摘要：混凝土梁结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素相互影响，针对预制梁存在的常见裂缝形态进行了分类，从技术的角度对高速公路预制梁场在混凝土梁预制过程中的裂纹产生原因进行了探讨和分析，并就如何预防裂纹的产生进行了简要说明。
关键词：预制梁，裂缝，成因，预防
引言
由于部分预制梁设计上考虑不周全、施工不当、加上超载车的影响、自身的老化和养护不及时等原因，现有预制梁桥已经大量存在病害，其病害形式突出表现为各类裂缝。本文根据部分预制梁的裂缝情况，介绍几种常见裂缝的形态及成因分析和预防。
1 预制梁常见裂纹形态
1.1箱梁腹板的裂缝
这类裂缝一般发生了梁端至1/4跨中处，病害严重的箱梁裂缝会扩展到整个腹板截面。多与梁板成45度左右夹角，或斜向延伸至底板，在腹板底部与底板结合处纵向发展，或向上延伸至顶板，腹板和顶板间的纵向裂缝连通，裂缝宽度一般在0.2mm以上，个别桥梁的腹板裂缝宽度甚至超过2mm，裂缝深度一般贯穿整个腹板截面。（如图1.1所示）
图1.1 小箱梁腹板裂纹图
1.2顶板的纵向裂缝
这类裂缝一般出现在腹板与顶板交接的位置，或者是梁板湿接缝位置，间断或不间断纵向分布，局部甚至出现混凝土碎裂现象，从而造成桥面防水层损坏，梁体铰缝渗漏严重，横向连接失效，单梁受力现象比较明显。
1.3沿波纹管的纵向裂缝
这类裂缝主要分布在小箱梁腹板靠近底板20cm左右的位置 ，大多在梁长的 1L/4～3L/ 4 范围 ，沿（弯起前直线段）预应力钢束布束方向对应表面发生 ，产生裂缝的位置一般均伴随局部的表面混凝土离析。裂缝宽度基本上为 0.1～0.2mm之间。裂缝深度一般在 1～2cm之间 ，大体处于保护层范围。也有部分裂缝穿透保护层
1.4梁体跨中的环向裂缝
以某高速公路为例，有2片小箱梁在浇筑完混凝土，拆除模板后停置在台座上，还没有进行施加预应力的情况下，中部横断面腹板、顶板、底板均出现环向裂缝，并且相互贯通，形成了断梁的现象。如图1.4所示。
图1.4 梁体环向裂缝
1.5箱梁底板纵向裂缝
某高速公路25m小箱梁进行动静载试验过程中，箱梁底板中部出现不连续纵向裂缝，加载过程中裂缝有扩展，最大裂缝宽度为0.31mm，底板纵向裂缝分布如图4所示。
图1.5 底板纵向裂缝分布图
2 预制梁常见裂缝的主要成因
2.1箱梁腹板的裂缝成因
2.1.1设计考虑不周
以往小箱梁的设计往往片面追求经济效益而被过度优化，安全系数较低；特别是某些小箱梁的腹板过于薄弱，腹板箍筋设计为单肢，且较为稀疏，难以满足抗剪要求，造成梁体在未达到设计荷载的时候，就出现腹剪裂缝。由于腹板太薄，箍筋又少，梁体抗剪储备不足，箍筋不足以限制裂缝的发展，所以，裂缝一旦出现，箍筋应力就很大，随着荷载的反复作用，裂缝进一步增长和扩宽，使梁体的整体刚度降低，承载能力下降。随着时间的推移，在荷载的不断作用下，梁体状况加剧恶化，最终趋于破坏。
2.1.2施工原因
如支座脱空导致箱梁受力畸变，或者是模板定位不准确导致腹板厚度进一步减弱等，这些都会导致腹板裂缝的产生。
2.2顶板的纵向裂缝成因
此类裂缝的产生，主要是汽车轮载对箱梁顶板的局部受力所引起，常见的小箱梁横向布置如图2.2所示。很多情况下，图中L2的距离往往比L1的距离还大，使得湿接缝处的弯矩往往较大，此外，该处的施工质量往往相对较差，而国内汽车超载的现象又比较普遍。综合各种因素，使得小箱梁湿接缝位置容易出现纵向裂缝。
图2.2 小箱梁横向布置图
2.3沿波纹管的纵向裂缝成因
2.3.1构造空间过小和混凝土性能的影响。
以典型30m小箱梁设计为例，腹板厚度设计为18cm ，波纹管直径 7.0cm ，波纹管距两侧模板净距为5.5cm ，中间各有一层 <10mm的架立构造钢筋。实际上波纹管两边每侧可供混凝土通过的净距为3.7cm 。如此小的距离，对混凝土的工作状态和工作性能有很高的要求 ，特别是对粗集料最大颗粒限制很严。但在实际施工中，粗集料质量未必得到很好的控制，集料偏粗，很容易导致波纹管的位置出现混凝土局部离析，进而导致裂缝的产生。
2.3.2预应力孔道压浆不及时。
小箱梁波纹管对应腹板部位局部混凝土承压面较小，如波纹管中心处，波纹管宽度占腹板总宽度的40%。如此小的承压面积，要求压浆必须及时进行，愈早愈好，尽量为预应力筋与结构混凝土之间提供有效的粘结。但实际上，由于施工组织及其他原因，部分小箱梁张拉后几天之内都未进行压浆，导致波纹管周围混凝土长时间承受较大的压力，加上保护层较薄（﹤3cm），出现顺预应力管道方向的纵裂也就难免了。
2.3.3施工缝的影响。
