度时就及时张拉压浆。（2）裂缝的处置措施：用环氧树脂、固化剂、丙酮按1:0.5:0.25的配合比进行修补。将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯硷水煮沸脱脂，能保证日后运营过程中梁体内的钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。通过以上的控制方案和防处治措施，在以后的箱梁预制过程中再没有出现裂缝，并通过对裂缝的处治也不影响梁体的正常使用。结论：

预应力混凝土箱形结构产生裂缝很常见，但可避免或减少，关键是在设计时，认真验算，合理布置构造钢筋或预应力筋，对易出现裂缝的部位，通过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。因此，对于裂缝的问题，设计者和施工人员都应予以重视。

第五篇：20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

[ 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。