李志強(qiáng)

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 預(yù)應(yīng)力箱梁梁端腹板裂縫的形成原因

1.1 設(shè)計(jì)方面

（1）預(yù)應(yīng)力分析計(jì)算不合理。一方面，當(dāng)前的橋梁預(yù)應(yīng)力分析所應(yīng)用的平面桿系有限元分析程序雖能夠準(zhǔn)確計(jì)算箱梁截面的總體應(yīng)力，卻無(wú)法真實(shí)準(zhǔn)確地反映局部應(yīng)力，使得預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力與計(jì)算存在一定差別，以致在應(yīng)力的作用下易于生成裂縫。另一方面，相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范中僅對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力予以了充分考慮，而對(duì)豎向受力考慮不周，使得箱梁結(jié)構(gòu)實(shí)際受力存有偏差，而箱梁頂板與腹板的局部錨固效應(yīng)、橫向效應(yīng)、自重效應(yīng)等生成的豎向應(yīng)力。如若設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮，便會(huì)使得兩端腹板應(yīng)力的計(jì)算偏差值較大，進(jìn)而引發(fā)腹板開裂。

（2）豎向預(yù)應(yīng)力損失考慮不周。設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)縱向預(yù)應(yīng)力的彈性壓縮損失有明確的計(jì)算，但卻未考慮豎向應(yīng)力的彈性壓縮損失，而與縱向預(yù)應(yīng)力相比，豎向預(yù)應(yīng)力筋短、彈性變形小，且預(yù)應(yīng)力筋布置為軸向排列，因此如若應(yīng)用縱向預(yù)應(yīng)力的彈性壓縮損失進(jìn)行縱向預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，便會(huì)使得偏差值過大。由此，將會(huì)因豎向預(yù)應(yīng)力的存在而出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力，進(jìn)而致使生成腹板裂縫。

（3）腹板厚度設(shè)計(jì)不合理。部分設(shè)計(jì)人員為追求更好的橋梁外觀與更大的跨徑，而不重視箱梁細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，更有甚者為追求結(jié)構(gòu)優(yōu)化而致使腹板過于纖薄，由此使得預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)層及鋼筋布置間距不合理。另外，施工的誤差致使梁端兩側(cè)腹板厚度存在差異，而計(jì)算時(shí)是按照兩側(cè)腹板厚度一致而進(jìn)行抗裂性的計(jì)算，因此，實(shí)際施工中便會(huì)導(dǎo)致較薄的腹板先行開裂，且兩側(cè)腹板偏載以及混凝土不均等的影響亦會(huì)使得兩側(cè)腹板受力不一致而出現(xiàn)裂縫。

（4）溫度應(yīng)力控制不當(dāng)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力箱梁的裂縫問題中溫度應(yīng)力的影響甚至?xí)^荷載應(yīng)力，其中，溫度梯度對(duì)于混凝土箱梁的影響就像在箱梁上施加一個(gè)附加彎矩，該彎矩使腹板剪應(yīng)力與正應(yīng)力增加，并影響腹板主拉應(yīng)力，而如若計(jì)算時(shí)未準(zhǔn)確計(jì)算溫度應(yīng)力的影響，便會(huì)增加箱梁腹板開裂的可能性。

