预应力混凝土梁板施工裂缝分析与防治

1 概述
近⼏年来，先张预应⼒空⼼板、预应⼒混凝⼟梁在⾼等级公路建设中发展很快，特别是跨径在10m～20m以内的简⽀梁先张预应⼒空⼼板和跨径在20m～40m的预应⼒混凝⼟梁与其他形式的结构相⽐，具有使⽤年限长、变形⼩、造价低、施⼯⽅便等优点，因此有着极强的竞争⼒，采⽤相当普遍。

有些板梁在施⼯中存在不同程度的开裂，以⾄增加养护、维修费⽤，缩短桥梁使⽤寿命。

产⽣裂缝的原因除了混凝⼟、钢筋存在质量缺陷外，还与板梁设计环节、施⼯质量、⽓候环境等外界因素有关。

本⽂主要结合近⼏年的⼯作实践，对其裂缝成因及其防治，与同⾏们共同探讨。

2 预应⼒混凝⼟板梁裂缝内部成因分析
2.1内应⼒
在混凝⼟构件中温度、收缩与徐变都会导致内应⼒，此为不同纤维中的约束应变所致，在超静定结构中任何这种差别将引起外约束⼒，由于这些约束⼒引起的应⼒超过混凝⼟的抗拉强度⽽产⽣裂缝，桥梁上许多裂缝都受此影响产⽣。

2.2普通钢筋⽤量不当
设计时由于普通钢筋⽤量或间距不⾜，致使裂缝宽度不能保持在允许范围之内，但也可能普通钢筋在混凝⼟局部⽤量过⼤或间距过密钢筋阻⽌混凝⼟正常凝固收缩⽽产⽣裂缝，这两种情况主要发⽣在早期开裂。

2.3薄厚构件的连接
将⼀薄⼀厚的混凝⼟部件相连总是危险的，薄部件与厚部件相⽐易受到温度、收缩和徐变等的影响⽽使薄部件更易开裂。

2.4⽔泥的⽔化热作⽤
混凝⼟在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中，⽔泥与⽔发⽣⽔化反应。

⽔化过程中释放出⼤量的热能，⽔化反应有两次升温和两次降温过程，内部温度升⾼，⽽板⾯温度因外界⽓温有所降低。

升温使混凝⼟内部体积膨胀，降温使混凝⼟表⾯收缩，膨胀时混凝⼟内部产⽣压应⼒，收缩时混凝⼟表⾯产⽣拉应⼒，当压应⼒和拉应⼒超过其抗压强度和抗拉强度时，梁板表⾯将发⽣裂缝现象。

2.5矿物成分与⽔起⽔化反应
⽔泥与⽔接触后，其矿物成分与⽔起⽔化反应⽣成⽔化物，⽔化物的体积是⽔泥的2倍多，同时⽔化物的⽣成在混凝⼟中产⽣⼤量的热量，当内外差形成时，裂缝便形成。

2.6碱⾻料反应
在我们施⼯中，多数为硅酸盐⾻料，是活性集料中含有⽆定型氧化硅成分，或在碱环境下⽯料本⾝会产⽣膨胀，当混凝⼟拌和后，⽔泥中的碱不断溶解，这时碱液与活性⾻料的硅酸盐物质产⽣化学反应，析出胶状的碱－硅胶，胶从周围介质中吸取⽔分⽽发⽣的拉应⼒超过其抗拉强度时，将会出现裂缝。

2.7混凝⼟的⼲缩作⽤
混凝⼟在凝结、硬化过程中，仅很少⼀部分⽔分参加⽔化反应，⽽⼤部分⽔分逐渐蒸发，使混凝⼟体积产⽣⼲缩变形。

由于⽔泥浆形成⽔泥⽯，其极限⼲缩接近3000微应变。

⼲缩作⽤使混凝⼟内产⽣不同程度的拉应⼒。

由于混凝⼟硬化初期抗拉强度⼩，如果⼲缩产⽣的拉应⼒超过其抗拉强度时，将会出现裂缝现象。

3 预应⼒混凝⼟板梁裂缝外部成因分析
3.1混凝⼟局部应⼒过⼤
预应⼒筋锚垫板下会产⽣很⼤的局部应⼒，周围混凝⼟易产⽣细微裂缝，此裂缝危害较⼩，但锚垫板下混凝⼟如不密实或养⽣不够则易产⽣较⼤裂缝，危害较⼤。

