1 概述
近幾年來，先張預應力空心板、預應力混凝土梁在高等級公路建設中發展很快，特別是跨徑在10m～20m以內的簡支梁先張預應力空心板和跨徑在20m～40m的預應力混凝土梁與其他形式的結構相比，具有使用年限長、變形小、造價低、施工方便等優點，因此有著極強的競爭力，采用相當普遍。有些板梁在施工中存在不同程度的開裂，以至增加養護、維修費用，縮短橋梁使用壽命。產生裂縫的原因除了混凝土、鋼筋存在質量缺陷外，還與板梁設計環節、施工質量、氣候環境等外界因素有關。本文主要結合近幾年的工作實踐，對其裂縫成因及其防治，與同行們共同探討。
2 預應力混凝土板梁裂縫內部成因分析
2.1 內應力
在混凝土構件中溫度、收縮與徐變都會導致內應力，此為不同纖維中的約束應變所致，在超靜定結構中任何這種差別將引起外約束力，由于這些約束力引起的應力超過混凝土的抗拉強度而產生裂縫，橋梁上許多裂縫都受此影響產生。
2.2 普通鋼筋用量不當
設計時由于普通鋼筋用量或間距不足，致使裂縫寬度不能保持在允許范圍之內，但也可能普通鋼筋在混凝土局部用量過大或間距過密鋼筋阻止混凝土正常凝固收縮而產生裂縫，這兩種情況主要發生在早期開裂。
2.3 薄厚構件的連接
將一薄一厚的混凝土部件相連總是危險的，薄部件與厚部件相比易受到溫度、收縮和徐變等的影響而使薄部件更易開裂。
2.4 水泥的水化熱作用
混凝土在拌和、運輸、振搗、凝結、硬化的過程中，水泥與水發生水化反應。水化過程中釋放出大量的熱能，水化反應有兩次升溫和兩次降溫過程，內部溫度升高，而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝土內部體積膨脹，降溫使混凝土表面收縮，膨脹時混凝土內部產生壓應力，收縮時混凝土表面產生拉應力，當壓應力和拉應力超過其抗壓強度和抗拉強度時，梁板表面將發生裂縫現象。
2.5 礦物成分與水起水化反應
水泥與水接觸后，其礦物成分與水起水化反應生成水化物，水化物的體積是水泥的2倍多，同時水化物的生成在混凝土中產生大量的熱量，當內外差形成時，裂縫便形成。
2.6 堿骨料反應
在我們施工中，多數為硅酸鹽骨料，是活性集料中含有無定型氧化硅成分，或在堿環境下石料本身會產生膨脹，當混凝土拌和后，水泥中的堿不斷溶解，這時堿液與活性骨料的硅酸鹽物質產生化學反應，析出膠狀的堿－硅膠，膠從周圍介質中吸取水分而發生的拉應力超過其抗拉強度時，將會出現裂縫。
2.7 混凝土的干縮作用
混凝土在凝結、硬化過程中，僅很少一部分水分參加水化反應，而大部分水分逐漸蒸發，使混凝土體積產生干縮變形。由于水泥漿形成水泥石，其極限干縮接近3000微應變。干縮作用使混凝土內產生不同程度的拉應力。由于混凝土硬化初期抗拉強度小，如果干縮產生的拉應力超過其抗拉強度時，將會出現裂縫現象。
3 預應力混凝土板梁裂縫外部成因分析
3.1 混凝土局部應力過大
預應力筋錨墊板下會產生很大的局部應力，周圍混凝土易產生細微裂縫，此裂縫危害較小，但錨墊板下混凝土如不密實或養生不夠則易產生較大裂縫，危害較大。
3.2 主要受力鋼筋數量不足
設計或施工時預應力鋼筋不足，鋼索線形布置有誤差，致使受拉區變形過大，混凝土拉應力超過其抗拉強度而產生裂縫。
3.3 混凝土配比不合理
預應力板梁混凝土設計標號較高，20m跨徑以上約為50號，10m、13m和16m跨徑為40號較好。在混凝土配比設計時，一般施工人員偏于保守，水泥用量超過高限，特別是在新的混凝土評定標準提高后，其水泥用量較以前增加了5%左右，由于水泥用量的增加使混凝土凝結縮量大，造成表面產生裂縫。
3.4 水灰比過大
