预制预应力混凝土方桩产生裂缝原因与对策措施

王良忠

【摘要】预制预应力钢筋混凝土方桩时，桩身表面出现各种裂缝，严重影响方桩内在和外观质量，大大降低了桩基的耐久性，给工程带来隐患。本文重点分析了裂缝产生的原因、解决措施和对策。

【关键词】 收缩； 温度； 裂缝； 对策

预制预应力钢筋混凝土方桩时，桩身的局部表面，往往出现收缩裂缝、横向、纵向及环向裂缝，甚至出现贯穿裂缝等现象。

1 原因分析

预制预应力钢筋混凝土方桩产生裂缝的原因是多方面的，归纳起来一是混凝土在硬化过程中受各种因素影响而产生的变形，这类变形会使混凝土桩出现拉应力从而引起开裂； 二是在施工过程中，对施工工艺控制不严和操作中存在问题，会引起桩身表面开裂，甚至产生贯穿裂缝。

1.1 混凝土硬化过程中产生裂缝的原因

钢筋混凝土方桩，在硬化过程中产生的变形主要有湿胀收缩变形、温度变形和自身体积徐变3种。

（1） 混凝土的收缩变形主要是由于混凝土中水泥、砂浆等的收缩引起的。由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形结果的不同，混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体收缩越大，收缩裂缝越易产生。收缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝。试验证明，混凝土的用水量每增加1%，收缩率则增大2%～3%。混凝土骨料最大粒径越小，级配越差，其收缩率越大。混凝土的收缩率通常为1.5 ×10-4，即每延米混凝土收缩0.15 mm。

（2） 温度裂缝多发生在温差变化较大地区或气温突变的时候。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，试验证明，当水泥用量在350～550 kg /m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500 kJ 的热量，使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。大量的水化热聚积在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，从而造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，实践证明，当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa 左右的拉应力。

混凝土还具有热胀冷缩的性质，其变形的大小常用热胀系数来表示。它随骨料的种类及配合比的不同而改变，一般在1.0×10- 5～1.2 ×10 -5 /℃之间。若取1.0 ×10-5 /℃，即温度升降1℃ 时，每米胀缩为0.01 mm。当温度升降10℃时，桩长15 m，桩身就要伸缩1.5 mm。

（3） 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化而引起自身体积徐变。水化生成物的绝对体积不等于水泥加水的绝对体积，自身体积徐变是不能恢复的，故需要在施工中对所需的原材料、施工工艺采取相应的措施。

1.2 施工中导致裂缝的原因

钢筋混凝土方桩混凝土的施工工艺和操作中存在着各种问题。

（1） 混凝土的拌和用水量往往受设备故障、计量偏差、操作者的责任心及天气等因素的影响，与要求的配合比不一致，造成用水量偏差。

（2） 浇筑混凝土时遇到天气突变，气温陡升、陡降，加上保温措施不及时，造成桩身温度受到较大影响，产生温度变形。

（3） 钢筋混凝土方桩与其它预制构件不同，由于桩身细长的特性，决定了桩对温度等外在环境的变化较其它预制构件要敏感得多。混凝土的强度是随水泥的水化而逐渐增长的，在温暖潮湿的环境中有利于强度的持续发展。若处于干燥的环境中，水化作用趋于停止。因此加强混凝土浇筑后的28d 养护，尤其是前1～15d是十分必要的，可以确保混凝土的强度。

（4） 钢筋保护层厚度偏小造成的影响。钢筋笼尺寸误差较大、偏位以及模板高度不足，长台座底板由于地基不均匀下沉造成底板变形，空心胶囊的上浮等都影响到钢筋的保护层厚度。当保护层厚度小于2～3cm 时，桩表面极易出现横向与纵向裂缝。

（5） 胶囊因周转使用次数多而损坏或质量不好造成漏气、补气不及时、气压控制不稳或钢筋笼绑扎不牢固，常易出现纵向皱褶和裂缝，如果在抹面时再不用力压实、抹面次数少，不能在混凝土硬化前将产生的皱褶和裂缝消除，将留下隐患。