1.2 施工方面

（1）關(guān)鍵工序施工把控不嚴(yán)。一方面，混凝土澆筑時(shí)質(zhì)量把控不嚴(yán)，如受環(huán)境溫度影響、配比不合理、外加劑比例不當(dāng)、混凝土澆筑與振搗作業(yè)不規(guī)范、后期養(yǎng)護(hù)不到位等，都會(huì)使腹板處混凝土出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。另一方面，預(yù)應(yīng)力損失的存在，使得實(shí)際預(yù)應(yīng)力與預(yù)期值存在偏差，進(jìn)而導(dǎo)致了腹板裂縫的生成。其中，根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力出現(xiàn)損失的時(shí)間不同可將預(yù)應(yīng)力損失分為瞬間損失與長(zhǎng)期損失。瞬間損失主要分為孔道摩擦損失、錨固損失以及混凝土彈性壓縮損失等，長(zhǎng)期損失主要分為預(yù)應(yīng)力筋松弛損失、混凝土收縮及混凝土徐變損失等。導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的原因主要是預(yù)應(yīng)力箱梁鋼筋繁多復(fù)雜，作業(yè)難度大，尤其是箱梁齒板、腹板以及底板等交界位置的梗掖截面位置，鋼筋分布更為密集，一旦鋼筋施工質(zhì)量把控不嚴(yán)就會(huì)導(dǎo)致腹板開裂。另外，箱梁預(yù)應(yīng)力孔道分布多而復(fù)雜，如若孔道定位不精準(zhǔn)、偏差大，就會(huì)為腹板開裂埋下隱患。同時(shí)，張拉時(shí)未考慮后期混凝土徐變的影響，從而導(dǎo)致后期使用時(shí)橋跨下?lián)线^大而引發(fā)腹板裂縫。

（2）縱向預(yù)應(yīng)力把控不到位。預(yù)應(yīng)力箱梁的縱向預(yù)應(yīng)力施加值相比預(yù)期值偏低，也是造成箱梁腹板裂縫的其中因素之一。主要是由于現(xiàn)階段箱梁縱向預(yù)應(yīng)力多是采取大噸位群錨整體張拉，而在實(shí)際的張拉施工中，因初應(yīng)力的調(diào)整費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且操作困難，所以作業(yè)人員未依照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50－2011）中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的初應(yīng)力調(diào)整，而是直接進(jìn)行正式的張拉作業(yè)，從而使得張拉并錨固后，各個(gè)鋼絞線普遍存在不同程度的錨下應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際預(yù)應(yīng)力與預(yù)期值存在一定偏差。

（3）豎向預(yù)應(yīng)力損失過大。箱梁腹板的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋多采用具有較高強(qiáng)度且工藝簡(jiǎn)單的精軋螺紋鋼筋，然而實(shí)際施工中，其通常會(huì)因多種因素的影響而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)較大損失或失效，從而使實(shí)際永存比預(yù)估值低，致使豎向預(yù)應(yīng)力筋無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的效用而在腹板處發(fā)生主拉應(yīng)力裂縫。而導(dǎo)致這一裂縫主要是由于豎向預(yù)應(yīng)力施工操作失誤，使得混凝土澆筑后預(yù)應(yīng)力筋與錨墊板不垂直，或張拉作業(yè)時(shí)不規(guī)范操作以致千斤頂、拉桿與預(yù)應(yīng)力筋的中心未保持同一水平線，或后期錨固時(shí)未將螺帽予以充分?jǐn)Q緊，以及超張拉與二次張拉的間隔時(shí)間、張拉時(shí)機(jī)把控不到位，使得腹板未盡早形成懸臂預(yù)應(yīng)力與豎向預(yù)應(yīng)力雙向受壓持衡的狀態(tài)，從而導(dǎo)致腹板因懸臂活載的作用形成開裂的暗傷。上述這些因素均會(huì)導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力因出現(xiàn)較大損失而不滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而造成箱梁腹板出現(xiàn)裂縫。

1.3 維養(yǎng)方面

箱梁后期使用環(huán)節(jié)的養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，以及運(yùn)營(yíng)期間的長(zhǎng)期超載超限等，都是導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力箱梁產(chǎn)生病害的原因。而汽車超載產(chǎn)生的活載會(huì)不斷傳遞，進(jìn)而使箱梁腹板生成裂縫。

2 預(yù)應(yīng)力箱梁梁端腹板裂縫的防控舉措

2.1 科學(xué)設(shè)計(jì)

