铁路箱涵砼裂缝原因分析及控制措施

龚宇平 上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

铁路箱涵砼裂缝原因分析及控制措施

龚宇平 上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

阐述砼裂缝以及由于施工可能引起箱涵产生裂缝的原因，并以新长线某里程段框架桥出现裂缝情况为例，分析裂缝产生原因，提出以后在施工中如何有效控制裂缝产生。

框架桥；裂缝；混凝土施工；温度

1 概述

随着铁路运输速度的提高，铁路线路大量的平交道口改为立交涵形式。在立交涵形式中有下穿和上跨两种。由于下穿框架桥结构简单、投资较少，因而较多的被采用。就目前发展趋势，框架桥的设计已向大孔径、多跨度的方向发展。尤其是在城市附近的框架桥，为满足运输科客流的需要及城市景观等方面要求，孔跨数大多为3、4孔。对于多孔、跨度较大的框架桥结构，如设计或者施工等环节考虑不周到，就容易使框架桥出现裂缝，严重的还会影响到结构的安全和使用寿命。经调查，许多已开通的下穿框架桥都存在不同程度的裂缝，尤其是雨季，许多裂缝渗水严重，造成箱涵积水，安全隐患极大。

2 混凝土裂缝种类

大体积砼内出现的裂缝按深度不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。

3 产生裂缝的主要原因

大体积砼在浇筑初期水泥产生大量水化热，内部温度迅速升高，体积膨胀，此时在凝结后的混凝土表面就会出现开裂，而新浇筑的混凝土底部虽然由于受先期混凝土的约束随即产生压应力，但在混凝土硬化后期冷却收缩时，将产生拉应力，且拉应力将大于升温膨胀产生的压应力值。当拉应力超过混凝土的极限抗拉应力时，也就会在其内部产生裂缝，并可能发展成为贯穿裂缝，对结构造成较大的危害，因此大体积混凝土施工应进行温度控制，使内部的最高温度及内表温差控制在设计要求以内，避免大体积混凝土出现裂缝。

大体积混凝土施工阶段所产的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素，由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素，结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。产生裂缝的只要原因有以下几方面：

3.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，这种热量引起结构内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5d。

3.2 外界气温变化

在施工阶段，大体积混凝土的温度随着外界气温变化而变化，特别水气温骤降，会打打增加内外层混凝土温差。温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60℃～ 65℃，并且有较长的延续时间。因此，大体积混凝土的温度控制应按照“内降外保”的原则，采取温度控制措施，防止混凝土内表温差引起的温度应力。

3.3 混凝土收缩

混凝土中月20%的水分是水泥硬化所必需的，而约80%的水分要蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，即混凝土收缩的主要原因是由于内部水蒸发而引起的。影响混凝土收缩的因素，主要有水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

4 案例分析

某框架桥位于新长线，结构为（12.25+13+13+12.25）m箱形桥，与铁路法线夹角为15°，垂直铁路方向长度为21m，高8.45m。本工程采用架设D型施工便梁顶进法施工。

图1 框架桥立面图

4.1 裂缝位置及形态

根据现场观测，箱涵浇筑完毕拆模后裂缝就已经存在。裂缝位于中墙上，均为垂直裂缝，平均4m左右有1道垂直裂缝。无渗水现象。初步判断为表面裂缝或者深层裂缝。

4.2 施工情况

箱涵浇筑时间位于冬季，混凝土为C40P8商品混凝土。配筋均按图纸施工，符合设计要求。箱涵分两次浇筑成型，第一次浇筑底板及下梗肋，第二次浇筑侧墙及顶板。箱体模板采用2.44×1.22（m）竹胶板制作。混凝土浇筑为泵送。

4.3 原因分析

箱涵在拆模后裂缝已经存在，可排除受荷载影响。结构配筋也满足要求。因此，该裂缝产生主要原因有两种：一是原材料配比是否符合设计要求，对于有抗渗性要求的混凝土粗集料、砂率、水胶比是否符合施工规范。且泵送混凝土坍落度较大，水泥用量和用水较多，容易产生收缩裂缝。

二是施过程工中的影响，该工程为冬季施工的混凝土，拆模后未采取有效内降外保措施，使得混凝土表面与环境温差较大，产生温度应力。

经现场调查，该箱涵裂缝产生在主要原因是施工影响造成。

5 控制措施

（1）配合比设计要合理，水胶比不宜过大，粗骨料用量不宜过小。

（2）严格控制砂石杂质含量及针片状含量在规范允许范围内，级配应合理，并避免使用细度大的水泥。

（3）混凝土浇筑前，对混凝土质量进行严格检查，不合格混凝土严禁模浇筑。

（4）混凝土要振捣均匀，避免出现过振现象，以防局部出现塑性收缩裂缝和干缩裂缝，并严禁用振捣棒赶料。

（5）严格控制混凝土表面温差，不得超过25℃，以避免出现表面温差裂缝。

（6）模板拆除不宜过早，以免混凝土水分大量流失形成收缩裂缝。

（7）拆模后，立即进行洒水、覆盖保温养护，防止风催日晒。混凝土表面与环境温度大于20℃时，应采取保温养护措施。

责任编辑：万宝安

来稿日期：2014-11-07