钢筋混凝土连续箱梁裂缝成因的分析及控制_控制箱梁开裂的措施

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钢筋混凝土连续箱梁裂缝成因的分析及控制

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

以上是本人在工作中的一些看法，若有不当之处，还望各位专家同仁们指正。