大体积混凝土梁裂缝控制技术探讨

熊太忠

（中铁二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

1 大体积混凝土梁的裂缝及其产生

桥梁工程中，对于大体积混凝土梁所出现的裂缝，按其深度不同可以分为:贯穿性裂缝、深层裂缝、表面裂缝，温度裂缝所产生的危害主要为：影响桥梁的安全与使用功能。

混凝土产生裂缝的原因很多，包括混凝土自身的因素、环境的因素、人为的因素等。混凝土自身的因素包括水泥水化放热后混凝土降温过程中产生的温度裂缝、水泥浆硬化时体积收缩所产生的硬化收缩、混凝土干燥时产生的干缩等；环境的因素包括外界的约束、外界温度升降使混凝土膨胀或收缩；人为的因素包括设计的不合理、混凝土配合比不当、材料质量不合格、施工质量差等。

水泥水化时会产生大量的热量，所释放的水化热会引起混凝土浇筑块内部温度和温度应力的剧烈变化，是混凝土产生裂缝的主要原因。造成混凝土产生自身收缩的原因主要有混凝土浇筑后至凝结前的收缩、硬化过程中的收缩。

2 大体积混凝土裂缝的控制技术探讨

2.1 混凝土材料方面

2.1.1 水泥

大体积混凝土所用水泥应采用水化热低、凝结时间长、后期强度高的水泥，大体积混凝土中严禁使用体积安定性不良的水泥，水泥安定性不稳定，水泥硬化后，会使结构产生膨胀性裂缝，影响工程质量。

2.1.2 骨料

对于大体积混凝土工程，由于抗裂度要求高，施工时宜采用碎石作为粗骨料。石子的选择可根据施工条件，尽量选用结构致密、具有足够强度、粒径较大、级配较好的石子材料，以减少用水量和水泥用量，减少混凝土的收缩和泌水性。

2.1.3 掺合料

为节约水泥，改善混凝土性能，在拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料，称为掺合料。大体积混凝土施工中，掺加适量的优质粉煤灰，可以改善混凝土的性能、减少混凝土的水化热，还可以降低工程成本。

2.1.4 外加剂

为保证大体积混凝土工程质量，提高混凝土的耐久性，混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。如掺用减水剂，可最大限度的减少水泥用量。掺用缓凝减水剂可延长混凝土的初凝时间，延迟水化放热速度和热峰值出现的时间，有利于防止裂缝的出现。

2.2 梁体的配筋控制方面

2.2.1 纵向预应力筋设置

纵向配直线束的做法既优化了设计和施工，又减少了摩阻损失，对建立纵向有效预应力有利，而剪应力需配置密排的竖向预应力束来克服。剪应力和主拉应力沿纵向是连续分布的，配直线束加密排竖向束组合，一定存在一段应力空白区。作者建议应合理布置箱形梁腹板内纵向预应力的弯束现象，让预应力提供的抗剪能力沿纵向有一个连续分布，并尽可能多地将预应力束布置在腹板内;建立起足够的纵向有效预应力和弯起束提供的竖向预应力，有效减少或消除主拉应力，减少或消除腹板裂缝。

2.2.2 竖向预应力筋设置

竖向预应力筋设置能显著地减少或消除主拉应力，但力筋太短，难以建立有效预应力，虽在施工工艺上加以改进，如采用超张拉或反复3次张拉，仍存在一些问题。经过对该桥梁的梁体做了相关方面的试验，并从测试的结果来看效果不错，但难免多少存在着人为因素，这与施工人员的素质分不开，如紧固螺母、压浆饱不饱满等。不过这从加强管理、提高工人素质和技术水平上可得到控制。

2.3 施工中裂缝控制方面

2.3.1 拌制与振捣施工

在混凝土搅拌时，采用二次投料新工艺，这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂桨界面的集中，使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强，从而可使混凝土强度提高10%左右。

在大体积混凝土基础的垂直施工缝处留缝与接缝时，均宜采用二次振捣。混凝土二次振捣的最佳时河与水泥品种、水灰比、坍落度、气温、混凝土运输距离、浇筑速度、振捣条件等有关，一般宜在混凝土浇筑后lh左右。

2.3.2 浇筑施工

在施工时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇筑，施工层之间的结合按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发。分层厚度一般控制在0.6-2.0m的范围内，具体取值根据工程情况及温度收缩应力计算来定。选择上层混凝土覆盖的适宜时间，应是在下层混凝土温度己降到一定值时，即上层混凝土温升传递到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升，根据经验，一般约取5-7天为宜。

2.3.3 温度方面的控制

在高温季节日光直射的混凝土，入仓温度比日平均气温高5℃左右，而在夜间浇筑则入仓的温度和分平均温度大致相同，所以把重要部分和易裂部位安排在夜间施工将会有较好的效果。在大体积混凝土温度、温差监测工作中引入了计算机技术，提高了监测速度与监测精度，并可进行不间断的自动监测，实现监测工作自动化。在程序编制中输入最大温差控制值，可以实施温差超值声、光自动报警，根据打印的监测数据、变化曲线可以预测温度及其变化的趋势，及时采取有效措施对混凝土的内外温差、温度陡降与内部温差进行控制。

2.4 裂缝后期的补强处理控制措施

断面锚固是最常用的锚固方式，预应力筋伸出、并直接支承于构件端面，与构件端部一起形成一种理想的锚块构造。除构件端部正常配筋，端面锚固区内配置的附加钢筋为锚垫板下的局部加强钢筋，其主要采用螺旋钢筋，也可采用空间钢筋网。理想的锚块应以螺旋钢筋形成锚下局部承压加强作用，锚具间附加适量的空间钢筋网构成整体加强作用。这种空间钢筋网是以横向钢筋为主的，主要限制锚块整体横向膨张，根据锚下应力传递规律，空间钢筋网可从螺旋中下部开始布置。

齿块锚固的加强钢筋应由两部分组成，锚固块自身加强钢筋，基本构造与端面锚块相似，但横向环齿块的钢筋应力为锚固于板内的闭合箍筋，并由网格钢筋对拉。加强钢筋布置在齿块所在处的顶板或底板内，纵向按两层分布，横向范围约两个齿块宽度，间隔布置在原板上、下层纵向分布钢筋之间。

在节段施工预应力混凝土梁顶板与底板的端面上往往需要锚固预应力筋，由于箱梁截面较大、板壁薄而宽，预加力需要沿力线方向经一定长度才能逐步扩散至全截面。在预加力逐步扩散的区段内，主压应力形成斜向扩散力线，但垂直力线的主拉应力则可能导致混凝土开裂。

3 结语

混凝土裂缝问题十分复杂，它涉及到和工程结构相关的方方面面。大体积混凝土桥梁的梁结构裂缝形成的原因，涉及设计计算、施工工艺、养护管理、材料性质、气候环境等各个方面。在大体积混凝土基础施工中，应从原材料的合理选择、配合比的科学确定、施工方法的恰当选择、加强混凝土的养护及温度监测等方面，采取相应措施控制裂缝。对混凝土的裂缝控制更是涉及到结构、建筑材料、施工、环境等多专业、多学科。随着各种新材料的不断涌现，各种检测手段的不断发展，对大面积混凝土裂缝问题的研究也在不断更新变化，裂缝的开展日益受到学术界及工程界人士的关注。

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