某客運專線預應力混凝土箱梁裂縫的成因分析

景淑媛

摘 要：該文通過對某客運專線預制預應力混凝土箱梁出現裂縫的情況，對混凝土裂縫成因和裂縫分布規律展開分析，尋找裂縫產生的原因，并采用適當的措施進行干預、控制，使后續箱梁的裂縫數量較大幅度的降低，保證了預制箱梁滿足設計和使用的要求。

關鍵詞：混凝土箱梁 裂縫 成因

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0085-02

某客運專線32 m箱梁采用后張法預應力混凝土簡支梁，單室雙箱，圓弧形薄壁，C50混凝土一次澆筑，澆筑數量260 m3，張拉分為兩次張拉完成，結構簡潔、線條流暢，初期預制的箱梁表面產生了一部分裂縫，該文對該箱梁裂縫進行成因和預防措施進行分析。

1 混凝土裂縫的成因

混凝土是當代最主要的土木工程材料之一，它是由膠凝材料、顆粒狀集料、水及外加劑和摻合料按一定比例配制，經均勻攪拌，密實成型，養護硬化而成的一種人工石材，由于內外因素的作用，混凝土澆筑完成后不可避免地存在裂縫，裂縫產生的原因分析如下。

1.1 水泥水化熱

水泥水化反應[1]是放熱過程，水泥水化熱引起的砼內部溫度升高可達30 ℃左右，在常溫條件下水泥在3 d內放出熱量占總水化熱的50%以上，造成混凝土內部升溫較快[2]。混凝土澆筑完成后7以內，混凝土內部溫度的上升造成混凝土內外的溫差，在外部降溫時，砼外部表面收縮，而內部溫度高，對外部的收縮產生一定的約束力，最后在砼的外表面形成一定的拉應力，若混凝土的抗拉強度小于拉應力時，混凝土的表面就會出現微小的裂縫。

1.2 干燥收縮

混凝土停止養護后，置于未飽和空氣中的混凝土因失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發生的不可逆收縮，稱為干燥收縮。收縮過程中由于外表面溫度低，收縮快；中心溫度高，收縮慢，內外收縮不一致，外表面的干縮受到內部的約束，在混凝土的外表面形成一定的拉應力[3]，從而誘發混凝土裂縫的逐漸發生。

1.3 外部約束條件

外部約束條件在混凝土結構在變形過程中產生外部約束力。當大體積混凝土澆灌在堅硬地基或者堅硬鋼模板臺座上時，混凝土表面由于冷卻而收縮，由于受地基或鋼臺座的約束，混凝土下部收縮緩慢，使混凝土內部形成一定的拉應力，使砼產生裂縫[4]。

1.4 外界氣溫

外界氣溫愈高，混凝土的澆灌溫度也愈高，這對控制溫升是有利的，而外界氣溫劇降，則會增加混凝土表面與內部的溫度梯度，造成砼表面形成裂縫。

2 裂縫的分類

根據混凝土裂縫的寬度大小，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類[5]。

2.1 微觀裂縫

微觀裂縫是指肉眼看不到的，砼內部固有的一種裂縫，它是不連貫的，寬度一般在0.05 mm以下，這種砼本身固有的微觀裂縫，荷載不超過設計規定的條件下，一般視為無害。

2.2 宏觀裂縫

微觀裂縫在外力或自身變形下繼續擴展，當裂縫寬度大于等于0.05 mm時，稱為宏觀裂縫，當寬度小于0.2-0.3 mm的裂縫是無害的，若裂縫超過0.3 mm時，將對混凝土有一定影響。

3 箱梁裂縫的分布規律及其原因分析

3.1 頂板裂縫

沿箱梁的各個方向均有分布，分布基本無規律，裂縫寬度為0.2～0.5 mm，裂縫長度為5～20 cm，如圖1和圖2所示，裂縫原因分析如下。

（1）混凝土收縮，溫差，養護，結構構造筋變形等原因引起的[6]。混凝土在硬化過程中，僅有一部分水分參加水化作用，而其余水分漸漸蒸發，使混凝土產生干縮變形。如果干縮產生的拉應力超過混凝土硬化初期的抗拉強度時，就會出現裂縫。而在頂板施工的這幾天天氣變化和溫差都較大，加之澆筑完畢后未及時覆蓋灑水養護而造成表面水分蒸發過快，使混凝土體積急劇收縮產生裂縫。

