大跨度连续刚构桥裂缝成因及抗裂措施

王 军

（中铁二十一局集团第三工程有限公司， 陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

四支河大桥工程项目中，主桥上部选择的是预应力混凝土连续刚构形式，跨径（65+3×120+65）m，下部为薄壁空心墩，柱桩基础并建设引桥，该处上部结构为预应力混凝土连续箱梁，下部结构采取柱式墩、桩基础相结合的方式。桥址区沟谷交错，不利于高效施工。

2 大跨连续刚构桥开裂成因

2.1 设计方面

（1）0#块横隔板。本结构施工中开设了人工孔，该处存在较为明显的应力集中现象，加之外界因素的作用而产生裂缝。在温度、水泥水化热等方面的影响下会直接改变0#块横隔板的受力状况，使该处的应力分布特点发生变化，从而形成裂缝。

（2）1/4 跨截面腹板。沿线车流量较大，为保证桥梁通行能力并提高其美观性，在1/4 跨截面腹板的设计中以减小结构荷载为主要工作思路，尽管腹板较薄，但箱梁腹板处产生的主拉应力受多方面因素影响，如竖向正应力、剪应力，而多种类型的应力又与箱梁截面尺寸息息相关。进一步分析，箱梁腹板的厚度是主导因素，会在很大程度上决定腹板的主拉应力情况，若腹板厚度明显偏小，将会出现明显的腹板主拉应力集中现象并形成裂缝[1]。

（3）温度应力。温度也是极为关键的影响因素，具体包含日照温度和体系温度两个方面，重点应从所在地的气候条件入手，探讨温度对桥梁的影响。由于温度的改变将使结构发生变形现象，并破坏原有的受力状态，此特点在超静定大跨径结构中体现得更为明显，是引发箱梁裂缝的主要成因。并且，若箱梁内外部温差明显将产生应力集中现象，块段间形成的交界区域伴有较大的主拉应力，在超过结构极限抗拉强度时便会形成裂缝。

（4）齿板。封闭式箍筋是桥梁建设中极为关键的部分，部分工程项目在设计阶段并未考虑到此方面因素，出现减少封闭箍筋数量甚至完全未设置封闭箍筋的情况，此时都会导致箍筋在预应力张拉时失效，由于齿板承受能力有限，在面对极大的张拉力时随之开裂。

2.2 施工方面

（1）0#块横隔板。从连续桥梁的结构特点来看，零号块的截面尺寸相对较大，该处主要设置为三向预应力体系并存在人洞，导致其内部的应力高度集中。横隔板需要与周边的腹板和底板连接，形成的交接区域伴有更明显的水化热温度梯度，在此条件下形成温度裂缝。此外若缺乏养护保湿措施将形成干缩裂缝。

（2）腹板。模板的温度易发生变化或拆模工艺不合理，混凝土箱梁均容易形成裂缝。若采取的预应力束张拉流程不当，在后续养护阶段易形成裂缝。此外，诸如腹板配筋偏少、预应力管道偏位等均是引发腹板开裂现象的原因。伴随混凝土浇筑时间的延长，前期施工的混凝土已经达到初凝状态，但上部依然持续浇筑作业，在加载量不断增加时扰动更为明显，导致前期施工的混凝土形成裂缝。

（3）底板。相比于设计方案，波纹管的实际安装位置与之存在偏差或出现定位钢筋偏位现象，在浇筑混凝土过程中受扰动作用而导致波纹管出现变形现象。波纹管产生折角后，此条件下若张拉预应力束，力筋将维持直线的状态，但部分凸出的混凝土将作用于预应力筋，阻止其变为直线状态，由于张拉的作用该部分混凝土将产生局部作用力，结构的受力状况极为复杂，存在较明显的下崩力，易出现局部开裂现象。理论上预应力束应具有足够的平滑性，但从实际施工状况来看，在振捣等环节中产生的因素均会对预应力管道造成影响，导致其发生变形现象或产生折角。

