中春路立交橋箱涵混凝土施工裂縫的預防與控制

王小瓏 上海鐵路局東華地鐵公司

中春路立交橋箱涵混凝土施工裂縫的預防與控制

王小瓏 上海鐵路局東華地鐵公司

鋼筋混凝土箱涵在施工過程中，容易產(chǎn)生裂縫，有多種影響因素。結合中春路立交橋鋼筋混凝土箱涵工程實際，通過改進施工方案，加強施工各個環(huán)節(jié)的監(jiān)控管理，提出一些可以減少或避免箱涵裂縫出現(xiàn)的措施。

箱涵；裂縫；預防與控制

當鋼筋混凝土箱涵用作疏水工程或地下通道工程時，要求具有足夠的強度和良好的防水性能。從結構上看，施工并不困難，但要滿足設計要求，達到優(yōu)良工程的質量標準，并非易事。特別是對鋼筋混凝土箱涵易出現(xiàn)裂縫的問題，應引起足夠的重視。

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫，有外載作用引起裂縫，有養(yǎng)護環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫等等。在施工中要區(qū)別對待，并根據(jù)實際情況采取恰當?shù)姆绞浇鉀Q問題。本文結合中春路新建工程（下穿吳涇線段）單孔框架頂進結構部分的施工過程，分析產(chǎn)生裂縫可能性較大的幾點原因并做出預防和控制。

1 工程背景

1.1 工程概況

上海市中春路（下穿吳涇線段）道路新建工程，道路全長約626m。下穿鐵路鋼筋混凝土結構范圍K1+445.7～K1+ 652.9，鐵路中心里程為吳涇線K2+474.6，結構為11.8m寬單孔箱形框架，下穿鐵路部分采用頂進法施工，頂進箱框架長22m。頂進箱兩側均為U型槽，與頂進箱順接（見圖1）。

本工程鐵路箱身預制基坑設置在鐵路北側，寬度13.8m，深度約4m，長度27m。工作坑以11m長槽鋼樁圍護，止水帷幕采用8m長φ70cm雙頭水泥攪拌樁，靠鐵路側采用1:3放坡開挖，頂進箱尺寸參數(shù)見表1。

表1 頂進箱尺寸參數(shù)（單位：mm）

圖1 施工總平面圖

1.2 地質情況

根據(jù)勘察報告，擬建箱涵淺部發(fā)育的土層主要為①層雜填土、②1層褐黃～灰黃色粉質粘土、②3層灰色粘質粉土、③層灰色淤泥質粉質粘土、④層灰色淤泥質粘土、⑤1-1層灰色粘土。

1.3 箱涵結構

頂進框架暗埋段采用C40抗?jié)B混凝土，敞開段采用C35抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級均為P8。頂進箱箱頂設氯化聚乙烯防水卷材+C40細石聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土保護層。箱身兩側邊墻涂聚氨酯防水涂料兩層，箱頂設M20水泥砂漿排水坡（3～7 cm），箱頂雨水排至兩側路基。

2 裂縫成因

箱涵裂縫成因較多，常見原因有：

（1）混凝土施工時間過長產(chǎn)生冷縫，溫差過大引起張拉應力；

（2）混凝土養(yǎng)護不夠，結構產(chǎn)生不均勻收縮、膨脹；

（3）鋼筋保護層厚度變化、墊塊松動及脫落、主筋偏移等引起結構受力變化；

（4）地基處理不當導致結構不均勻沉降；

（5）混凝土澆筑時振搗過快、漏振、少振等產(chǎn)生影響；

（6）原材料、砼密實、碎石級配、堿骨料反應等混凝土配合比不佳；

（7）滿堂支架施工時，個別支架產(chǎn)生不均勻沉降或彎曲。

3 中春路立交橋箱涵混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因及預防裂縫的施工技術措施

根據(jù)本工程施工現(xiàn)場環(huán)境及工程特點分析，該箱涵混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因見圖2。

