浅析现浇预应力混凝土箱梁裂缝产生原因及预防措施

论文导读：却是拉应力，当这些拉应力超过混凝土的允许拉应力时就会出现裂缝。因此，如果不注意混凝土内部和表面的温度差，混凝土表面与大气的温度差，过早拆除模板，就很容易发生由于水化热的温度变化梯度大和混凝土收缩共同作用而出现表面裂缝。（2）日照温差的影响由于日照辐射强度、日照时间、地理位置、桥梁方位、地形地貌等随机
摘要：目前，现浇混凝土箱梁的设计，一般都充分考虑了安全系数，最终荷载作用下不致产生裂缝。大部分裂缝是在施工过程中由于施工策略和措施的不当，以及设计时没有充分考虑施工过程中箱形结构的受力与成桥状态下的受力不同而导致的。从结构本身来看，某些裂缝的发生或发展，将影响结构的使用寿命。本文针对现浇预应力箱梁施工中易出现裂缝的制约环节，结合北京经济技术开发区博兴三桥的施工，从施工中易产生裂缝的制约和预防两方面进行分析和探讨，简要分析施工过程中箱梁混凝土裂缝产生的理由，根据裂缝产生的理由在施工中应采取怎样的针对性措施作简要论述
关键词：箱梁；混凝土；裂缝；收缩；不均匀沉降；预防措施
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一、工程概况

博兴三桥位于北京南六环南侧亦柏路与开发区南区北路相交路口，与南区北路跨越相交。桥梁全长198.56m，全宽1

7.2~18.949m。

桥梁上部结构为2联预应力混凝土连续箱梁，桥梁断面为单箱三室，梁高2m。第一联长60m，由2跨组成，跨径为30+30m，顶板宽16.96m，底板宽13.2m，腹板宽0.6m，箱室净宽3.6m；第二联长132m，由4跨组成，跨径为30+42+30+30m，为变宽段，顶板宽16.96~18.709m，底板宽13.2~14.949m，腹板宽0.6m，箱室净宽3.3（3.4）~3.838（4.0）m，箱梁悬臂宽

1.88m，悬臂厚度0.25m~0.45m。

二、初步分析

目前，箱梁的设计，一般都充分考虑了安全系数，最终荷载作用下不致产生裂缝。大部分裂缝是在施工过程中由于施工策略和措施的不当，以及设计时没有充分考虑施工过程中箱形结构的受力与成桥状态下的受力不同而导致的。从结构本身来看，某些裂缝的发生或发展，将影响结构的使用寿命。本文主要从施工策略分析施工过程中连续箱梁产生裂缝的成因，提出了预防因局部应力产生裂缝及因工艺产生裂缝的施工措施。

三、施工中易产生裂缝的环节

1、支架的不均匀沉降

根据现场施工条件，本桥梁可以采用支架施工，支架的质量与现浇钢筋混凝土连续箱梁的成败有直接的关系。如果连续箱梁施工支架的地基强度不够，在箱梁混凝土浇筑初期会由于支架不均匀下沉而导致箱梁产生裂缝，其中墩顶除箱梁的横隔板及横隔板两侧的腹板最易出现裂缝，当翼板纵向分布的钢筋间距布置不当时，则容易引起翼板的开裂。

2、支架拆除中的理由

现浇连续钢筋混凝土箱梁支架拆除工序的制约是一个易为人们所忽视的理由。支架的拆除时间有时是按照混凝土标号达到设计标号的90%制约，并不是按混凝土28d强度来制约拆架。因此，支架拆除后由于混凝土的徐变使箱梁的挠度增加，容易使跨中正弯矩区梁底和支承处负弯矩区桥面产生裂缝。施工中连续箱梁的支架拆除应避开突然落架，否则箱梁中会产生较大的瞬时荷载，而这种瞬时荷载往往导致过大的的施工裂缝产生，且可能大于设计允许的裂缝。