（4）齿板。齿块锚头普遍设置在箱梁接缝面，但该处前期浇筑的混凝土已经具有足够的抗拉强度，而新浇混凝土在此方面相对较弱，若将预应力筋锚固的位置选为该处将严重影响到锚固区，使其形成局部高压力并产生蠕变现象，同时在锚头后方的混凝土将伴有较明显的拉应力，施工中若未合理配置锚后受拉钢筋，接缝面开裂的概率将明显加大。

3 大跨连续刚构桥开裂防止措施

3.1 设计方面措施

（1）0#块横隔板钢筋网加密。重点考虑横隔板与腹板所形成的交界区域，改变原本间距为15cm 的钢筋布设方式，加密至10cm。

（2）腹板厚度过渡段调整。若桥梁工程中各腹板都设为相同的厚度将显著加大成本投入，主梁根部周边区域安装的腹板存在极为明显的主拉应力，该值超出规范限值后直接破坏腹板的稳定性，导致该处产生斜裂缝。对此选取桥墩中心线至两侧32.5m 的范围，该处所用的腹板厚度增加至70cm，并设置过渡段逐步改变腹板厚度，使其由70cm 有序递减至50cm。

（3）温度应力控制。考虑的是边跨支点附近、0#块附近、主梁1/4 跨附近，选择该处的向阳面腹板，在原基础上适当加密抗裂钢筋网，调整腹板两侧的水平纵筋布设方式，即间距由原本的12cm 加密至10cm。

（4）齿板封闭式箍筋调整。桥梁中使用到适量的活口封闭式箍筋，在其作用下将对中心处的混凝土产生较明显的约束，但箍筋开口处具有特殊性，由于钢筋缺乏连续性导致在受力状态下伴有较明显的张开趋势，原本的约束作用显得微弱，为薄弱部位。封闭箍筋主要设置在底板和齿板处，对该处采取预应力张拉措施后，将形成明显的径向力。为确保箍筋的正常使用效果，需调整封闭式箍筋的开口方向，采取与径向力反向的方式；对于齿板处的封闭钢筋安装，要求所有的开口均向下。

3.2 施工方面措施

（1）原材料质量控制。选择与设计要求相符的原材料，从各项指标入手评价材料质量；抽检进场的原材料，若不满足要求则不可投入使用，各类型原材料单独放置，并再次冲洗碎石，将含泥量控制在合理范围内；经过试验后确定合适的混合料配比，若施工环境发生变化要及时调整，例如现场温度明显偏高时，要从砂石含水量等方面入手，优化混合料的性能。

（2）保证浇筑质量。选择的是钢模板，安装到位后再浇筑，设置好挂篮后需适当增加其抗弯刚度，以免在浇筑期间模板或挂篮发生失稳、变形现象。通过加贴模板、增设模板肋等方式均有助于提高模板刚度，使其维持稳定。箱梁的浇筑作业宜分层完成，并遵循对称浇筑原则。

（3）加强养护。按照“内降外保”的思路做好养护工作，在冷却水的作用下缓解混凝土内部高温现象，并避免外部温度快速散失，可采取蓄热保温措施。箱梁施工选择高强混凝土，通过降低水灰比的方式可抑制水化反应，减少水分蒸发量，结束浇筑作业后通过洒水的方式有效养护，以达到保温、保湿的效果。

（4）保证预应力张拉质量。从现场施工条件出发调整预应力张拉顺序，此举有助于控制水平裂缝。对于底板结构中设置了双层钢束的情况，首先完成下层钢束的张拉作业，经过灌浆且混合料的强度满足要求后，进一步组织上层钢束的张拉，全程遵循匀速张拉原则。底板纵向预应力束的特殊之处在于容易产生径向下崩力作用，导致该处的混凝土受损崩裂，为解决此问题需增设U 型定位筋，将其稳定挂设在纵向钢筋上，通过点焊的方式保证其稳定性。

4 结束语

大跨度连续刚构桥在现代桥梁建设领域取得广泛应用，但由于设计、施工等方面的不足，导致桥梁结构易出现裂缝病害。对此，施工单位需要明确刚构桥裂缝成因，从原材料质量、结构调整等角度入手，采取合适的抗裂措施，确保全桥建设品质。