（2）砼澆筑間隔過長，箱梁腹板和頂板混凝土澆筑間隔時間長，箱梁腹板澆筑完成后，部分箱梁頂板澆筑未能及時跟上，造成頂板和腹板連接部分變形不同步，而易產生裂縫。

（3）砼澆筑時間長，由于混凝土拌合設備出現故障，一部分箱梁在澆筑過程中，混凝土澆筑迫不得已中斷，最長中斷達2.0 h，個別箱梁總澆筑時間接近10 h，而設計文件要求箱梁澆筑時間為6 h以內。

（4）箱梁頂板壓光收面時，由于表面浮漿不足，部分工人違規向箱梁表面灑水壓光收面，改變了梁體原有混凝土的配合比。

3.2 提梁預留孔附近裂縫

在提梁預留孔附近發現有少量裂縫，分布不規則，原因有：由于施工人員在箱梁頂板上開設的提梁預留孔被割斷的鋼筋不能有效的產生約束作用，形成這一斷面抗拉能力下降導致預留孔附近產生裂縫，而鋼筋就是在混凝土收縮過程中產生拉應力，有效提高混凝土的抗裂性能。

3.3 梁體兩端底板裂縫

梁體兩端底板裂縫分布比較密集，裂縫寬度在0.15～0.5 mm之間，原因分析如下。

一是底板無法灑水養護，溫度較大產生裂縫；二是由材料質量引起的，混凝土的水灰比、塌落度、外加劑、以及砂石料的含泥量超標均會影響混凝土的強度，引起裂縫。三是振搗工藝引起的，在澆筑過程中，混凝土的振搗不及時，不到位或過分振搗，造成離析，造成表面砂漿層，它比下層混凝土有較大的干縮性能，待水分蒸發后，形成凝縮裂縫。

4 裂縫預防措施

經過現場分析和討論，預防措施如下。

4.1 減少兩次混凝土澆筑時間

箱梁腹板和頂板的兩次澆筑時間間隔過長，當頂板混凝土在迅速地硬化時，腹板砼已完成了大部分的硬化和收縮，硬化、收縮速率不同，腹板混凝土約束了頂板混凝土的收縮，腹板和頂板界面處產生拉應力，而此時頂板混凝土早期強度低，當拉應力增加達到混凝土抗拉強度時，就會出現裂縫。endprint

4.2 提梁預留孔處加設防裂鋼筋

按規范合理開設預留孔，在開孔角上適當地加設防裂鋼筋能夠提高混凝土的極限拉伸值，對控制混凝土的收縮裂縫有積極作用。

4.3 優化砼配合比

（1）適當添加早強劑，提高混凝土的早期強度。

（2）適當增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流動性、和易性，降低混凝土水化熱，有減水、潤滑、緩凝等作用，可以有效防止溫度裂縫的產生。

（3）適當增加減水劑，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝結時間，減少用水量。

4.4 提高振搗質量

對澆筑、振搗過程中的操作人員進行有針對性的技術交底，澆筑過程中合理安排施工人員，做到振搗及時、到位、無離析，避免振搗不及時、不充分、過分振搗，避免混凝土離析、粗骨料下沉、表面泌水等情況出現。

4.5 及時收面壓光

在混凝土澆筑完成后，加強振搗，利用振動滾桿提漿，使表面出現浮漿，安排專人進行收面壓光，嚴禁用灑水代替浮漿。

4.6 及時養護

混凝土澆筑完畢及收面壓光后，待強度達到一定后及時覆蓋土工布，灑水養護，使混凝土表面保持濕潤狀態，不斷補充蒸發的水分，這樣既可以防止混凝土的干縮裂縫，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉強度。

5 結語

客運專線預應力箱梁的裂縫成因是比較復雜的，對于箱梁裂縫的分布規律、形成原因還有待進一步分析，該工程通過采取上述預防措施后，裂縫數量逐步減少，取得預期的效果。

參考文獻

[1] 薛峰.預應力混凝土箱梁裂縫的分析與探討[J].城市道橋與防洪術，2013（5）：162-163.

[2] 陳罡.淺析大體積混凝土開裂原因及其防止方法[J].大眾商務（投資版）中國建筑工業出版社，2009（12）.

[3] 張令葦.淺析大體積混凝土開裂原因及對策[J].城市建設理論研究（電子版），2012（15）.

[4] 王艷華.大體積混凝土施工工藝淺析[J].城市建設理論研究（電子版），2011（34）.

[5] 高速鐵路橋涵工程施工技術指南[M].鐵建設[2010] 241號.北京：中國鐵道出版社，2011.