一些小箱梁在浇筑中把施工缝设在腹板与底板的结合处，在直线段基本上处于波纹管的位置，致使波纹管位置形成混凝土的薄弱带，也是引起纵裂的一个原因。
2.4梁体跨中的环向裂缝成因
出现此类裂缝，原因多为梁底拉应力过大或混凝土受到有约束的收缩（重点是温度裂缝）。但是对于预应力钢筋混凝土结构，如果是因为梁底产生过大的拉应力，则表明梁底已经处于非常危险的受力状态，出现此种情况的可能性很小，此处不予讨论。本文重点讨论由于混凝土在温度应力作用产生此类收缩裂缝的原因。
2.4.1日照温差、下雨等原因导致骤然降温、夜晚温度下降等
如果小箱梁混凝土浇筑完成后，在混凝土强度尚未形成前，发生下雨等突发事件，导致气温突然下降，则小箱梁混凝土在基础约束下产生的拉应力可能超出材料的抗拉强度，导致环向裂缝的产生。同样的道理，如果在白天最高气温的时候浇筑小箱梁，那么晚上气温下降时，同样可能导致小箱梁环向开裂。
2.4.2基础约束
当小箱梁台座基础浇注在坚硬基岩或使用混凝土表面的台座时，没有采取光滑的钢板等隔离层放松约束的措施，混凝土在大气温度及其水化热温度的作用下，混凝土内部温度很高，当混凝土因降温的收缩变形受到台座的约束时，将会在混凝土内部出现很大的拉应力而产生约束裂缝。这类裂缝常在混凝土浇注拆模时即出现，裂缝较深，有时是贯穿性的。
2.5箱梁底板纵向裂缝成因
如果单纯出现箱梁底板纵向裂缝，那么此类裂缝的产生原因可以排除设计方面的因素，纵向裂缝应为施工方面的因素所引起。计算分析当箱梁底板的预应力筋没有按规范要求进行布设时，预应力管道在浇筑底板混凝土时存在偏离原设计位置的可能。为此，波纹管偏位将使预应力在箱梁局部梁段产生径向力，径向力对箱梁底板受力性能将产生较大影响。
3 预制梁常见裂缝的预防
3.1箱梁腹板的裂缝预防
此类裂缝的预防，主要从设计方面加以改进：A、增加梁的高度和宽度；B、加厚顶底板和腹板；
3.2顶板的纵向裂缝预防
在进行结构设计时，应对小箱梁翼缘板进行汽车轮载作用下的局部加强，并应充分注意湿接缝的施工质量。
3.3沿波纹管的纵向裂缝预防
增大小箱梁腹板的厚度，建议增大到18~20cm，确保波纹管两侧混凝土能够通过的间距>3cm.同时，在配置混凝土时，对集料粒径应加以控制，保证混凝土的工作性能；对预应力管道进行及时压浆，并避免将施工缝设置在波纹管直线段高度的位置。
3.4梁体跨中的环向裂缝预防
在小箱梁台座上铺设钢板，保证固定牢固，防止温度变形；并选择在温度较为平稳的时候进行混凝土浇筑，同时，应注意对混凝土进行良好的养护，避免梁体温度的急剧变化。
3.5箱梁底板纵向裂缝预防
应注意预应力管道（尤其是在使用扁锚时）的定位，采取可靠的施工措施确保波纹管定位准备，同时加密定位筋的数量，建议设置为每40cm一道。
4 其他可能产生裂纹的原因
1.采用性能比较差的原材料、且拌时间不满足规范要求，这些都会导致混凝土性能不稳定，使混凝土结构极易产生裂纹。
2.混凝土凝固前受冻，内部游离水结晶、膨胀，在混凝土内部产生膨胀应力，导致混凝土出现裂纹。
3.很多小箱梁施工时未能严格按施工规范施工，表现为模板的定位不准确，振捣不密实等。直接导致混凝土强度不够，截面尺寸不准确，严重削弱了梁体的承载能力，导致裂纹产生。
4.由于支座的安装高度不在同一个平面内，很容易导致部分支座脱空或虚设。此种状况严重改变了梁体的受力状态，这是引起梁体裂纹的一个重要原因。
5.目前的营运市场，几乎所有的公路都存在超载车辆运行的问题。桥梁的安全储备不足于抵抗超载的车辆，这也是桥梁产生破坏的一个重要原因。
5 结语
随着我国高速公路桥梁施工水平的不断提高，桥梁工程的预制在高速公路中占有重要地位，为了保证工程质量，提前施工工期，预制梁场的施工技术管理起着重要的作用，在施工中不断总结好的管理经验和提高预制梁的工程质量是广大工程技术人员艰巨的任务。小箱梁的裂缝种类多种多样，产生的原因也千变万化，应该根据实际情况进行具体分析，从而对症下药，找到解决问题的办法，并时刻谨记以预防为主。
参考文献
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[2]JTG/TF50—2011公路桥涵施工技术规范
[3]王梦福.浅析混凝土桥梁裂缝的成因及解决办法[J].建筑与工程.2007
[4]高明昌.浅析混凝土桥梁裂缝产生原因及预防措施.[J]山西建筑,2008.34(21):317-317
[5]邱宏逵.裂缝原因产生浅析[J].工程技术.2007
论文作者:于兆阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
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