圖2 中春路立交橋箱涵裂縫可能產(chǎn)生的原因

施工過程中，本工程針對以上五點可能產(chǎn)生裂縫的原因，分別采取了不同的措施進行預防和控制。

3.1 地基不均勻沉降引起的裂縫

3.1.1 產(chǎn)生的原因

從地質報告得知本工程土質為粘性土，箱涵橫向寬度較大，凈寬10m。若地基處理不當，施工過程中容易由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產(chǎn)生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，從而導致結構開裂。

3.1.2 本工程預防與控制措施

施工單位針對本工程地質特點，基坑開挖前采用高壓旋噴樁和水泥攪拌樁，保證地基土的承載力，做好地基加固；保證在預制箱涵周圍避免堆放大量建筑材料或土方；保證模板有足夠的強度和剛度，支撐牢固，使地基受力均勻；施工單位按設計要求做好沉降觀測。以上工作有效的預防和控制后續(xù)施工中因地基不均勻沉降而產(chǎn)生的施工裂縫。

3.2 溫差過大引起的裂縫

3.2.1 產(chǎn)生的原因

本工程箱涵混凝土澆筑時間為12月份，環(huán)境溫度較低。水泥在水化過程中釋放出大量熱量，積聚在混凝土中，使混凝土體內的溫度最高達到了54℃，而施工環(huán)境溫度白天l0℃左右，夜間2℃左右，最大溫差達52℃。在水化反應初期，混凝土表面溫度和內部溫度差使混凝土表面發(fā)生張拉應力，在溫度下降階段內部收縮變形大于表面，混凝土內部發(fā)生張拉應力。而混凝土抗拉強度較低容易產(chǎn)生表面裂縫。

3.2.2 本工程預防與控制措施

由于箱涵混凝土一次澆筑砼方量多，體積大，聚集的水泥水化熱量大，在混凝土內外散熱不均勻的情況下，混凝土內部會產(chǎn)生較大的溫度應力，故本工程框架預制分兩次澆筑砼，第一次澆筑底板，第二次澆筑墻身及頂板砼。選擇在溫度比較低的早、晚時間澆筑混凝土，降低混凝土的入模溫度，確保入模溫度控制在30℃以內。其次，在混凝土澆筑過程中摻加相應的緩凝型減水劑，延緩混凝土水化熱峰值的出現(xiàn)時間，將混凝土內的溫度控制在50℃以內。

在混凝土澆注后，為了減小升溫階段的內外溫差，防止產(chǎn)生裂縫，采取蓄熱保溫養(yǎng)護措施，對混凝土進行保溫養(yǎng)護，延緩了混凝土水化熱的降溫速度，減少結構內外的溫差，從而有效的防止產(chǎn)生過大的溫度應力和溫差裂縫。

3.3 原材料質量和混凝土配合比不佳產(chǎn)生的裂縫

3.3.1 產(chǎn)生的原因

（1）原材料

混凝土原材料是由水泥、砂、骨料、拌合水及外加劑組成?；炷了捎貌牧系馁|量不合格，可能導致結構出現(xiàn)裂縫。

①水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強度下降。水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導致混凝土開裂。

②砂石含泥量超過規(guī)定，不僅降低混凝土的強度和抗?jié)B性，還會使混凝土干燥時產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級配差，或砂顆粒過細拌制的混凝土常造成側面裂縫。

③骨料中含有泥性硅化物質與堿性物質相遇，水、硅反應會生成膨脹的膠質，吸水后造成局部膨脹和拉應力，則構件會產(chǎn)生爆裂狀裂縫。上海屬于潮濕地區(qū)，這種情況較容易發(fā)生。

（2）混凝土配合比

水泥水化反應后，生成物的體積與剩余水體積之和小于反應前水泥物質體積與水體積之和，形成水化反應收縮產(chǎn)生這種裂縫。研究表明，這種收縮可達混凝土體積的0.5%以上。因為水化反應收縮時水泥水化形成的，所以混凝土中的水泥用量越大這種收縮也就越多。實踐表明，當每立方米混凝土的水泥用量超過500kg時，就可能造成這種裂縫。

3.3.2 本工程預防與控制措施

通過對材料進行抽樣檢驗，沒有發(fā)現(xiàn)質量問題。混凝土攪拌站距現(xiàn)場較近，混凝土運輸與等候時間短，現(xiàn)場測定混凝土的坍落度符合規(guī)范要求。施工前又對混凝土試塊進行抗壓、抗?jié)B試驗，均符合質量要求，混凝土不存在質量問題。并且本工程加強了原材料及半成品的實驗工作，其中砂石都具有復試單，水泥都具有合格證和復檢雙控。

