浅析连续刚构预应力混凝土裂缝的预防及控制

缪 政

1 工程概况

渝湘高速公路何家坝大桥位于重庆市酉阳县钟多镇境内,横跨一大冲沟及国道319线。该桥为双幅桥,全桥分为三联跨,跨径为(4×30)+(65+4×110+65)+(2×30),主桥为预应力混凝土变截面连续刚构箱梁。箱梁为变截面单箱单室断面,箱梁顶宽12.0 m,底宽6.5 m,箱梁高度从6.5 m到2.8 m渐变;在箱梁两端支撑处、两边跨中部分及1/4处、跨中、3/4处各设一道横隔板。

2 连续刚构预应力混凝土裂缝主要成因

2.1 C55泵送混凝土产生早期收缩裂缝的原因

1)由于C55混凝土采用高标号水泥,水泥的比表面积增大,造成水泥水化速度加快、水化热集中、需水量增大,如果处于干燥环境混凝土收缩极易产生收缩裂缝。

2)由于混凝土采用泵送,使得混凝土需要增大坍落度及增加拌和用水量、增大砂率,降低碎石用量,一方面导致混凝土抗拉性能下降;另一方面砂率增大及拌合水用量增大造成混凝土收缩应力增加,使得更容易出现收缩裂缝。

3)配合比设计中砂率、水灰比选择不当、减水剂的有效减水率不够造成混凝土和易性偏差,导致混凝土离析、泌水、保水性不好,增加收缩。

2.2 施工及养护造成的裂缝

1)混凝土浇筑的均匀性可减少裂纹裂缝的产生,尤其是泵送工艺的应用,为保证特大桥梁部重点部位混凝土质量,既要考虑施工速度,又要保证浇筑混凝土的均匀性。现场浇筑混凝土中,如振捣或插入不当,漏振、过振或振动棒抽撤过快都会影响混凝土的密实性和均匀性。2)由于水化热计算误差、现场混凝土降温及保温工作不到位,引起混凝土内部温度过高或内外温差过大,混凝土产生温度裂缝。3)高空浇筑混凝土风速过大,混凝土收缩值大;现场养护措施不到位,混凝土早期脱水,容易引起收缩裂缝。4)现场模板拆除过早或不当以及预应力张拉不当容易引起张拉裂缝。

2.3 结构应力产生的裂缝

2.3.1 块段之间横向裂缝

块段之间的横向裂缝,一般是由于块段接槎混凝土的连接强度偏低,或挂篮下沉量过大以及块段接槎不平顺造成的。

1)块段接槎混凝土的连接强度偏低,是由于混凝土表面凿毛不彻底,或新浇混凝土水分向老混凝土过多扩散水分,产生干裂裂缝。2)在混凝土浇筑过程中,挂篮下沉量过大,对已初凝混凝土造成扰动,降低接槎混凝土强度,产生裂缝。3)块段接槎不平顺,形成错台现象,形成应力集中部位,产生裂缝。

2.3.2 在1/4跨度附近斜向裂缝

由于主拉应力超过混凝土的抗拉强度,或与抗剪钢筋的布置有关,致使产生裂缝,当荷载增大时,裂缝会逐渐向受压区发展,当开裂严重时,裂缝可能沿腹板贯通。

2.3.3 腹板下弯束位置贯通裂缝

由于预应力或截面尺寸设计不合理,导致混凝土压应力过大,腹板的抗剪强度偏低,有时也与预应力筋定位不准确造成混凝土单侧偏压等施工质量有关。

2.3.4 纵向预应力锚下位置纵向贯通裂缝

由于预应力设计吨位过大或截面尺寸不合理,锚下混凝土应力过于集中造成的,也与混凝土不密实、锚下钢筋布置偏少、混凝土强度偏低有关。

2.3.5 底板纵向预应力齿板位置的腹板斜向裂缝

由于设计不合理造成,底板纵向预应力与腹板预应力布置时,形成集中力后的混凝土受拉区应力叠加,形成斜向裂缝。

2.3.6 合龙段横向收缩裂缝

混凝土收缩主要由化学收缩和干燥收缩组成。因水泥水化而产生的化学收缩较小,约为干燥收缩的1/10,因此混凝土收缩主要是干燥收缩,由于混凝土养护不到位就会在空气中失水收缩,形成沿块段接槎处的收缩裂缝。