在拌制混凝土過程中，有的拌和設備計量不準，特別是用水量控制不準，隨意性較大，由于水灰比過大而自下造成離析現象，其結果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振搗后水泥漿上浮到板頂，從而使混凝土強度不均勻，下部分強度大，頂板強度低，混凝土強度較弱區往往是裂縫容易發生的部位。底板浮漿過多發生收縮現象較為明顯，在每根箍筋處頂板橫向裂縫隙較為嚴重。
3.5 砂、石料含泥量超限
在施工過程中，有時砂、石料含泥量超限，這樣它們與水泥之間的膠結力有所下降，造成混凝土的強度和抗滲性降低并且產生網狀裂縫。
3.6 內模膠囊上浮
預應力空心板在混凝土澆筑過程中，混凝土對膠囊有較大的浮力，如果膠囊固定不牢，就會發生膠囊上浮現象，造成頂板厚度減小，這種情況也極易造成裂縫。
3.7 抽拔膠囊過早
空心板抽拔膠囊的時間與養護溫度和混凝土的質量有關，一般控制混凝土強度達到0.6MPa～0.8MPa時為宜。抽拔過早會出現“粘皮”現象，對混凝土質量有影響，當頂板厚度減小或是頂板浮漿過厚時，裂縫容易發生，這種原因出現的裂縫多為縱橫裂縫。
3.8 保護厚度不均勻
在鋼筋成型時，有時尺寸控制不準確，造成空心板頂板和主梁翼緣上下部保護層過小或過大，這種情況下也常常出現裂縫。
3.9 內模變形
空心板內模膠因為制造質量或在施工中有所損壞，造成混凝土澆筑過程中漏氣，氣壓降低；箱梁內模變形，在混凝土幾乎沒有強度的情況下，頂板混凝土將發生下陷，造成難以補救的事故。
3.10 側模拆除時間過早
在混凝土抗壓強度達不到2.5Mpa時，拆除側模板，由于操作時發生震動，側面常常出現較窄的豎向裂縫。
3.11 預埋鋼筋被碰撞
當混凝土抗壓強度很低時，在養生或操作中，碰撞板梁頂預埋鋼筋，這時混凝土基本沒有抵抗外力的能力，從而發生裂縫。
3.12 氣溫變化大
裂縫容易發生在溫差變化大的季節，氣溫的急劇變化或大風造成混凝土表面急劇冷縮或干縮，從而增大了混凝土表面的拉應力，加快了混凝土早期裂縫的形成。
3.13 養生不及時
混凝土施工完畢后，沒有適時很好地養護，混凝土表面水分蒸發過快，從而形成干縮裂縫。外界溫度在5℃以下時，如果不及時覆蓋保溫材料，也容易出現裂縫。
3.14 墩臺下沉和落架過早
墩臺不均勻下沉或梁底支架拆除過早造成梁的撓度變形過大，在超靜定結構中造成橋墩支承點處較大內應力，頂部混凝土拉應力超過抗拉應力，出現較大裂縫，對橋梁危害性較大。
4 裂縫防治及措施
4.1 設計中普通鋼筋的合理配置
設計人員在結構計算之后詳細檢查細節設計，特別是力筋和鋼筋布置必須符合合理的保護層和間距數值的要求，不要試圖減薄腹板和板的厚度來節省材料。
4.2 薄厚構件的連接設計
薄厚構件連接處設計時要盡可能使兩構件厚度一致，同時還要合理配置連結鋼筋，施工時盡量不要采用兩次澆筑。
4.3 控制梁根部變形
超靜定結構墩臺基礎底地基易產生不均勻下沉，如地質狀況不好或不易改造，則應選用其他靜定結構。梁底支架不可過早拆除造成梁的撓度變形過大，多孔橋應同時對稱落架。
4.4 合理進行混凝土配合比設計
在混凝土配合比設計中，不要為了提高保證率而過多地增加水泥用量，在滿足混凝土坍落度要求的前提下，盡量采取可靠的減水劑，合理調整配合比，降低水泥與水的用量，以減少混凝土的凝結收縮量。
4.5 嚴格控制原材料
按照質量要求，嚴格進行選料，對不符合要求的砂、石料和水泥不許進場，對含泥量較大的骨料要用水沖洗，嚴禁使用過期和不同標號水泥，盡量采用發熱量及收縮量較小的水泥。
4.6 選擇好的天氣澆筑混凝土并應連續進行