[6] 杜文舉.混凝土橋梁裂縫成因的研究分析[J].甘肅科技，2009（24）：115-118.endprint

4.2 提梁預留孔處加設防裂鋼筋

按規范合理開設預留孔，在開孔角上適當地加設防裂鋼筋能夠提高混凝土的極限拉伸值，對控制混凝土的收縮裂縫有積極作用。

4.3 優化砼配合比

（1）適當添加早強劑，提高混凝土的早期強度。

（2）適當增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流動性、和易性，降低混凝土水化熱，有減水、潤滑、緩凝等作用，可以有效防止溫度裂縫的產生。

（3）適當增加減水劑，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝結時間，減少用水量。

4.4 提高振搗質量

對澆筑、振搗過程中的操作人員進行有針對性的技術交底，澆筑過程中合理安排施工人員，做到振搗及時、到位、無離析，避免振搗不及時、不充分、過分振搗，避免混凝土離析、粗骨料下沉、表面泌水等情況出現。

4.5 及時收面壓光

在混凝土澆筑完成后，加強振搗，利用振動滾桿提漿，使表面出現浮漿，安排專人進行收面壓光，嚴禁用灑水代替浮漿。

4.6 及時養護

混凝土澆筑完畢及收面壓光后，待強度達到一定后及時覆蓋土工布，灑水養護，使混凝土表面保持濕潤狀態，不斷補充蒸發的水分，這樣既可以防止混凝土的干縮裂縫，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉強度。

5 結語

客運專線預應力箱梁的裂縫成因是比較復雜的，對于箱梁裂縫的分布規律、形成原因還有待進一步分析，該工程通過采取上述預防措施后，裂縫數量逐步減少，取得預期的效果。

參考文獻

[1] 薛峰.預應力混凝土箱梁裂縫的分析與探討[J].城市道橋與防洪術，2013（5）：162-163.

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[3] 張令葦.淺析大體積混凝土開裂原因及對策[J].城市建設理論研究（電子版），2012（15）.

[4] 王艷華.大體積混凝土施工工藝淺析[J].城市建設理論研究（電子版），2011（34）.

[5] 高速鐵路橋涵工程施工技術指南[M].鐵建設[2010] 241號.北京：中國鐵道出版社，2011.

[6] 杜文舉.混凝土橋梁裂縫成因的研究分析[J].甘肅科技，2009（24）：115-118.endprint

4.2 提梁預留孔處加設防裂鋼筋

按規范合理開設預留孔，在開孔角上適當地加設防裂鋼筋能夠提高混凝土的極限拉伸值，對控制混凝土的收縮裂縫有積極作用。

4.3 優化砼配合比

（1）適當添加早強劑，提高混凝土的早期強度。

（2）適當增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流動性、和易性，降低混凝土水化熱，有減水、潤滑、緩凝等作用，可以有效防止溫度裂縫的產生。

（3）適當增加減水劑，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝結時間，減少用水量。

4.4 提高振搗質量

對澆筑、振搗過程中的操作人員進行有針對性的技術交底，澆筑過程中合理安排施工人員，做到振搗及時、到位、無離析，避免振搗不及時、不充分、過分振搗，避免混凝土離析、粗骨料下沉、表面泌水等情況出現。

4.5 及時收面壓光

在混凝土澆筑完成后，加強振搗，利用振動滾桿提漿，使表面出現浮漿，安排專人進行收面壓光，嚴禁用灑水代替浮漿。

4.6 及時養護

混凝土澆筑完畢及收面壓光后，待強度達到一定后及時覆蓋土工布，灑水養護，使混凝土表面保持濕潤狀態，不斷補充蒸發的水分，這樣既可以防止混凝土的干縮裂縫，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉強度。

5 結語

客運專線預應力箱梁的裂縫成因是比較復雜的，對于箱梁裂縫的分布規律、形成原因還有待進一步分析，該工程通過采取上述預防措施后，裂縫數量逐步減少，取得預期的效果。

參考文獻

[1] 薛峰.預應力混凝土箱梁裂縫的分析與探討[J].城市道橋與防洪術，2013（5）：162-163.

[2] 陳罡.淺析大體積混凝土開裂原因及其防止方法[J].大眾商務（投資版）中國建筑工業出版社，2009（12）.

[3] 張令葦.淺析大體積混凝土開裂原因及對策[J].城市建設理論研究（電子版），2012（15）.

[4] 王艷華.大體積混凝土施工工藝淺析[J].城市建設理論研究（電子版），2011（34）.

[5] 高速鐵路橋涵工程施工技術指南[M].鐵建設[2010] 241號.北京：中國鐵道出版社，2011.

[6] 杜文舉.混凝土橋梁裂縫成因的研究分析[J].甘肅科技，2009（24）：115-118.endprint