3.2主要受⼒钢筋数量不⾜
设计或施⼯时预应⼒钢筋不⾜，钢索线形布置有误差，致使受拉区变形过⼤，混凝⼟拉应⼒超过其抗拉强度⽽产⽣裂缝。

3.3混凝⼟配⽐不合理
预应⼒板梁混凝⼟设计标号较⾼，20m跨径以上约为50号，10m、13m和16m跨径为40号较好。

在混凝⼟配⽐设计时，⼀般施⼯⼈员偏于保守，⽔泥⽤量超过⾼限，特别是在新的混凝⼟评定标准提⾼后，其⽔泥⽤量较以前增加了5%左右，由于⽔泥⽤量的增加使混凝⼟凝结缩量⼤，造成表⾯产⽣裂缝。

3.4⽔灰⽐过⼤
在拌制混凝⼟过程中，有的拌和设备计量不准，特别是⽤⽔量控制不准，随意性较⼤，由于⽔灰⽐过⼤⽽⾃下造成离析现象，其结果粗⾻料沉于下部，多余⽔分上升，振捣后⽔泥浆上浮到板顶，从⽽使混凝⼟强度不均匀，下部分强度⼤，顶板强度低，混凝⼟强度较弱区往往是裂缝容易发⽣的部位。

底板浮浆过多发⽣收缩现象较为明显，在每根箍筋处顶板横向裂缝隙较为严重。

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3.5砂、⽯料含泥量超限
在施⼯过程中，有时砂、⽯料含泥量超限，这样它们与⽔泥之间的胶结⼒有所下降，造成混凝⼟的强度和抗渗性降低并且产⽣状裂缝。

3.6内模胶囊上浮
预应⼒空⼼板在混凝⼟浇筑过程中，混凝⼟对胶囊有较⼤的浮⼒，如果胶囊固定不牢，就会发⽣胶囊上浮现象，造成顶板厚度减⼩，这种情况也极易造成裂缝。

3.7抽拔胶囊过早
空⼼板抽拔胶囊的时间与养护温度和混凝⼟的质量有关，⼀般控制混凝⼟强度达到0.6MPa～0.8MPa时为宜。

抽拔过早会出
现“粘⽪”现象，对混凝⼟质量有影响，当顶板厚度减⼩或是顶板浮浆过厚时，裂缝容易发⽣，这种原因出现的裂缝多为纵横裂缝。

3.8保护厚度不均匀
在钢筋成型时，有时尺⼨控制不准确，造成空⼼板顶板和主梁翼缘上下部保护层过⼩或过⼤，这种情况下也常常出现裂缝。

3.9内模变形
空⼼板内模胶因为制造质量或在施⼯中有所损坏，造成混凝⼟浇筑过程中漏⽓，⽓压降低；箱梁内模变形，在混凝⼟⼏乎没有强度的情况下，顶板混凝⼟将发⽣下陷，造成难以补救的事故。

3.10 侧模拆除时间过早
在混凝⼟抗压强度达不到2.5Mpa时，拆除侧模板，由于操作时发⽣震动，侧⾯常常出现较窄的竖向裂缝。

3.11预埋钢筋被碰撞
当混凝⼟抗压强度很低时，在养⽣或操作中，碰撞板梁顶预埋钢筋，这时混凝⼟基本没有抵抗外⼒的能⼒，从⽽发⽣裂缝。

3.12⽓温变化⼤
裂缝容易发⽣在温差变化⼤的季节，⽓温的急剧变化或⼤风造成混凝⼟表⾯急剧冷缩或⼲缩，从⽽增⼤了混凝⼟表⾯的拉应⼒，加快了混凝⼟早期裂缝的形成。

3.13养⽣不及时
混凝⼟施⼯完毕后，没有适时很好地养护，混凝⼟表⾯⽔分蒸发过快，从⽽形成⼲缩裂缝。

外界温度在5℃以下时，如果不及时覆盖保温材料，也容易出现裂缝。

3.14 墩台下沉和落架过早
墩台不均匀下沉或梁底⽀架拆除过早造成梁的挠度变形过⼤，在超静定结构中造成桥墩⽀承点处较⼤内应⼒，顶部混凝⼟拉应⼒超过抗拉应⼒，出现较⼤裂缝，对桥梁危害性较⼤。