注意天氣預報，盡量選擇較好的天氣澆筑空心板，盡量避開下雨和溫差較大的天氣澆筑。在夏天澆筑混凝土不宜在白天進行，在冬季宜在溫度較高的時間澆筑混凝土，并要采取冬季施工措施。嚴禁在澆筑空心板過程中間斷施工，底板混凝土振平以后，應立即放內模并澆筑第二層混凝土，盡量縮短施工縫處上下兩部分混凝土的施工時間差，確保混凝土澆筑的連續性。
4.7 適時收漿二次抹平
混凝土在初凝前往往會出現裂縫，這時應及時收漿二次抹平，這樣處理一是增加了混凝土表面的密度，二是使混凝土表面產生的裂縫愈合，這是消除早期裂縫最有效的措施。
4.8 嚴格檢查膠囊漏氣，防止膠囊上浮
對使用的膠囊要經常打壓檢查，發現漏氣者應及時修補。定位下料要準確，生根要牢固，一般因定在鋼絞線上為好，防止膠囊上浮，出現頂板厚度小，最終引起早期裂縫。
4.9 加強混凝土養生
混凝土澆筑完畢，及時蓋草或塑料膜，并經常灑水使之保持濕潤。氣溫低于10℃，要加保溫材料，進入冬季應采用蒸氣養生。在早期養生時不要碰預留膠縫筋，更不要在上行走。
4.10 嚴格控制拆模時間
抽內模的時間要根據現場混凝土強度而定，最好通過試塊來確定，嚴禁過早拆除內模、側模，要待混凝土達到一定強度后，方可拆除。
4.11 裂縫的維修、加固措施
a)早期裂縫一般不必處理，但裂縫寬度較大和深度較深時，應做些處理，對較嚴重的裂縫可以鑿成三角槽，用環氧樹脂砂漿修補；
b)裂縫嚴重時可在裂縫內注入環氧樹脂漿液加固；
c)用環氧樹脂砂漿黏結鋼板于裂縫處加固或先在裂縫內注入環氧樹脂漿液再用環氧樹脂黏結鋼板，二者結合起來效果更好。混凝土與鋼板一起共同受力，從而防止裂縫產生并增加承載力。向裂縫注入樹脂，可加強防水性，防止混凝土老化，以及防止內部鋼筋或預應力鋼筋銹蝕而減少使用壽命；
d）出現裂縫的板梁，最好集中在一孔上安裝，橋面鋪裝混凝土做成防水混凝土，橋面鋼筋適當增加，這樣會補救裂縫對板梁的影響。
近幾年來，先張預應力空心板、預應力混凝土梁在高等級公路建設中發展很快，特別是跨徑在10m～20m以內的簡支梁先張預應力空心板和跨徑在20m～40m的預應力混凝土梁與其他形式的結構相比，具有使用年限長、變形小、造價低、施工方便等優點，因此有著極強的競爭力，采用相當普遍。有些板梁在施工中存在不同程度的開裂，以至增加養護、維修費用，縮短橋梁使用壽命。產生裂縫的原因除了混凝土、鋼筋存在質量缺陷外，還與板梁設計環節、施工質量、氣候環境等外界因素有關。本文主要結合近幾年的工作實踐，對其裂縫成因及其防治，與同行們共同探討。
2 預應力混凝土板梁裂縫內部成因分析
2.1 內應力
在混凝土構件中溫度、收縮與徐變都會導致內應力，此為不同纖維中的約束應變所致，在超靜定結構中任何這種差別將引起外約束力，由于這些約束力引起的應力超過混凝土的抗拉強度而產生裂縫，橋梁上許多裂縫都受此影響產生。
2.2 普通鋼筋用量不當
設計時由于普通鋼筋用量或間距不足，致使裂縫寬度不能保持在允許范圍之內，但也可能普通鋼筋在混凝土局部用量過大或間距過密鋼筋阻止混凝土正常凝固收縮而產生裂縫，這兩種情況主要發生在早期開裂。
2.3 薄厚構件的連接
將一薄一厚的混凝土部件相連總是危險的，薄部件與厚部件相比易受到溫度、收縮和徐變等的影響而使薄部件更易開裂。
2.4 水泥的水化熱作用
混凝土在拌和、運輸、振搗、凝結、硬化的過程中，水泥與水發生水化反應。水化過程中釋放出大量的熱能，水化反應有兩次升溫和兩次降溫過程，內部溫度升高，而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝土內部體積膨脹，降溫使混凝土表面收縮，膨脹時混凝土內部產生壓應力，收縮時混凝土表面產生拉應力，當壓應力和拉應力超過其抗壓強度和抗拉強度時，梁板表面將發生裂縫現象。