（6） 混凝土外加剂选型不好，以及混凝土适应性差、质量不够稳定、计量不准、搅拌时间不够、搅拌不匀，掺量不当都将造成桩强度发展不匀而出现裂缝。

2 对策措施

（1） 严格控制原材料，尤其是水泥与骨料的质量，选用级配好的砂石骨料，严格控制水灰比及混凝土用水量； 检查原材料的称量系统，是解决钢筋混凝土方桩裂缝的基本措施。

（2） 采用土工布覆盖浇水养护钢筋混凝土方桩，是解决桩身裂缝的有效措施。实践证明，采用保水性好的土工布进行养护效果很好，既易保水又易保温，经济上又适合大批量桩的养护。据初步统计，土工布使用时间达到2a以上，周转次数在300次以上。需要注意的几点是：

1） 待混凝土初凝，立即用潮湿土工布覆盖。

2） 土工布覆盖不得少于18h，且一直要保持潮湿。

3） 温度变化比较大时，要双层覆盖或加盖塑料薄膜。当天气炎热气温较高时，要增加淋水次数以保证土工布潮湿。

4） 一般宜用双层土工布覆盖，并保持潮湿。当气温降低时覆盖时间要相应延长，一般来说，在10℃以下，36～48h为宜。

（3） 在浇筑混凝土时，尽可能降低入模混凝土的温度。预应力钢筋张拉操作应尽可能控制在日平均气温前后，特别要控制混凝土与钢筋产生握裹力时的温度，以减少混凝土的温度变形。张拉时，要保证钢筋受力均衡，以免产生偏心力。

（4） 当台座底模板不平时要及时调平，确保其平整。对侧模板要经常检查，严格控制混凝土保护层的厚度，不得小于设计要求。

（5） 充气胶囊内气压一定要保持稳定，胶囊漏气要及时修补。如有些小孔不易被发现时，可采取补气方法来保持气压稳定。

（6） 混凝土浇筑后，根据天气的温度情况，一般控制在8～12h左右进行拆除侧钢模板。以防混凝土的变形所引起开裂。

（7） 在立钢模板前，对钢模板的底模、侧模的内侧必须涂脱模剂，脱模剂可采用石蜡、柴油、机油的混合体，具体比例底模为2：1：10，侧模为2：1：17，随着气温的变化，酌情减少石蜡的用量 。

（8） 混凝土具有热胀冷缩的性质，在底模钢板上应设置留有可以自由伸缩的伸缩缝。每间隔10～15m 设置1处伸缩缝，伸缩缝宽5～10mm，并贴上止浆橡胶条，以防漏浆，使混凝土可以自由伸缩避免产生裂缝。

（9） 混凝土表面抹面。一是要及时，二是要压实，不能使混凝土在硬化后留有裂缝。一般抹面要进行2～3 次以上，最后一次要在混凝土硬化前进行，特别是掺外加剂的混凝土，要在内部硬化后而不是表面有硬皮时进行抹面。

（10） 做好混凝土外加剂和外掺料的选择与试验工作。选用与水泥适应性好的、质量稳定的外加剂，对外加剂、外掺料的计量一定要准确，搅拌要均匀，避免掺量过大而造成局部混凝土出现早凝或緩凝现象。

（11） 加强施工过程中混凝土的振捣工艺管理与控制。掌握并严格执行振捣器施工要领，如垂直插入，快插、慢拔，"三不靠"等，避免漏振、过振。

（12） 加强预制构件运输、存放管理。构件混凝土强度达到设计强度的75%后才可转堆存放。选用的起吊设备性能良好、起吊能力足够，吊点位置正确，吊点保护要到位。

3 结语

经过不断摸索、改进，在预制预应力钢筋混凝土方桩的施工操作中，落实了上述措施后，可以有效的改善桩身表面产生各种裂缝。

参考文献：

[1] 王铁梦，工程结构裂缝控制[M]北京： 中国建筑工业出版社， 1997，17-61.

[2] 杨静、阎培渝，建筑材料[M]2 版 北京： 中国水利电力出版社，2008，132-138.