4 裂缝防治及措施
4.1 设计中普通钢筋的合理配置
设计⼈员在结构计算之后详细检查细节设计，特别是⼒筋和钢筋布置必须符合合理的保护层和间距数值的要求，不要试图减薄腹板和板的厚度来节省材料。

4.2 薄厚构件的连接设计
薄厚构件连接处设计时要尽可能使两构件厚度⼀致，同时还要合理配置连结钢筋，施⼯时尽量不要采⽤两次浇筑。

4.3 控制梁根部变形
超静定结构墩台基础底地基易产⽣不均匀下沉，如地质状况不好或不易改造，则应选⽤其他静定结构。

梁底⽀架不可过早拆除造成梁的挠度变形过⼤，多孔桥应同时对称落架。

4.4 合理进⾏混凝⼟配合⽐设计
在混凝⼟配合⽐设计中，不要为了提⾼保证率⽽过多地增加⽔泥⽤量，在满⾜混凝⼟坍落度要求的前提下，尽量采取可靠的减⽔剂，合理调整配合⽐，降低⽔泥与⽔的⽤量，以减少混凝⼟的凝结收缩量。

4.5 严格控制原材料
按照质量要求，严格进⾏选料，对不符合要求的砂、⽯料和⽔泥不许进场，对含泥量较⼤的⾻料要⽤⽔冲洗，严禁使⽤过期和不同标号⽔泥，尽量采⽤发热量及收缩量较⼩的⽔泥。

4.6 选择好的天⽓浇筑混凝⼟并应连续进⾏
注意天⽓预报，尽量选择较好的天⽓浇筑空⼼板，尽量避开下⾬和温差较⼤的天⽓浇筑。

在夏天浇筑混凝⼟不宜在⽩天进⾏，在冬季宜在温度较⾼的时间浇筑混凝⼟，并要采取冬季施⼯措施。

严禁在浇筑空⼼板过程中间断施⼯，底板混凝⼟振平以后，应⽴即放内模并浇筑第⼆层混凝⼟，尽量缩短施⼯缝处上下两部分混凝⼟的施⼯时间差，确保混凝⼟浇筑的连续性。

4.7 适时收浆⼆次抹平
混凝⼟在初凝前往往会出现裂缝，这时应及时收浆⼆次抹平，这样处理⼀是增加了混凝⼟表⾯的密度，⼆是使混凝⼟表⾯产⽣的裂缝愈合，这是消除早期裂缝最有效的措施。

4.8 严格检查胶囊漏⽓，防⽌胶囊上浮
对使⽤的胶囊要经常打压检查，发现漏⽓者应及时修补。

定位下%考/试⼤%料要准确，⽣根要牢固，⼀般因定在钢绞线上为好，防⽌胶囊上浮，出现顶板厚度⼩，最终引起早期裂缝。

4.9 加强混凝⼟养⽣
混凝⼟浇筑完毕，及时盖草或塑料膜，并经常洒⽔使之保持湿润。

⽓温低于10℃，要加保温材料，进⼊冬季应采⽤蒸⽓养⽣。

在早期养⽣时不要碰预留胶缝筋，更不要在上⾏⾛。

4.10 严格控制拆模时间
抽内模的时间要根据现场混凝⼟强度⽽定，通过试块来确定，严禁过早拆除内模、侧模，要待混凝⼟达到⼀定强度后，⽅可拆除。

4.11裂缝的维修、加固措施
a）早期裂缝⼀般不必处理，但裂缝宽度较⼤和深度较深时，应做些处理，对较严重的裂缝可以凿成三⾓槽，⽤环氧树脂砂浆修补；
b）裂缝严重时可在裂缝内注⼊环氧树脂浆液加固；
c）⽤环氧树脂砂浆黏结钢板于裂缝处加固或先在裂缝内注⼊环氧树脂浆液再⽤环氧树脂黏结钢板，⼆者结合起来效果更好。

混凝⼟与钢板⼀起共同受⼒，从⽽防⽌裂缝产⽣并增加承载⼒。

向裂缝注⼊树脂，可加强防⽔性，防⽌混凝⼟⽼化，以及防⽌内部钢筋或预应⼒钢筋锈蚀⽽减少使⽤寿命；
d）出现裂缝的板梁，集中在⼀孔上安装，桥⾯铺装混凝⼟做成防⽔混凝⼟，桥⾯钢筋适当增加，这样会补救裂缝对板梁的影响。