3、混凝土浇筑时间制约不合理

箱梁现浇施工中常分两次进行，箱梁底板浇筑完成后，由于种种理由相距许多天后再浇筑腹板及顶板。此时底板混凝土已完成了早期的混凝土收缩和徐变，不再参与后浇混凝土的变形，新混凝土的早期快速收缩则遇到了老混凝土慢速收缩或不收缩的抵制，使其变形受到约束，导致箱梁腹板及顶板中产生裂缝。

4、混凝土收缩的影响

钢筋混凝土箱梁采用泵送混凝土浇筑，为满足泵送要求，一般混凝土的坍落度较大，水泥用量较多。根据混凝土自由收缩试验表明，水泥用量越多，水灰比越大，骨料的弹性模量越低，则收缩也越大。此外，箱梁虽然属于薄壁结构，由水化热引起的温度上升较低，但是混凝土本身收缩很大，特别在环境气温变化与收缩共同作用下对于箱梁这种薄壁结构也很不利。

5、温度对钢筋混凝土连续箱梁的影响

（1）水化热
混凝土灌注后在硬化期间，水泥和水发生水化反应，并释放出大量的水化热，使混凝土内部温度不断上升，混凝土弹性模量不断增大。从受力状况来看，混凝土内部为压应力，而其表现却是拉应力，当这些拉应力超过混凝土的允许拉应力时就会出现裂缝。因此，如果不注意混凝土内部和表面的温度差，混凝土表面与大气的温度差，过早拆除模板，就很容易发生由于水化热的温度变化梯度大和混凝土收缩共同作用而出现表面裂缝。
（2）日照温差的影响
由于日照辐射强度、日照时间、地理位置、桥梁方位、地形地貌等随机因素，使结构表面、内部温差因对流、热辐射和热传导等传热方式形成瞬时的不均匀分布，即结构的温度场。日照温差的影响，对于宽翼缘板的箱梁桥来说更为明显，因为箱梁底板不受阳光直射，温度较低，而箱梁顶板通常集中吸收阳光的辐射，在24h内，箱梁的顶板和底板的温差可达10℃-15℃，这将引起很大的温度应力。

四、施工过程中采取的制约措施

1、支架地基处理 ，预防地基产生不均匀沉降

排架在支搭前，施工现场需进行地基处理，因现况地表1.0m深度内多为杂填土，且目前地层冻土未完成化开，部分地段存在冻土层，为此挖除现况地表下不均匀土质（约50cm深）进行处理，换填50cm厚的级配砂石。基础要求用20吨以上振动压路机分层碾压成活，重型击实标准要求达到96%以上，保证地基承载力不小于400KPa，以确保排架体系承重后不发生不均匀沉降；级配砂石上铺筑20cm厚石灰粉煤灰砂砾，层顶比现况地面高0.2m，同时在基础范围四周挖一道深30cm、宽50cm的排水沟，防止积水浸泡基底，以利排水。基础处理宽度应比现况排架体系（排架最外侧）宽0.5米以满足施工要求。排架安装时，横向每排立杆下铺4cm厚、25cm宽的木板，以确保排架底整体受力均匀。

2、支架的搭设与预压，合理布置支撑体系

支撑体系布置若不合理，会导致施工中支架变形较大，混凝土产生不均匀沉降，箱梁产生裂缝。现浇箱梁的支撑采用配套钢制DWJ型碗扣式支架，满堂红支搭，箱梁标准段间距为90*90cm，标准段腹板处间距为90*60cm，横梁段间距为60*60cm，横梁段腹板处间距为60*60cm，箱梁外侧间距为90*90cm（或90*60cm）。侧立面设斜撑加固，采用普通架子管。碗扣论文导读：工时，混凝土拌合前应用冷水冲洗集料，降低原材料温度，降低混凝土入模温度，此外，应尽可能缩短运输时间，使混凝土入模前的温度尽量制约在25℃以内。（2）混凝土原材料的要求配制混凝土所用的水泥，采用水化热低的中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，水泥的铝酸三钙含量不大于8%；初凝时间为2小时，终凝时间不得超过8小时
支架间用铁锤敲击锁紧，使支架纵向直顺，横向水平，垂直偏差小于架高的1/500，并对断截面处作整体性连续加固。梁底模板支撑采用木排架连接固定，在方木顶面满铺4cm厚，25cm宽木板，板顶高程均挂线调整，复测核实，以确保模板高程准确。木板下横向为10x10方木支撑与DWJ碗扣支架连接。
为了消除承受施工荷载后支架及基础产生的弹性和塑性变形，支架必须用与箱梁相等的重量进行等荷预压。预压荷载置于支架顶部，但不宜直接放在箱梁底模上，以免磨损模板。在加载前后及卸载后，应定时定点测量支架的沉降情况，支架预压应采取双控，即持续预压5d以上及达到稳定状态2d以上。沉降稳定状态标准为24h沉降±1mm。支架顶部应设置高度设节器，用以调节支架预防压后的沉降值，使其满足设计标高的要求。预压结束后应根据承受施工荷载后将产生的弹性变形和箱梁底部的设计预拱度等因素来调整模板标高。

