预应力砼连续箱梁裂缝产生的原因及分析

预应力砼连续箱梁裂缝产生的原因分析

预应力砼连续梁以其结构整体性好、大跨度,减少桥面伸缩缝个数使行车变得舒适,而在高速公路和城市快速路工程中得到广泛应用。现在预应力砼连续箱梁一般均按照全预应力结构设计(即为预应力A类构件),在结构上是不允许出现裂缝的。一旦出现裂缝,无论从美观还是结构性能方面都是有害的。如何提高其设计和施工质量,是桥梁建设者共同关心的主题。笔者就近几年施工的几座预应力砼连续梁桥谈一下预应力砼连续箱梁裂缝产生的原因及解决措施。

1、墩顶两侧腹板产生垂直裂缝:

广州某快速路14标马克特大桥为3孔(30米+40米+30米)一联的预应力砼变截面连续箱梁,顶板砼浇注5天后,顶板砼强度为46.5Mpa,是设计强度50Mpa的93%,我们拆除翼板模板和腹板模板,发现9、10号墩墩顶两侧均有垂直于梁体的裂缝,裂缝呈上宽下窄形式,裂缝开始于翼板悬臂处(第一次浇注砼的终点),终于腹板高度的1/3~1/4处。以上裂缝很有规律性,说明产生原因相同:

①地基不均匀沉降造成,9、10号墩除支架支撑在系梁上和墩顶上,支架弹性压缩变形在浇注砼后瞬时完成,而远墩处均为经过换填处理的软土地基,砼浇注12小时后发现地基还在一直下沉,而此时墩顶处已不再下沉,因此远墩处砼下沉对墩顶砼产生拉应力,导致墩顶两侧砼开裂。

②砼浇注顺序对产生以上裂缝有直接关系,由于是变截面梁,9、10号墩处梁体最高(梁高2.3米),跨中1.5米高,浇注砼时只顾及由最低点向最高点浇注的原则,因此用两台泵车同时在两个中墩初开始浇注砼,而9、10号墩处支架下沉瞬时完成,其它部位却一直在下沉,导致砼开裂。综上所述,地基处理不到位是腹板产生裂缝的主要原因,因此对于采用支架法现浇连续梁施工地基处理是重中之重。

施工前必须及早对地基(特别是南方软土地基)进行处理,可采用换填法和周围挖排水沟用井点法降水使地基固结,减少后期下沉量;支架安装后必须对支架和基础进行预压,消除支架非弹性变形。浇注砼时必须遵循现浇注地基薄弱处和正弯矩最大处,使地基变形和支架变形在砼浇注初始即发生的原则。

2、墩顶处翼板底部产生裂缝(马克特大桥):

裂缝位置与腹板裂缝位置一致,缝宽只有腹板裂缝宽度的1/4左右,裂缝深度较小(只有5mm),而且从悬臂端部向翼缘方向衰减。砼的干燥收缩率随砼龄期的增长而衰减,一般在浇注砼7d后收缩已经很微小,然而箱梁顶板翼板都在底板和腹板砼浇注后7~8天后浇注(设计上一般要求在4d内浇注顶板砼,实际上不可能)。

此时,顶板、翼板与腹板砼龄期相差7~8d,收缩率相差较大,因此顶板、尤其是长条翼板砼收缩受到腹板、底板和横隔梁组成的格子梁体的共同约束,加上腹板在横隔板处已经产生裂缝,故翼板在此处产生裂缝。一般来讲,设计上考虑结构总体受力较多,对构造上的考虑较少。马克特大桥翼板底层纵向钢筋布置为直径12mm钢筋、间距15cm,这从构造上讲,配筋率还是偏低的。综合以上原因,我认为在设计时考虑在翼板底部加铺直径为10mm的防裂钢筋网(只在收缩受约束较大,而又无法释放集中应力的中横梁附近);施工时尽量缩短两次浇注砼的时间差;加强砼的养生。做到这些、虽然不可能完全避免裂缝,但是至少可以减少裂缝或减小裂缝宽度。

3、翼板悬臂端部纵向裂缝:

广州某快速路13标东兴特大桥为等截面连续箱梁,梁长120米(35米+50米+35米),一般悬臂长度为2.5米,翼缘厚度为15cm,悬臂端部厚度为50cm.顶板砼浇注30小时后,发现翼板悬臂端部出现纵向裂缝,裂缝长度不等,最长的有1.7米。砼浇注6天后开始拆除翼板支架(砼强度已经达到设计强度92%),发现裂缝长度和宽度均有发展趋势。

从施工角度考虑,翼板支架下沉最大值11mm,而主梁支架第二次浇注砼后下沉最大8mm,这应该是裂缝产生的主要原因;从设计角度考虑,我认为顶板横向钢筋配置不足,14标与13标箱梁翼板悬臂长度相同14标箱梁顶板横向钢筋比13标多,14标施工时同样存在翼板下沉量大于主梁支架下沉量的问题,而14标未产生同样的裂缝。对于这种裂缝,笔者认为在提高施工水平的同时,设计者在设计过程中对悬臂较大的梁应考虑配置横向预应力,尤其在城市桥梁设计中,考虑到结构美观,在梁高较小的情况下,给顶板配置预应力会减小悬臂翼板的厚度使之与纤巧的主梁相适应。

预应力连续箱梁产生裂缝的原因多种多样:砼配合比、砼振捣质量、温度变化、保护层厚度、钢筋锈蚀等。笔者就施工中遇到的以上3种裂缝形式进行简单分析,供同行参考。只要桥梁设计者和建设者共同努力,相信裂缝问题是可以解决的。