（1）科學(xué)開展預(yù)應(yīng)力計(jì)算。預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，可采取整體與局部相結(jié)合的方式進(jìn)行計(jì)算。例如，首先利用平面桿系有限元程序分析箱梁結(jié)構(gòu)的整體受力情況，然后利用三維空間有限元分析箱梁結(jié)構(gòu)的局部受力情況。如此一來(lái)，不僅能節(jié)省結(jié)構(gòu)受力分析的用時(shí)，而且能夠有效規(guī)避局部預(yù)應(yīng)力分析誤差而造成的腹板開裂。

（2）準(zhǔn)確分析豎向預(yù)應(yīng)力損失。在進(jìn)行箱梁腹板受力分析時(shí)，對(duì)于豎向預(yù)應(yīng)力筋的彈性壓縮損失可采用有限元程序進(jìn)行分析，得出腹板位置豎向預(yù)應(yīng)力筋受分批張拉的影響情況；然后將預(yù)應(yīng)力箱梁腹板簡(jiǎn)化為彈性力學(xué)中的半無(wú)限體模型，并與有限元計(jì)算所得結(jié)果予以結(jié)合得出腹板豎向預(yù)應(yīng)力損失的解析公式。

（3）合理設(shè)定腹板厚度。兩側(cè)腹板厚度的差異直接影響預(yù)應(yīng)力箱梁主拉應(yīng)力，因此在設(shè)計(jì)階段對(duì)截面腹板的厚度予以慎重處理，同時(shí)要盡量選擇較為緩和的變化形式。另外，在箱梁腹板設(shè)計(jì)時(shí)，防止腹板厚度過薄而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力筋與鋼筋布置不合理，對(duì)此，須確保腹板厚度不僅要滿足縱向預(yù)應(yīng)力筋的布置要求，還要有充足的空間能夠進(jìn)行普通鋼筋的布置。

（4）巧妙應(yīng)對(duì)溫度應(yīng)力影響。若腹板與底板厚度不同，則須對(duì)兩者相交位置處的梗掖截面形式予以優(yōu)化，并合理布置一定量的構(gòu)造鋼筋，以有效規(guī)避溫度梯度以及混凝土收縮、徐變等的不良影響而造成的腹板裂縫。同時(shí)，準(zhǔn)確估算與考慮溫度梯度以及混凝土收縮、徐變等對(duì)箱梁腹板開裂的影響，并合理運(yùn)用軟件予以準(zhǔn)確模擬以防止腹板開裂。

2.2 規(guī)范施工

加強(qiáng)箱梁施工質(zhì)量的管控，對(duì)于防止箱梁腹板裂縫十分關(guān)鍵。對(duì)此，必須嚴(yán)格按照如下要求進(jìn)行施工質(zhì)量的管控：（1）在鋼筋加工制作以及安裝環(huán)節(jié)務(wù)須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，并嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求實(shí)施作業(yè)。（2）做好預(yù)應(yīng)力管道的定位工作，并按要求控制管道安裝的質(zhì)量，確保整體線形流暢、無(wú)突折。（3）在模板的安裝作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量選擇大塊模板，以有效保證模板的強(qiáng)度與剛度。（4）注重混凝土澆筑與振搗環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，合理安排澆筑順序，嚴(yán)格把控澆筑時(shí)間差，并加強(qiáng)后期振搗與養(yǎng)護(hù)，以有效提升混凝土施工的質(zhì)量。