3、正确的拆架时间与策略

对于施工支架的拆架程序一定要予以高度重视。在工期允许的情况下，拆除时间应尽量延长。重视对连续箱梁桥拆除时间的制约，既要考虑施工上模板周转的需要，又要考虑混凝土的温差不能太大，其温差应包括表面温度、内部中心温度和外界气温之间的温差。从箱梁施工的实际看，应该在规定的混凝土强度和容许温差范围内拆除模板，并且要及时进行保温养护。为了避开造成混凝土内外温差过大，腹板外模拆除后应有一定的保温时间，不得立即喷洒冷水进行养护。
拆架时一定要先翼板、后底板、并必须从跨中对称地向两边拆除。支架拆除宜分阶段进行，先从跨中对称向两端松架，再对称从跨中向两端拆除，纵向对称均衡卸落横向应同时一起卸落。

4、改善混凝土的施工工艺

（1）温度制约
对于采用高强混凝土的连续箱梁，必须注意施工时混凝土的水化热理由。降低水化热最高温度可以减小混凝土内部与表面的温差，因此应使用水化热较低的硅酸盐水泥，避开使用水化热高的水泥。夏季施工时，混凝土拌合前应用冷水冲洗集料，降低原材料温度，降低混凝土入模温度，此外，应尽可能缩短运输时间，使混凝土入模前的温度尽量制约在25℃以内。
（2）混凝土原材料的要求
配制混凝土所用的水泥，采用水化热低的中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，水泥的铝酸三钙含量不大于8%；初凝时间为2小时，终凝时间不得超过8小时；砼碱含量不得大于1.8kg/m3，最大氯离子含量0.06%，最小水泥用量350kg/m3，抗渗等级≥W6，通过制约配比及水灰比达到，不得掺入外加剂；塌落度要求：每车砼均进行现场检验，要求浇筑时的塌落度为150~160mm；应根据浇筑速度发配砼罐车，现场不得长时间压车，以防塌落度发生变化；砼入模温度不得大于25℃；掺入适当的混凝土添加剂，可以防止混凝土的早期收缩裂缝与徐变，避开过多的气孔产生。采用高效缓凝剂使混凝土初凝时间比箱梁浇筑时间更长，避开混凝土浇筑过程的初凝开裂。
（3）合理安排混凝土的浇筑时间
砼浇筑顺序：斜向分层、纵向分段 , 每层厚度约为 35cm ,纵向分段长度一般约为 10～15m ,并遵循对称进行的原则。顺桥向：从低处向高处推进，0~2轴、2~6轴逐层扩展升高，保持水平分层；横桥向：每台泵车均从中间腹板开始向两侧浇筑；竖向：首先浇筑底板及底斜角，腹板分4层浇筑完毕，最后浇筑顶板砼。 下层混凝土浇筑在上层混凝土初凝前进行。为保证混凝土浇筑的连续性 ,浇筑前根据混凝土的工程量配备充足的混凝土原材料 ,并预备 1台混凝土输送泵应急。
浇筑混凝土应注意避开不利天气因素的影响。由于现浇连续箱梁每次浇筑的混凝土量较大，往往要连续施工1d-2d，所以要尽量避开雨、风等不利天气。对大风降温天气要给以足够的重视，特别是在浇筑箱梁顶板时，大风会使混凝土收浆压光尚未完成就产生裂纹。此外，突然的降温会使混凝土表面与内部产生过大的温差而引起裂缝，因此应做好保温措施。
(4) 浇筑中注意事项
