淺析連續(xù)剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫的預(yù)防及控制

繆 政

1 工程概況

渝湘高速公路何家壩大橋位于重慶市酉陽(yáng)縣鐘多鎮(zhèn)境內(nèi),橫跨一大沖溝及國(guó)道319線。該橋?yàn)殡p幅橋,全橋分為三聯(lián)跨,跨徑為(4×30)+(65+4×110+65)+(2×30),主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁。箱梁為變截面單箱單室斷面,箱梁頂寬12.0 m,底寬6.5 m,箱梁高度從6.5 m到2.8 m漸變;在箱梁兩端支撐處、兩邊跨中部分及1/4處、跨中、3/4處各設(shè)一道橫隔板。

2 連續(xù)剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫主要成因

2.1 C55泵送混凝土產(chǎn)生早期收縮裂縫的原因

1)由于C55混凝土采用高標(biāo)號(hào)水泥,水泥的比表面積增大,造成水泥水化速度加快、水化熱集中、需水量增大,如果處于干燥環(huán)境混凝土收縮極易產(chǎn)生收縮裂縫。

2)由于混凝土采用泵送,使得混凝土需要增大坍落度及增加拌和用水量、增大砂率,降低碎石用量,一方面導(dǎo)致混凝土抗拉性能下降;另一方面砂率增大及拌合水用量增大造成混凝土收縮應(yīng)力增加,使得更容易出現(xiàn)收縮裂縫。

3)配合比設(shè)計(jì)中砂率、水灰比選擇不當(dāng)、減水劑的有效減水率不夠造成混凝土和易性偏差,導(dǎo)致混凝土離析、泌水、保水性不好,增加收縮。

2.2 施工及養(yǎng)護(hù)造成的裂縫

1)混凝土澆筑的均勻性可減少裂紋裂縫的產(chǎn)生,尤其是泵送工藝的應(yīng)用,為保證特大橋梁部重點(diǎn)部位混凝土質(zhì)量,既要考慮施工速度,又要保證澆筑混凝土的均勻性?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土中,如振搗或插入不當(dāng),漏振、過(guò)振或振動(dòng)棒抽撤過(guò)快都會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性。2)由于水化熱計(jì)算誤差、現(xiàn)場(chǎng)混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高或內(nèi)外溫差過(guò)大,混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。3)高空澆筑混凝土風(fēng)速過(guò)大,混凝土收縮值大;現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位,混凝土早期脫水,容易引起收縮裂縫。4)現(xiàn)場(chǎng)模板拆除過(guò)早或不當(dāng)以及預(yù)應(yīng)力張拉不當(dāng)容易引起張拉裂縫。

2.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫

2.3.1 塊段之間橫向裂縫

塊段之間的橫向裂縫,一般是由于塊段接槎混凝土的連接強(qiáng)度偏低,或掛籃下沉量過(guò)大以及塊段接槎不平順造成的。

1)塊段接槎混凝土的連接強(qiáng)度偏低,是由于混凝土表面鑿毛不徹底,或新澆混凝土水分向老混凝土過(guò)多擴(kuò)散水分,產(chǎn)生干裂裂縫。2)在混凝土澆筑過(guò)程中,掛籃下沉量過(guò)大,對(duì)已初凝混凝土造成擾動(dòng),降低接槎混凝土強(qiáng)度,產(chǎn)生裂縫。3)塊段接槎不平順,形成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象,形成應(yīng)力集中部位,產(chǎn)生裂縫。

2.3.2 在1/4跨度附近斜向裂縫

由于主拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度,或與抗剪鋼筋的布置有關(guān),致使產(chǎn)生裂縫,當(dāng)荷載增大時(shí),裂縫會(huì)逐漸向受壓區(qū)發(fā)展,當(dāng)開裂嚴(yán)重時(shí),裂縫可能沿腹板貫通。

2.3.3 腹板下彎束位置貫通裂縫

由于預(yù)應(yīng)力或截面尺寸設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致混凝土壓應(yīng)力過(guò)大,腹板的抗剪強(qiáng)度偏低,有時(shí)也與預(yù)應(yīng)力筋定位不準(zhǔn)確造成混凝土單側(cè)偏壓等施工質(zhì)量有關(guān)。

2.3.4 縱向預(yù)應(yīng)力錨下位置縱向貫通裂縫

由于預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)噸位過(guò)大或截面尺寸不合理,錨下混凝土應(yīng)力過(guò)于集中造成的,也與混凝土不密實(shí)、錨下鋼筋布置偏少、混凝土強(qiáng)度偏低有關(guān)。

2.3.5 底板縱向預(yù)應(yīng)力齒板位置的腹板斜向裂縫

由于設(shè)計(jì)不合理造成,底板縱向預(yù)應(yīng)力與腹板預(yù)應(yīng)力布置時(shí),形成集中力后的混凝土受拉區(qū)應(yīng)力疊加,形成斜向裂縫。

