预应力连续箱梁腹板斜向裂缝成因分析及控制措施

预应力连续箱梁腹板斜向裂缝成因分析及控制措施2013-06-0121:20专业分类：路桥隧道浏览数:393在桥梁施工中，连续箱梁是大跨度混凝土桥梁常用的一种形式，这种梁式结构在质量上存在的最大问题就是裂缝频繁出现，混凝土裂缝是影响结构耐久性最关键的因素。由于混凝土裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响箱梁的外观，降低箱梁使用寿命。本文就某工程高标号连续箱梁非结构裂缝产生的原因进行分析和总结，以期为类似工程提供参考。一.工程简介本工程某特大桥主桥结构布跨型式为(60+100+60)m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，主墩为27#、28#墩，分左右双幅，单幅箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系，为全预应力构件。桥宽16.25米，根部梁高5.8米，跨中及端部梁高2.5米，箱梁0号块长度为4米，腹板厚度为0.9米，腹板厚度9号块以前为0.7米，12号块以后为0.5米，10～11号块由0.7米直线变公至0.5米。该工程采用商品混凝土，混凝土标号为C55，地泵泵送施工。箱梁采取挂篮悬臂浇筑施工,各单“T”箱梁除悬臂箱梁外，分为13对梁段，箱梁纵向分段长度为8×3+5×4米,箱梁两个“T”同时对称悬臂浇筑。二.裂缝形成该桥在施工至28#墩右幅4#块小桩号时，在拆除模板后第3天发现腹板内侧出现斜向不规则裂缝，随后立刻停止对该桥的施工，分析原因并派专人跟踪观测此裂缝，发现裂缝稳定无发展。然后实施了纵向预应力张拉，张拉后裂缝亦无变化，由此判断此裂缝为局部浅层不规则发纹，于是进行正常施工。在之后的施工过程中，27#墩3#块大桩号左侧、27#墩4#块大桩号右侧、28#墩右侧5#块大桩号左右侧、28#墩5#块小桩号右侧、28#墩6#块大桩号右侧、28#墩6#块小桩号右侧等均在模板脱落后3天左右又出现类似裂缝，随组织专家进行现场分析。经对裂缝的宽度和深度进行无损检测，裂缝没有贯穿，深度最大约为150px，裂缝宽度为0.15mm-0.45mm。裂缝有一定的规律性，一是出现在拆除内模后出现（不排除拆模前已产生，很细微没有被发现）；二是位置都在腹板且斜向外侧，基本在波纹管位置附近，且在跨度方向均匀分布，在腹板两侧基本对称分布；三是在张拉纵向预应力之后裂缝无进一步发展。三.腹板裂缝成因分析从裂缝产生原因来分，裂缝主要包括结构裂缝和非结构裂缝。从检测结果来看，以上裂缝均在拆模之后出现，在此期间结构无任何受力，因此可以判断这些裂缝为非结构裂缝，从而排除是由于结构受力而产生的裂纹。这个阶段可能导致结构发生变形的因素有：挂篮变形、温度、砼浇筑顺序、商品混凝土、养生、内模拆模早、结构配筋、环境等。当这些因素导致的变形受到外界约束或不协调变形时，结构内部就会产生拉应力，当拉应力超过抗拉强度后便会产生裂缝。具体针对本桥，该桥采用商品混凝土，从开始浇筑到产生裂缝，由于许多因素是交织在一起的,很难明确区分某条裂缝具体是由哪种因素引起的，可能导致结构内部出现拉应力的变形主要有以下五种情况：商品混凝土质量、施工温差大、内模拆模过早、梁体养生不到位、腹板波纹管位置布筋不足。1.商品混凝土质量混凝土浇捣过程中,特别是夏季高温、空气相对湿度较小时,由于混凝土表面水分急剧蒸发,形成很大的混凝土内外湿度梯度,混凝土表面在很大的拉应力下被拉裂,特别是混凝土截面薄弱处极易普遍出现裂缝.商品混凝土施工时对环境湿度的要求要比传统现场搅拌混凝土高的多,养护时间也要大大提前。影响商品混凝土干缩的因素主要有:(1)水泥用量太高会加剧收缩.(2)砂、石材料中含泥量增大也会加剧收缩.(3)坍落度大的混凝土产生干缩的可能性较大.(4)掺加缓凝型外加剂由于延缓了混凝土的凝结时间,因而会增大干缩的可能性.2、施工温差大通过查看施工日志，混凝土节块浇筑完成时间均为晚上，经历了夜晚、中午等一天中温度最高和最低峰时，早晚温差大，水泥水化和环境温度变化的共同作用使砼内外部产生温差，砼内部不受或者少受环境温度变化影响，表面受环境温度变化影响则产生裂缝。影响温度裂缝的因素有:（1）水泥品种和混凝土掺合料由于粉煤灰、矿粉在水泥中水化速度较慢,与硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相比,粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥均有比较低的水化热,混凝土温峰出现的时间摧迟,所以用这些品种的水泥所配制的混凝土,产生温度裂缝的倾向比用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥所配制的混凝土的低.与不掺掺合料的混凝土相比,掺合了粉煤灰等活性掺合料的混凝土的温升开裂程度也能够降低。（2）混凝土结构体的体积混凝土结构体体积越大,一般其表面系数越小则散失出去的热量的比例越小,相应地混凝土内部温度越高。（3）环境温度评价混凝土发生温度开裂可能性大小的主要指标是考察混凝土的内外温度差,环境温度越低,混凝土内外温差越大,发生温度开裂的危险性也越大。3、内模拆模早由于本工程施工工期紧，为加快施工进度，拆模时间基本都是浇筑完混凝土第二天，此时混凝土水化热所产生的热量处于峰值状态，拆除模板后，混凝土表面的温度急剧下降，从而导致内外温差较大产生拉应力而导致混凝土开裂。4、梁体养生不到位混凝土养生包括湿度和温度两个方面。养生不仅仅只考虑浇水，而不考虑混凝土温度变化，是一种传统认识上的误区。在箱梁拆除模板后，由于混凝土表面与内部的湿度和温度均不同，板的临空面水分散发快、混凝土收缩发展快，而在混凝土内部水分散发慢、混凝土收缩发展慢，从而导致混凝土内部出现拉应力。内部后期湿度一般能稳定在一定范围内，而外部湿度变化明显，内外存在明显的湿度差，从而导致混凝土内外收缩出现明显差异。5、腹板波纹管位置布筋不足对桥上所有裂缝进行统计分析，发现裂缝具有一定规律性，基本都是沿着腹板波纹管位置走向，从而判断可能是混凝土受温度及其他原因产生拉应力时，波纹管位置截面尺寸相对较小，最为薄弱较易拉裂，可通过波纹管附近局部加强有效控制。四、裂缝控制措施1．材料选择和混凝土配合比设计方面（1）根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。（2）选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。（3）积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。（4）正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。（5）配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。2．现场操作方面（1）浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。（2）混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，主要是控制好构件的湿润养护。对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14~28天。（3）混凝土的降温和保温工作：对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，适当控制拆模时间，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。（4）避免在雨中或大风中浇灌混凝土。（5）夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。（6）对腹板波纹管位置用钢筋进行局部加强。五、结语预应力连续箱梁由于混泥土标号高、水泥用量大、施工时间长，加之预应力管道密集等因素，裂缝出现较为普遍，本文分析了预应力混凝土连续箱梁非结构裂缝的成因及预防裂缝产生的措施。根据笔者在混凝土连续梁悬臂浇筑施工的实践表明，裂缝预防措施及处理措施是有效的，希望能够对以后类似工程起到借鉴作用。