模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢清理干净；模板缝隙填塞严密；模板内面涂刷脱模剂；混凝土泵送管落在钢筋顶部，避开砼浇筑时高度超过2m；混凝土每层浇筑厚度不得超过30cm，并在下层混凝土初凝前（约1.5小时）浇筑完上层混凝土；上下层同时浇筑时，上层与下层前后浇筑距离保持1.5m以上；
(5) 混凝土的振捣
为了改善混凝土强度，提高其抗裂性，应加强混凝土的振捣。尤其对于腹板与底板交界处、内横梁及端横梁等部位应加强振捣。混凝土可采用两次振捣技术，以便有效地增加混凝土的密实度，减少内部微裂和提高混凝土的强度，提高抗渗性能。一般掌握两次振捣的时间间歇为1h左右，为了防止破坏混凝土内部结构，在混凝土的初凝前必须完成第二次振捣。顶板混凝土浇筑完成后，对混凝土的裸露面及时进行修整、抹平，待定浆后再抹第二遍并拉毛。当风力较大时应及时覆盖塑料布防护。
(6) 混凝土的养生
混凝土的养生主要是保持适当的温度和湿度条件。待混凝土终凝并达到 12h后 ,开始洒水进行养护。养护措施为在混凝土表面覆盖 1 层土工布，土工布外再包 1 层塑料薄膜来防止水分蒸发，洒水遍数必须时刻保持土工布湿润，整体养护时间不得低于 14d 。在拆除箱梁内模、立顶板底模等交叉作业中不得使混凝土的养生中断，以免导致梁体产生裂纹。混凝土早期干缩裂缝大都出现在较薄的结构中，这种裂缝产生的理由是混凝土在浇筑振捣完毕后，内部的水分一部分用作水泥水化热流失，一部分泌出流失或蒸发，尤其是在干热、风较大的季节，混凝土表面更容易出现失水干缩而发生裂缝。这种裂缝出现的时间较早，一般混凝土在初凝前就已经开始发生，若不加以处理和养护，局部裂缝将会贯穿整个混凝土结构。像这们的裂缝若在混凝土还没有达到初凝之前，对其表面用木抹子进行再次拍压抹平，并立即在表面覆盖养护，即可消除该种裂缝的再发生。这种裂缝在实际的施工过程中会经常出现在箱梁顶板，但只要引起注意，混凝土早期出现的裂缝完全可以避开。所以在施工过程中，保证混凝土的养护条件和时间是十分重要的。

五、施工制约成果

通过事前的分析，组织设计、监理和有关论文导读：治》《混凝土质量制约标准》（GB50164-92）《博兴三桥施工图纸》上一页123
专家共同探讨，在施工前做好了预防箱梁裂缝的制约工作，针对每一个环节采取有效的防裂措施，博兴三桥的箱梁混凝土有效的避开了施工裂缝，得到了业主、监理的一致好评。我们也深感事前分析的重要性，针对质量通病，认真的观察、分析、讨论、总结出有针对性的制约措施，做到防患于未然，才能更好的完成我们的施工任务，保证施工质量。
结论
现浇箱梁混凝土裂缝的产生理由很多，我们应充分认识到其危害，采取积极的预防措施，保证结构的安全及耐久性。对于一个优良的工程，设计是前提，材料是基础，施工环节更是重要的保证，只有通过设计、施工人员的共同重视，才能发挥互动和联动效应，最终将混凝土裂缝的危害降低到最小程度。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
[2]《北京市市政桥粱工程施工技术规程》DBJ01–46-2000
[3]《桥梁施工工程师手册》第二版
[4]《市政工程质量通病及防治》
[5]《混凝土质量制约标准》（GB50164-92）
[6]《博兴三桥施工图纸》