2.5 礦物成分與水起水化反應
水泥與水接觸后，其礦物成分與水起水化反應生成水化物，水化物的體積是水泥的2倍多，同時水化物的生成在混凝土中產生大量的熱量，當內外差形成時，裂縫便形成。
2.6 堿骨料反應
在我們施工中，多數為硅酸鹽骨料，是活性集料中含有無定型氧化硅成分，或在堿環境下石料本身會產生膨脹，當混凝土拌和后，水泥中的堿不斷溶解，這時堿液與活性骨料的硅酸鹽物質產生化學反應，析出膠狀的堿－硅膠，膠從周圍介質中吸取水分而發生的拉應力超過其抗拉強度時，將會出現裂縫。
2.7 混凝土的干縮作用
混凝土在凝結、硬化過程中，僅很少一部分水分參加水化反應，而大部分水分逐漸蒸發，使混凝土體積產生干縮變形。由于水泥漿形成水泥石，其極限干縮接近3000微應變。干縮作用使混凝土內產生不同程度的拉應力。由于混凝土硬化初期抗拉強度小，如果干縮產生的拉應力超過其抗拉強度時，將會出現裂縫現象。
3 預應力混凝土板梁裂縫外部成因分析
3.1 混凝土局部應力過大
預應力筋錨墊板下會產生很大的局部應力，周圍混凝土易產生細微裂縫，此裂縫危害較小，但錨墊板下混凝土如不密實或養生不夠則易產生較大裂縫，危害較大。
3.2 主要受力鋼筋數量不足
設計或施工時預應力鋼筋不足，鋼索線形布置有誤差，致使受拉區變形過大，混凝土拉應力超過其抗拉強度而產生裂縫。
3.3 混凝土配比不合理
預應力板梁混凝土設計標號較高，20m跨徑以上約為50號，10m、13m和16m跨徑為40號較好。在混凝土配比設計時，一般施工人員偏于保守，水泥用量超過高限，特別是在新的混凝土評定標準提高后，其水泥用量較以前增加了5%左右，由于水泥用量的增加使混凝土凝結縮量大，造成表面產生裂縫。
3.4 水灰比過大
在拌制混凝土過程中，有的拌和設備計量不準，特別是用水量控制不準，隨意性較大，由于水灰比過大而自下造成離析現象，其結果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振搗后水泥漿上浮到板頂，從而使混凝土強度不均勻，下部分強度大，頂板強度低，混凝土強度較弱區往往是裂縫容易發生的部位。底板浮漿過多發生收縮現象較為明顯，在每根箍筋處頂板橫向裂縫隙較為嚴重。
3.5 砂、石料含泥量超限
在施工過程中，有時砂、石料含泥量超限，這樣它們與水泥之間的膠結力有所下降，造成混凝土的強度和抗滲性降低并且產生網狀裂縫。
3.6 內模膠囊上浮
預應力空心板在混凝土澆筑過程中，混凝土對膠囊有較大的浮力，如果膠囊固定不牢，就會發生膠囊上浮現象，造成頂板厚度減小，這種情況也極易造成裂縫。
3.7 抽拔膠囊過早
空心板抽拔膠囊的時間與養護溫度和混凝土的質量有關，一般控制混凝土強度達到0.6MPa～0.8MPa時為宜。抽拔過早會出現“粘皮”現象，對混凝土質量有影響，當頂板厚度減小或是頂板浮漿過厚時，裂縫容易發生，這種原因出現的裂縫多為縱橫裂縫。
3.8 保護厚度不均勻
在鋼筋成型時，有時尺寸控制不準確，造成空心板頂板和主梁翼緣上下部保護層過小或過大，這種情況下也常常出現裂縫。
3.9 內模變形
空心板內模膠因為制造質量或在施工中有所損壞，造成混凝土澆筑過程中漏氣，氣壓降低；箱梁內模變形，在混凝土幾乎沒有強度的情況下，頂板混凝土將發生下陷，造成難以補救的事故。
3.10 側模拆除時間過早
在混凝土抗壓強度達不到2.5Mpa時，拆除側模板，由于操作時發生震動，側面常常出現較窄的豎向裂縫。
3.11 預埋鋼筋被碰撞
當混凝土抗壓強度很低時，在養生或操作中，碰撞板梁頂預埋鋼筋，這時混凝土基本沒有抵抗外力的能力，從而發生裂縫。