根據(jù)圖紙設計的混凝土強度等級及抗?jié)B要求，為滿足混凝土的和易性、泵送性、緩凝性及抗?jié)B要求，通過篩選，有針對性地選擇了3種外加劑進行對比試驗，比較了混凝土坍落度損失、泌水性、和易性、抗壓強度、緩凝時間等各項技術指標和成本，最終選定了SPS一8P型復合外加劑。在混凝土配合比設計過程中，降低了水泥用量，減少了水灰比，且施工過程中摻入了改性外加劑，從而有效預防和控制施工裂縫的產(chǎn)生（見表2、表3）。

表2 混凝土配合比

表3 混凝土配合比控制措施

3.4 鋼筋保護層厚度變化引起的裂縫

3.4.1 產(chǎn)生的原因

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

3.4.2 本工程預防與控制措施

本工程箱涵施工過程中鋼筋與滑板之間及鋼筋與模板之間都綁扎了保護層墊塊，以保證保護層的厚度，其間距小于1.0m。墻體鋼筋逐點綁扎，雙排鋼筋之間按要求間距綁扎支撐，鋼筋與側模之間的保護層按上述方法綁扎墊塊。同時施工過程中人為對已合模版鋼筋保護層厚度進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)需要增加墊塊的地方，加強檢查。從而有效控制了由于保護層厚度不足引起鋼筋銹蝕，進而有效預防和控制了施工裂縫的產(chǎn)生。

3.5 振搗不當引起的裂縫

3.5.1 產(chǎn)生的原因

不正確的振搗方式（包括現(xiàn)場振搗過快、過慢或漏振、少振導致出料、放料不均勻等）會造成混凝土分層離析，表面浮漿，而使混凝土面層開裂，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土產(chǎn)生不均勻收縮，而在結構厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。

3.5.2 本工程預防與控制措施

本工程澆筑混凝土時，現(xiàn)場振搗按部位責任到人，防止漏振、少振現(xiàn)象。底板、頂板澆筑速度可適當加快，而側墻澆筑速度不易過快。一般控制在25m3/h，分層振搗，每層厚30 cm。混凝土澆筑時的傾落高度控 制在2m以內。均勻出料，均勻放料，不能堆積成堆，以免發(fā)生離析現(xiàn)象。施工中采用二次振搗法消除混凝土沉縮裂縫。振搗完成，通過檢查后，再澆筑上一層混凝土。通過振搗過程的各方面的嚴格控制，避免了施工過程中混凝土裂縫的產(chǎn)生。

由于采取了有效措施，中春路道路新建工程在施工方案中對于箱涵裂縫可能產(chǎn)生的原因，在鋼筋、模版、混凝土工程三方面著重采取控制措施，避免在施工過程中出現(xiàn)裂縫，確保整個工程的質量優(yōu)良。由于加強了各個環(huán)節(jié)的控制與管理，消除了箱體裂縫產(chǎn)生的可能性，施工進展順利。這也為中春路新建工程后續(xù)施工的順利開展奠定了良好的基礎。

4 結束語

裂縫是鋼筋混凝土箱涵嚴重的質量缺陷，特別是用作地下通道或疏水工程的箱涵，一旦產(chǎn)生裂縫，很難修復。在施工過程中，要根據(jù)工程所處的環(huán)境條件以及工程性質特點，認真分析每一個影響因素，采取相應的對策和措施，鋼筋混凝土箱涵施工裂縫是可以控制的。

[1]JTGTF50-2011.公路橋涵施工技術規(guī)范.人民交通出版社.2011年7月1日.

[2]GB50164-2011.混凝土質量控制標準.中國建筑工業(yè)出版社.2012年5月1日.

[3]彭立海.大體積混凝土溫控與防裂.黃河水利出版社.2005年11月.

[4]于輝,崔巖.結構設計原理.北京理工大學版社.2009年8月1日.

責任編輯：王華 張建強

來稿日期：2014-08-12