PC箱梁桥裂缝成因及防治对策
摘 要： PC箱梁桥在施工或使用中经常发生混凝土开裂，现结合实际分析了裂缝分类、特征以及成因，并提出了相应的防治措施。
关键词：预应力混凝土；箱梁桥裂缝成因；对策
1 概述
PC箱梁桥主要是指主梁截面为箱形的预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥。近20年来，我国修建了大量的大跨径预应力混凝土桥，其中多数为PC箱梁桥。1997年5月建成的虎门大桥辅航道桥，主跨达270m，曾为世界最大跨度PC箱梁桥。它的建成标志着我国预应力混凝土桥梁设计和施工技术水平均已跨入世界先进行列。但随着桥梁的建成运营，许多PC箱梁桥出现裂缝，有的甚至不得不进行加固。在理论上，大多数作为全预应力混凝土结构的PC箱梁桥，在短期效应组合作用下，构件截面的受拉边缘不允许出现拉应力，更不允许混凝土开裂；即使对于采用部分预应力混凝土的构件，允许在短期效应组合作用下控制截面混凝土受拉边缘出现拉应力或开裂，但拉应力或裂缝均应限制在较低的水平上，且在永久效应组合作用下不出现拉应力、裂缝闭合。然而，实际情况是，许多PC箱梁桥确实出现了大量裂缝，有些还很严重。因此，PC箱梁桥混凝土开裂已成为桥梁严重病害之一，必须认真分析和积极防治。
2 裂缝成因
结构物在实际使用过程中承受的作用按其性质分为两类：一类是“荷载”作用，即施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们直接作用于结构上；另一类是“变形”作用，即以强制结构变形的形式施加于结构上的变形或位移，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的。因此，裂缝成因，可分为“荷载裂缝”和“变形裂缝”两大类。荷载裂缝由荷载作用引起，也称为受力裂缝；变形裂缝由变形作用引起，是因为变形受到结构局部或整体的约束作用产生约束拉应力，当约束拉应力超过混凝土抗拉强度而产生的裂缝。
2．1荷载裂缝
2．1．1弯曲裂缝。弯曲裂缝一般是垂直裂缝，是混凝土构件受弯矩作用产生的裂缝，一般出现在弯矩最大截面的受拉区。正弯矩裂缝一般位于箱梁的跨中梁段，由底板横向裂缝自下而上发展，下宽上窄；负弯矩裂缝位于箱梁的墩顶支点梁段，由顶板横向裂缝自上而下发展，上宽下窄。
弯曲裂缝的主要成因有：纵向预应力筋配置不够导致有效预应力不足；预应力张拉吨位不足或预应力损失过大；混凝土浇筑超重，振捣不密实及跑模；运营荷载超过设计荷载水平等。
2．1．2剪切裂缝。剪切裂缝又称斜裂缝，分为腹剪裂缝和弯剪裂缝。腹剪裂缝是PC箱梁桥中出现最多的一种裂缝。一般发生在剪应力最大的部位，如箱梁支点附近的腹板上，由主拉应力引起，与梁轴线呈25°～45°走向，并随着荷载的往复作用，不断向受压区发展。由于箱梁的上下缘一般布置有较多的纵向预应力筋，有抑制斜裂缝的作用，因此腹剪裂缝的宽度呈两头小中间大，在发展到箱梁的上下缘前就停滞了。弯剪裂缝一般发生在弯矩和剪力均较大的主跨1/4跨附近和边跨1/2跨附近，是由于斜截面抗弯能力较弱而产生的主拉应力引起的，与梁轴线呈30°～60°走向。此类裂缝与弯曲裂缝相似，它由箱梁的底缘自下而上发展，下宽上窄。
剪切裂缝的主要成因：构造钢筋配置不够，斜向预应力筋弯起过早或未设弯起筋，竖向预应力筋配置不够等引起混凝土主拉应力过大；施工模板定位偏差、浇筑跑模等导致腹板厚度偏小；竖向预应力张拉吨位不足或者损失过大导致竖向有效预应力不足；纵向有效预应力不足；混凝土强度不够等。
2.1.3纵向裂缝。在荷载作用下，PC箱梁的顶、底板有可能因横向拉应力过大产生沿顺桥方向的纵向裂缝。主要成因：超载特别是超重车辆荷载的作用，引起箱梁顶板局部横向受弯使其下缘沿纵向开裂；纵向预应力筋配置过密，预应力孔道压浆不饱满对顶、底板截面的削弱；施工期间，孔道未压浆前，纵向预应力储备过大，在顶、底板横向产生过大的拉应变；横向预应力钢筋配置不够，横向预应力张拉吨位不足或者损失过大等导致横向有效预应力不足。