3.12 氣溫變化大
裂縫容易發生在溫差變化大的季節，氣溫的急劇變化或大風造成混凝土表面急劇冷縮或干縮，從而增大了混凝土表面的拉應力，加快了混凝土早期裂縫的形成。
3.13 養生不及時
混凝土施工完畢后，沒有適時很好地養護，混凝土表面水分蒸發過快，從而形成干縮裂縫。外界溫度在5℃以下時，如果不及時覆蓋保溫材料，也容易出現裂縫。
3.14 墩臺下沉和落架過早
墩臺不均勻下沉或梁底支架拆除過早造成梁的撓度變形過大，在超靜定結構中造成橋墩支承點處較大內應力，頂部混凝土拉應力超過抗拉應力，出現較大裂縫，對橋梁危害性較大。
4 裂縫防治及措施
4.1 設計中普通鋼筋的合理配置
設計人員在結構計算之后詳細檢查細節設計，特別是力筋和鋼筋布置必須符合合理的保護層和間距數值的要求，不要試圖減薄腹板和板的厚度來節省材料。
4.2 薄厚構件的連接設計
薄厚構件連接處設計時要盡可能使兩構件厚度一致，同時還要合理配置連結鋼筋，施工時盡量不要采用兩次澆筑。
4.3 控制梁根部變形
超靜定結構墩臺基礎底地基易產生不均勻下沉，如地質狀況不好或不易改造，則應選用其他靜定結構。梁底支架不可過早拆除造成梁的撓度變形過大，多孔橋應同時對稱落架。
4.4 合理進行混凝土配合比設計
在混凝土配合比設計中，不要為了提高保證率而過多地增加水泥用量，在滿足混凝土坍落度要求的前提下，盡量采取可靠的減水劑，合理調整配合比，降低水泥與水的用量，以減少混凝土的凝結收縮量。
4.5 嚴格控制原材料
按照質量要求，嚴格進行選料，對不符合要求的砂、石料和水泥不許進場，對含泥量較大的骨料要用水沖洗，嚴禁使用過期和不同標號水泥，盡量采用發熱量及收縮量較小的水泥。
4.6 選擇好的天氣澆筑混凝土并應連續進行
注意天氣預報，盡量選擇較好的天氣澆筑空心板，盡量避開下雨和溫差較大的天氣澆筑。在夏天澆筑混凝土不宜在白天進行，在冬季宜在溫度較高的時間澆筑混凝土，并要采取冬季施工措施。嚴禁在澆筑空心板過程中間斷施工，底板混凝土振平以后，應立即放內模并澆筑第二層混凝土，盡量縮短施工縫處上下兩部分混凝土的施工時間差，確保混凝土澆筑的連續性。
4.7 適時收漿二次抹平
混凝土在初凝前往往會出現裂縫，這時應及時收漿二次抹平，這樣處理一是增加了混凝土表面的密度，二是使混凝土表面產生的裂縫愈合，這是消除早期裂縫最有效的措施。
4.8 嚴格檢查膠囊漏氣，防止膠囊上浮
對使用的膠囊要經常打壓檢查，發現漏氣者應及時修補。定位下料要準確，生根要牢固，一般因定在鋼絞線上為好，防止膠囊上浮，出現頂板厚度小，最終引起早期裂縫。
4.9 加強混凝土養生
混凝土澆筑完畢，及時蓋草或塑料膜，并經常灑水使之保持濕潤。氣溫低于10℃，要加保溫材料，進入冬季應采用蒸氣養生。在早期養生時不要碰預留膠縫筋，更不要在上行走。
4.10 嚴格控制拆模時間
抽內模的時間要根據現場混凝土強度而定，最好通過試塊來確定，嚴禁過早拆除內模、側模，要待混凝土達到一定強度后，方可拆除。
4.11 裂縫的維修、加固措施
a)早期裂縫一般不必處理，但裂縫寬度較大和深度較深時，應做些處理，對較嚴重的裂縫可以鑿成三角槽，用環氧樹脂砂漿修補；
b)裂縫嚴重時可在裂縫內注入環氧樹脂漿液加固；
c)用環氧樹脂砂漿黏結鋼板于裂縫處加固或先在裂縫內注入環氧樹脂漿液再用環氧樹脂黏結鋼板，二者結合起來效果更好。混凝土與鋼板一起共同受力，從而防止裂縫產生并增加承載力。向裂縫注入樹脂，可加強防水性，防止混凝土老化，以及防止內部鋼筋或預應力鋼筋銹蝕而減少使用壽命；
d）出現裂縫的板梁，最好集中在一孔上安裝，橋面鋪裝混凝土做成防水混凝土，橋面鋼筋適當增加，這樣會補救裂縫對板梁的影響。
