淺析連續(xù)剛構預應力混凝土裂縫的預防及控制

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縣鐘多鎮(zhèn)境內(nèi),橫跨一大沖溝及國道319線。該橋為雙幅橋,全橋分為三聯(lián)跨,跨徑為(4×30)+(65+4×110+65)+(2×30),主橋為預應力混凝土變截面連續(xù)剛構箱梁。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處各設一道橫隔板。

2 連續(xù)剛構預應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混凝土采用高標號水泥,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力增加,使得更容易出現(xiàn)收縮裂縫。

3)配合比設計中砂率、水灰比選擇不當、減水劑的有效減水率不夠造成混凝土和易性偏差,導致混凝土離析、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用,為保證特大橋梁部重點部位混凝土質量,既要考慮施工速度,又要保證澆筑混凝土的均勻性。現(xiàn)場澆筑混凝土中,如振搗或插入不當,漏振、過振或振動棒抽撤過快都會影響混凝土的密實性和均勻性。2)由于水化熱計算誤差、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大,混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。3)高空澆筑混凝土風速過大,混凝土收縮值大;現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位,混凝土早期脫水,容易引起收縮裂縫。4)現(xiàn)場模板拆除過早或不當以及預應力張拉不當容易引起張拉裂縫。

2.3 結構應力產(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度偏低,或掛籃下沉量過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多擴散水分,產(chǎn)生干裂裂縫。2)在混凝土澆筑過程中,掛籃下沉量過大,對已初凝混凝土造成擾動,降低接槎混凝土強度,產(chǎn)生裂縫。3)塊段接槎不平順,形成錯臺現(xiàn)象,形成應力集中部位,產(chǎn)生裂縫。

2.3.2 在1/4跨度附近斜向裂縫

由于主拉應力超過混凝土的抗拉強度,或與抗剪鋼筋的布置有關,致使產(chǎn)生裂縫,當荷載增大時,裂縫會逐漸向受壓區(qū)發(fā)展,當開裂嚴重時,裂縫可能沿腹板貫通。

2.3.3 腹板下彎束位置貫通裂縫

由于預應力或截面尺寸設計不合理,導致混凝土壓應力過大,腹板的抗剪強度偏低,有時也與預應力筋定位不準確造成混凝土單側偏壓等施工質量有關。

2.3.4 縱向預應力錨下位置縱向貫通裂縫

由于預應力設計噸位過大或截面尺寸不合理,錨下混凝土應力過于集中造成的,也與混凝土不密實、錨下鋼筋布置偏少、混凝土強度偏低有關。

2.3.5 底板縱向預應力齒板位置的腹板斜向裂縫

由于設計不合理造成,底板縱向預應力與腹板預應力布置時,形成集中力后的混凝土受拉區(qū)應力疊加,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收縮和干燥收縮組成。因水泥水化而產(chǎn)生的化學收縮較小,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)護不到位就會在空氣中失水收縮,形成沿塊段接槎處的收縮裂縫。

3 連續(xù)剛構預應力混凝土裂縫的防治措施

3.1 增大空氣相對濕度

增大空氣相對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增加空氣的相對濕度,是一種簡便易行、費用低廉的有效措施。簡易的噴霧辦法可以用帶針孔的塑料軟管架設在新澆混凝土工地四周或上方,通過注入一定水壓的水使其形成針孔噴霧。

3.2 選擇適當?shù)酿B(yǎng)護方法

在混凝土裂縫的防治工作中,加強對新澆混凝土的前期養(yǎng)護工作尤為重要,以保障混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生裂縫。盡早開始養(yǎng)護并保持混凝土表面濕潤,可以防止蒸發(fā),減少收縮,保障混凝土表面水化順利進行。對采用各種養(yǎng)護的新澆混凝土,爭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,養(yǎng)護不能污染或損傷混凝土已成型表面,因此必須選擇適當?shù)酿B(yǎng)護方法和養(yǎng)護時間。

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光直接照射,降低混凝土的表面環(huán)境溫度;2)對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

黏土的收縮遠遠大于水泥石的收縮,集料中含有少量的某些黏土會引起混凝土的高收縮性而引起開裂,因此,夏季施工更應控制集料的含泥量,選用級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 結構應力產(chǎn)生的裂縫控制

1)在混凝土達到強度要求后進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,對接槎面進行灑水,使其保持濕潤,減少接槎面的干濕變化。2)在何家壩大橋的施工中,對阻力最大的1號～5號段腹板內(nèi)外側增加了防裂鋼筋網(wǎng)片。為預防張拉時拉裂混凝土,施工時在錨下位置增加了5層鋼筋網(wǎng),同時要求錨下混凝土振搗必須密實。張拉時采用對稱張拉,即箱梁腹板兩側的預應力鋼絞線同時張拉、同一束鋼絞線兩端壓力同值進行。張拉結束后24 h內(nèi)進行孔道壓漿,當孔道漿體達到強度后,不僅減少了預應力的損失,同時也降低了錨具的負擔。3)在合龍段施工時,為防止合龍后裂縫產(chǎn)生,首先,對合龍段兩端梁體進行對稱配重,在合龍段澆筑時,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,對合龍段兩端梁體齒板鋼絞線進行張拉,張拉力為設計張拉力的20%,以減少合龍后張拉裂縫的產(chǎn)生;合龍段混凝土澆筑時嚴格控制澆筑溫度,根據(jù)計算何家壩大橋合龍段澆筑溫度選擇在17℃左右,因為這時混凝土收縮徐變最小,可最大程度的降低裂縫出現(xiàn)。

4 結語

連續(xù)剛構橋混凝土裂縫是一個復雜的技術問題,涉及設計、施工、材料、運營等多方面,混凝土早期裂縫產(chǎn)生的原因復雜,各地區(qū)的影響因素也各有差異,對混凝土構造物的危害也輕重不同。因此加強對混凝土早期裂縫產(chǎn)生原因及防治措施的研究,因地制宜,選擇適當?shù)姆乐未胧┦潜苊饣炷廉a(chǎn)生裂縫的有效途徑。

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