2.1.4扭曲裂缝。混凝土构件受扭转和弯曲共同作用而产生的裂缝称扭曲裂缝。一般与梁轴线呈45°倾斜，并有多条，由主拉应力引起。扭曲裂缝出现后，混凝土保护层剥落。弯桥和采用独柱桥墩的高架桥、立交桥的PC箱梁，易因扭矩过大而产生扭曲裂缝。
2.1.5局部应力裂缝。由于局部应力过大而引起的裂缝称局部应力裂缝。主要出现在支座、锚头等承压力大的部位或遭受突然撞击的部位。
2．2变形裂缝
2．2．1收缩裂缝。在混凝土形成强度过程中，水和水泥颗粒结合，使混凝土体积减小称为凝缩；在混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为干缩。凝缩与干缩合称收缩。表面的水蒸发干燥逐步由表面扩展到内部，在混凝土内形成含水梯度。表面收缩大而内部收缩小，出现内外收缩差，混凝土内部受压，表面受拉，当表面混凝土的拉应力超过混凝土抗拉强度时，便产生收缩裂缝。主要成因：环境干燥、湿度小、温度高，使混凝土水分蒸发快，引起混凝土收缩快；混凝土养生不及时，温度、湿度不够，养护时间不够，致使混凝土收缩大；混凝土水灰比偏大等。
2．2．2温度裂缝。当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将因热胀冷缩发生变形，若变形受到约束，则在结构内部产生应力。当其拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土开裂，即出现温度裂缝。主要成因：年温差使桥梁结构产生纵向变形，当变形受到限制时会引起温度裂缝；桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线性分布；突然大雨、冷空气侵袭、日落等导致结构表面温度陡然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度；大体积混凝土（最小边尺寸大于2m）在硬化过程中，产生的水化热不易散发，致使内部温度很高，内外温差大；冬季施工及蒸汽养护措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均等。
2．2．3基础变形引起的裂缝。对于PC箱梁桥，由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，在结构中产生附加应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土开裂。引起基础不均匀沉降或位移的主要因素：地质条件复杂；地基地质、结构荷载、基础类型差异过大；基础分期建造；地基冻胀融沉；桥梁建成以后，原有地基条件发生变化等。
3 对策
对于出现裂缝的PC箱梁桥，应分析开裂的具体原因，采取适当的措施进行补救。对于变形作用引起的非受力裂缝，一般采取封闭裂缝的修补办法，以减轻其对钢筋锈蚀的影响；对于严重的受力裂缝，则应通过结构加固措施，提高结构抗力，阻止裂缝发展。
3．1裂缝修补
3.1.1对宽度小于0．1mm的裂缝或表层裂缝可进行表面封闭处理，一般涂刷水玻璃或环氧树脂；
3.1.2对宽度大于或等于0．1mm的裂缝应采取压力灌浆进行修补，以达到封闭裂缝的目的；
3.1.3对于大面积表面裂缝，可用粘贴碳纤维布的方法，对其进行整体封闭。
3．2结构加固
受力裂缝的出现表示结构承载力可能不足或存在严重缺陷。除了对裂缝进行修补外，还应该对结构进行加固。
3.2.1在荷载作用受拉区混凝土表面，粘贴碳纤维布或钢板，以解决结构抗弯能力不足或主拉应力过大的问题；
3.2.2加厚板件和补加钢筋，以解决结构压应力或主拉应力过大的问题；
3.2.3增加预应力筋，以解决结构抗弯能力不足或主拉应力过大的问题。
结束语
目前，PC箱梁桥混凝土开裂是普遍存在的现象，但通过合理布置构造钢筋或预应力筋，通过施工对质量的严格控制，即可显著减少裂缝的数量，减小裂缝的长度和宽度，甚至避免开裂。一旦出现裂缝也并不可怕，关键是要正确分析裂缝成因及对结构工作状态和承载能力的影响程度，及时提出合理的处理措施。
参考文献
[1]胡成.某PC连续箱梁裂缝成因及防治措施[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2006，29（7）.