與此同時(shí)，預(yù)應(yīng)力張拉施工中，還需做好如下幾點(diǎn)的把控：

（1）減少施工中的應(yīng)力損失。首先，嚴(yán)把預(yù)應(yīng)力孔道質(zhì)量，確保精準(zhǔn)定位、孔道流暢，盡量選擇較小摩擦系數(shù)的管道，且嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)進(jìn)行線性設(shè)計(jì)，減少轉(zhuǎn)彎和突折等情況；其次，適當(dāng)采取超張拉或優(yōu)先選擇變形值較小的錨具，從而有效減少錨具變形而造成的應(yīng)力損失；再次，對(duì)于混凝土彈性壓縮損失，可適當(dāng)延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)間，進(jìn)行短暫超張拉并返回至規(guī)定張拉值，使彈性壓縮到位；最后，對(duì)于后期混凝土收縮、徐變引起的損失，除需進(jìn)行合理的混凝土配比外，還可通過超張拉法減少預(yù)應(yīng)力損失，同時(shí)預(yù)應(yīng)力筋松弛而導(dǎo)致的損失，也可采用超張拉減少損失。

（2）加強(qiáng)縱向預(yù)應(yīng)力的施工管控?？v向預(yù)應(yīng)力張拉后，對(duì)大噸位群錨予以補(bǔ)張拉，并按規(guī)范要求進(jìn)行初應(yīng)力的調(diào)整，以有效提升每根鋼絞線受力的均勻性，進(jìn)而確保張拉錨固后各鋼絞線的錨下應(yīng)力保持均衡。

（3）嚴(yán)抓豎向預(yù)應(yīng)力的損失控制。首先，“兩平一直”與“三軸同心”。預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格把控錨墊板傾角偏差，使錨墊板面與預(yù)應(yīng)力筋相互垂直，并確保千斤頂、拉桿、預(yù)應(yīng)力筋三軸同心，對(duì)于未在同一水平線須重新調(diào)整或安裝。其次，緊固螺帽。豎向預(yù)應(yīng)力張拉并滿足錨固要求后，嚴(yán)格依照要求使用標(biāo)定后的扭矩扳手予以錨固擰緊操作。另外，超張拉。豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，可先進(jìn)行超張拉，從而降低錨固與鋼筋松弛而導(dǎo)致的應(yīng)力損失，需要注意的是，超張拉時(shí)應(yīng)對(duì)其最大應(yīng)力予以把控，在滿足要求的前提下，防止出現(xiàn)屈服破壞。再次，二次張拉。合理采用二次張拉，能夠有效減小鋼筋松弛與混凝土徐變而造成的應(yīng)力損失，在此過程中須對(duì)兩次張拉的間隔時(shí)間予以嚴(yán)格控制。最后，準(zhǔn)確把握張拉時(shí)間。合理選擇張拉時(shí)間，能夠有效規(guī)避箱梁腹板豎向應(yīng)力分布不均的劣勢(shì)，規(guī)避應(yīng)力空白區(qū)，防止受力不均而導(dǎo)致腹板開裂。

2.3 勤于維養(yǎng)

橋梁運(yùn)營(yíng)使用過程中務(wù)須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，禁止超載運(yùn)行，并定期檢查橋梁結(jié)構(gòu)的使用情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即處理，從而使橋梁隨時(shí)保持良好的狀態(tài)運(yùn)營(yíng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

梁端腹板的不同程度開裂作為眾多尚處于運(yùn)營(yíng)使用階段的預(yù)應(yīng)力箱梁所最為常見的質(zhì)量問題之一，倘若未事先予以妥善預(yù)防或在出現(xiàn)之后未及時(shí)予以妥當(dāng)處治，則極易致使箱梁出現(xiàn)下?lián)隙瘸?、結(jié)構(gòu)性能變差等嚴(yán)重后果。因此，相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工、維養(yǎng)人員在箱梁的設(shè)計(jì)之時(shí)、建設(shè)之中、后期維養(yǎng)各個(gè)階段，務(wù)必要細(xì)心專注、謹(jǐn)慎負(fù)責(zé)，全力將己方“分內(nèi)之事”處置妥當(dāng)，且須具備“先見之明”善于事先發(fā)覺問題隱患，并能及時(shí)采取妥當(dāng)應(yīng)對(duì)舉措將問題隱患“止于萌芽”，進(jìn)而為預(yù)應(yīng)力箱梁的安全持久使用保駕護(hù)航。