橋梁工程預(yù)應(yīng)力空心板裂縫原因分析及控制

黃松雄,袁新利

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司)

1 裂縫產(chǎn)生的原因分析

1.1 混凝土原材料因素

(1)鋼筋用量不當(dāng)。設(shè)計(jì)時(shí)由于鋼筋用量不足,致使裂縫寬度超過允許范圍,但也有可能是鋼筋在混凝上局部用量過大或間距過密,鋼筋阻止混凝土正常凝固收縮而產(chǎn)生裂縫,這兩種情況主要發(fā)生在早期開裂;

(2)水灰比過大。由于水灰比過大而自下造成離析現(xiàn)象,其結(jié)果粗集料沉于下部,多余水分上升,振搗后水泥漿上浮到板頂,從而使混凝上強(qiáng)度不均勻,下部分強(qiáng)度大,頂板強(qiáng)度低,混凝土強(qiáng)度較弱區(qū)往往是裂縫容易發(fā)生的部位。底板浮漿過多易產(chǎn)生收縮裂縫;

(3)砂、石料含泥量超標(biāo)。當(dāng)砂、石料含泥量超標(biāo),將導(dǎo)致骨料與水泥之間的膠結(jié)力下降,造成混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性降低且易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫;

(4)水泥的水化熱作用?；炷猎诎韬汀⑦\(yùn)輸、振搗、凝結(jié)、硬化的過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)。水化過程中釋放出大量的熱能,水化反應(yīng)有兩次升溫和兩次降溫過程,內(nèi)部溫度升高,而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝上內(nèi)部體積膨脹,降溫使混凝上表面收縮,膨脹時(shí)混凝上內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,收縮時(shí)混凝上表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力超過其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時(shí),空心板表面均會產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土施工工藝因素

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中,需要訂制完備的混凝土施工工藝流程,且要在施工中嚴(yán)格按規(guī)范要求檢測各項(xiàng)指標(biāo)。

(1)混凝土的拌制?；炷恋陌柚茣r(shí)間需達(dá)到規(guī)范規(guī)定時(shí)間,如拌制時(shí)間過短,會影響混凝土的均勻性?；炷涟柚仆瓿珊?需測定混凝土坍落度,如坍落度值小于設(shè)計(jì)值,則表明水灰比偏大,將會導(dǎo)致混凝土的干縮量增大,易產(chǎn)生干縮裂縫。如果拌制時(shí)間過長,拌制過程中水分蒸發(fā)過多,將導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫;

(2)混凝土養(yǎng)護(hù)。混凝土施作完成后,沒有及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),空心板表面水分蒸發(fā)過快,從而形成干縮裂縫。外界溫度在 5℃以下時(shí),如果不及時(shí)覆蓋保溫材料,也容易出現(xiàn)裂縫。蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)如果養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,易產(chǎn)生裂縫。在夏季施工時(shí),如當(dāng)?shù)貧鉁剌^高,會增大混凝土表面水分的蒸發(fā),從而加大產(chǎn)生干縮裂縫的可能性。

2.3 張拉設(shè)備

在預(yù)應(yīng)力張拉之前,要對張拉設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn),如果千斤頂油表度數(shù)不準(zhǔn),將會引起張拉力超過設(shè)計(jì)值,造成臺座變形位移。如果澆筑混凝土完成后,臺座發(fā)生變形,將會導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

2.4 預(yù)應(yīng)力空心板裂縫外部成因分析

(1)空心板結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大。在預(yù)應(yīng)力張拉完成后,在錨固端會產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力,周圍混凝土易產(chǎn)生細(xì)微裂縫,但如錨固端混凝土不密實(shí)或養(yǎng)護(hù)不夠,則易產(chǎn)生較大裂縫,危害較大;

(2)設(shè)計(jì)缺陷。預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量不足。設(shè)計(jì)或施工時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線不足,鋼絞線線形布置有誤差,致使受拉區(qū)變形過大,混凝上拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫;

(3)內(nèi)模膠囊上浮。預(yù)應(yīng)力空心板在混凝土澆筑過程中,混凝土對膠囊有較大的浮力,如果膠囊固定不牢,就會發(fā)生膠囊上浮現(xiàn)象,造成頂板厚度減小,這種情況也極易造成裂縫;

(4)抽拔膠囊過早?？招陌宄榘文z囊的時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度和混凝土的質(zhì)量有關(guān),一般要求當(dāng)混凝上強(qiáng)度達(dá)到0.6～0.8MPa時(shí)為抽拔膠囊。抽拔過早會出現(xiàn)“粘皮”現(xiàn)象,對混凝上質(zhì)量有影響,當(dāng)頂板厚度減小或是頂板浮漿過厚時(shí),裂縫容易發(fā)生,這種原因出現(xiàn)的裂縫多為縱橫裂縫;