2.3.6 合龍段橫向收縮裂縫

混凝土收縮主要由化學(xué)收縮和干燥收縮組成。因水泥水化而產(chǎn)生的化學(xué)收縮較小,約為干燥收縮的1/10,因此混凝土收縮主要是干燥收縮,由于混凝土養(yǎng)護(hù)不到位就會(huì)在空氣中失水收縮,形成沿塊段接槎處的收縮裂縫。

3 連續(xù)剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫的防治措施

3.1 增大空氣相對(duì)濕度

增大空氣相對(duì)濕度可以有效降低混凝土表面水分蒸發(fā)率,在新澆混凝土上方或周圍采用噴水霧的辦法來(lái)增加空氣的相對(duì)濕度,是一種簡(jiǎn)便易行、費(fèi)用低廉的有效措施。簡(jiǎn)易的噴霧辦法可以用帶針孔的塑料軟管架設(shè)在新澆混凝土工地四周或上方,通過(guò)注入一定水壓的水使其形成針孔噴霧。

3.2 選擇適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方法

在混凝土裂縫的防治工作中,加強(qiáng)對(duì)新澆混凝土的前期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要,以保障混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生裂縫。盡早開始養(yǎng)護(hù)并保持混凝土表面濕潤(rùn),可以防止蒸發(fā),減少收縮,保障混凝土表面水化順利進(jìn)行。對(duì)采用各種養(yǎng)護(hù)的新澆混凝土,爭(zhēng)取在混凝土表面整形完成后和表面水膜消失前即開始養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)不能污染或損傷混凝土已成型表面,因此必須選擇適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3.3 降低混凝土溫度

1)用搭棚遮蓋等措施使新澆混凝土免受陽(yáng)光直接照射,降低混凝土的表面環(huán)境溫度;2)對(duì)混凝土的各種組成材料降溫,控制混凝土新拌合物溫度在32℃以下;3)盡量在夜間、早上澆筑混凝土,此時(shí)溫度較低,可以有效降低混凝土表面水分蒸發(fā)。

3.4 控制集料含泥量及混凝土的配合比

黏土的收縮遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥石的收縮,集料中含有少量的某些黏土?xí)鸹炷恋母呤湛s性而引起開裂,因此,夏季施工更應(yīng)控制集料的含泥量,選用級(jí)配良好的大粒徑集料,減少水泥用量,減少水灰比,摻加防開裂材料、外加劑等,其干燥程度通常較高,尤其早期較為明顯,摻合料和外加劑作為混凝土的主要組成成分,可以減少混凝土的收縮,提高混凝土的抗裂性能。

3.5 結(jié)構(gòu)應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫控制

1)在混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后進(jìn)行接槎混凝土表面鑿毛,清除浮漿和松散層,增加混凝土的連接性能;在澆筑新混凝土前,對(duì)接槎面進(jìn)行灑水,使其保持濕潤(rùn),減少接槎面的干濕變化。2)在何家壩大橋的施工中,對(duì)阻力最大的1號(hào)～5號(hào)段腹板內(nèi)外側(cè)增加了防裂鋼筋網(wǎng)片。為預(yù)防張拉時(shí)拉裂混凝土,施工時(shí)在錨下位置增加了5層鋼筋網(wǎng),同時(shí)要求錨下混凝土振搗必須密實(shí)。張拉時(shí)采用對(duì)稱張拉,即箱梁腹板兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線同時(shí)張拉、同一束鋼絞線兩端壓力同值進(jìn)行。張拉結(jié)束后24 h內(nèi)進(jìn)行孔道壓漿,當(dāng)孔道漿體達(dá)到強(qiáng)度后,不僅減少了預(yù)應(yīng)力的損失,同時(shí)也降低了錨具的負(fù)擔(dān)。3)在合龍段施工時(shí),為防止合龍后裂縫產(chǎn)生,首先,對(duì)合龍段兩端梁體進(jìn)行對(duì)稱配重,在合龍段澆筑時(shí),根據(jù)所澆筑混凝土的量逐步減少配重;其次在混凝土澆筑前,對(duì)合龍段兩端梁體齒板鋼絞線進(jìn)行張拉,張拉力為設(shè)計(jì)張拉力的20%,以減少合龍后張拉裂縫的產(chǎn)生;合龍段混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制澆筑溫度,根據(jù)計(jì)算何家壩大橋合龍段澆筑溫度選擇在17℃左右,因?yàn)檫@時(shí)混凝土收縮徐變最小,可最大程度的降低裂縫出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋混凝土裂縫是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題,涉及設(shè)計(jì)、施工、材料、運(yùn)營(yíng)等多方面,混凝土早期裂縫產(chǎn)生的原因復(fù)雜,各地區(qū)的影響因素也各有差異,對(duì)混凝土構(gòu)造物的危害也輕重不同。因此加強(qiáng)對(duì)混凝土早期裂縫產(chǎn)生原因及防治措施的研究,因地制宜,選擇適當(dāng)?shù)姆乐未胧┦潜苊饣炷廉a(chǎn)生裂縫的有效途徑。

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