3 连续刚构预应力混凝土裂缝的防治措施

3.1 增大空气相对湿度

增大空气相对湿度可以有效降低混凝土表面水分蒸发率,在新浇混凝土上方或周围采用喷水雾的办法来增加空气的相对湿度,是一种简便易行、费用低廉的有效措施。简易的喷雾办法可以用带针孔的塑料软管架设在新浇混凝土工地四周或上方,通过注入一定水压的水使其形成针孔喷雾。

3.2 选择适当的养护方法

在混凝土裂缝的防治工作中,加强对新浇混凝土的前期养护工作尤为重要,以保障混凝土在早期尽可能少产生裂缝。尽早开始养护并保持混凝土表面湿润,可以防止蒸发,减少收缩,保障混凝土表面水化顺利进行。对采用各种养护的新浇混凝土,争取在混凝土表面整形完成后和表面水膜消失前即开始养护,养护不能污染或损伤混凝土已成型表面,因此必须选择适当的养护方法和养护时间。

3.3 降低混凝土温度

1)用搭棚遮盖等措施使新浇混凝土免受阳光直接照射,降低混凝土的表面环境温度;2)对混凝土的各种组成材料降温,控制混凝土新拌合物温度在32℃以下;3)尽量在夜间、早上浇筑混凝土,此时温度较低,可以有效降低混凝土表面水分蒸发。

3.4 控制集料含泥量及混凝土的配合比

黏土的收缩远远大于水泥石的收缩,集料中含有少量的某些黏土会引起混凝土的高收缩性而引起开裂,因此,夏季施工更应控制集料的含泥量,选用级配良好的大粒径集料,减少水泥用量,减少水灰比,掺加防开裂材料、外加剂等,其干燥程度通常较高,尤其早期较为明显,掺合料和外加剂作为混凝土的主要组成成分,可以减少混凝土的收缩,提高混凝土的抗裂性能。

3.5 结构应力产生的裂缝控制

1)在混凝土达到强度要求后进行接槎混凝土表面凿毛,清除浮浆和松散层,增加混凝土的连接性能;在浇筑新混凝土前,对接槎面进行洒水,使其保持湿润,减少接槎面的干湿变化。2)在何家坝大桥的施工中,对阻力最大的1号～5号段腹板内外侧增加了防裂钢筋网片。为预防张拉时拉裂混凝土,施工时在锚下位置增加了5层钢筋网,同时要求锚下混凝土振捣必须密实。张拉时采用对称张拉,即箱梁腹板两侧的预应力钢绞线同时张拉、同一束钢绞线两端压力同值进行。张拉结束后24 h内进行孔道压浆,当孔道浆体达到强度后,不仅减少了预应力的损失,同时也降低了锚具的负担。3)在合龙段施工时,为防止合龙后裂缝产生,首先,对合龙段两端梁体进行对称配重,在合龙段浇筑时,根据所浇筑混凝土的量逐步减少配重;其次在混凝土浇筑前,对合龙段两端梁体齿板钢绞线进行张拉,张拉力为设计张拉力的20%,以减少合龙后张拉裂缝的产生;合龙段混凝土浇筑时严格控制浇筑温度,根据计算何家坝大桥合龙段浇筑温度选择在17℃左右,因为这时混凝土收缩徐变最小,可最大程度的降低裂缝出现。

4 结语

连续刚构桥混凝土裂缝是一个复杂的技术问题,涉及设计、施工、材料、运营等多方面,混凝土早期裂缝产生的原因复杂,各地区的影响因素也各有差异,对混凝土构造物的危害也轻重不同。因此加强对混凝土早期裂缝产生原因及防治措施的研究,因地制宜,选择适当的防治措施是避免混凝土产生裂缝的有效途径。

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[2] 徐定华,徐 敏.混凝土材料学概论[M].北京:中国标准出版社,2005.

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