(5)溫差過大。裂縫容易發(fā)生在溫差過大的季節(jié),溫度的急劇變化或大風(fēng)造成混凝上表面急劇冷縮或干縮,從而增大了混凝上表面的拉應(yīng)力,加速了混凝土早期裂縫的形成。

3 裂縫控制措施

針對混凝土原材料因素而引發(fā)的裂縫,可以在混凝土原材料方面采取如下措施控制裂縫的產(chǎn)生:(1)合理進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,在滿足混凝土坍落度要求的前提下,盡可能采用減水劑,合理調(diào)整配合比,降低水泥與水的用量,以減少混凝土的凝結(jié)收縮;(2)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。按照質(zhì)量要求,嚴(yán)格進(jìn)行選料,對不符合要求的砂、石料和水泥不許進(jìn)場,對含泥量:較大的骨料要用水進(jìn)行沖洗。

針對混凝土施工過程中的不當(dāng)而引起的裂縫,應(yīng)在混凝土施工過程中采取如下措施:(1)混凝上拌和。細(xì)致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,減少混凝土的坍落度,合理摻加塑化劑和減少劑?；炷涟韬蜁r(shí)間控制在 1.5～2min,保證混凝土具有良好的和易性;(2)混凝上的澆筑。混凝土澆筑應(yīng)選擇在溫度較低的時(shí)候進(jìn)行,用插入式振搗器振搗,移動(dòng)間距不應(yīng)超過振搗器作用半徑的 1倍,每一振搗部位必須振動(dòng)到混凝上停止下沉,不再冒出氣泡,表而呈現(xiàn)平坦、泛漿為止。邊振動(dòng)邊徐徐提出振動(dòng)棒,避免過振,造成混凝土離析;(3)混凝土養(yǎng)護(hù)。不論是收縮裂縫還是溫度裂縫,混凝土的養(yǎng)護(hù)最為關(guān)鍵。在施工過程中,混凝土澆筑收漿完成后,應(yīng)盡快用麻袋覆蓋,防止高溫下裸露,并灑水養(yǎng)護(hù),使混凝土表面始終保持潮濕狀態(tài)?；炷翝仓瓿珊蟊仨氃趥?cè)模外噴水散熱,以免混凝土由于溫度過高,體積膨脹過大,在冷卻后體積收縮過大產(chǎn)生裂縫;

針對外部因素引發(fā)的預(yù)應(yīng)力空心板裂縫,應(yīng)注意如下幾點(diǎn):(1)設(shè)計(jì)計(jì)算。在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)全面考慮空心板的受力情況,包括施工荷載作用下的受力計(jì)算。在梁板配筋時(shí),注意剪力筋的布設(shè),要做到增加鋼筋根數(shù),減小鋼筋截面。對薄弱位置應(yīng)作特殊設(shè)計(jì);(2)二次抹平?；炷猎诔跄巴鶗霈F(xiàn)裂縫,這時(shí)及時(shí)二次抹平,這樣處理可以增加混凝土表面的密度,使混凝土表面產(chǎn)生的裂縫愈合,這是消除早期裂縫的最佳措施;(3)嚴(yán)格控制拆模時(shí)間。抽內(nèi)模的時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度而定,最好通過試驗(yàn)來確定,嚴(yán)禁過早拆除內(nèi)模、側(cè)模,要待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,方可拆除;(4)鋼絞束松張時(shí)間。當(dāng)混凝土強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)值 70%以上,要保證混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于 7 d才剪斷鋼絞束。

4 工程實(shí)例

某高速公路大橋位于江西省境內(nèi),上部結(jié)構(gòu)為 20m和24m先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁,全橋共計(jì) 420片?？招陌迦楷F(xiàn)場預(yù)制,現(xiàn)場設(shè)壓柱槽式張拉臺座,設(shè)有 8道底坐,可以同時(shí)容納 32片梁。根據(jù)上節(jié)所提出的裂縫控制方案,編制施工指導(dǎo)說明,并要求現(xiàn)場技術(shù)員與施工人員按說明嚴(yán)格執(zhí)行?，F(xiàn)階段施工已經(jīng)完成,空心梁板裂縫質(zhì)量控制良好,能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力空心板是橋梁結(jié)構(gòu)的承重結(jié)構(gòu),如果出現(xiàn)裂縫,應(yīng)及時(shí)找出問題產(chǎn)生的原因,采用合理的處理措施加以解決,確保預(yù)應(yīng)力混凝上空心板的質(zhì)量。設(shè)計(jì)考慮不周、施工質(zhì)量低劣、監(jiān)理力度不夠均可能引發(fā)預(yù)應(yīng)力空心板裂縫。因此,應(yīng)嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題,將能有效地防止和控制預(yù)應(yīng)力空心板裂縫的產(chǎn)生。

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