顶板有裂纹的原因 悬浇连续梁顶板纵向裂纹的原因与控制措施
时间：2019-05-28 03:20:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：文章主要通过工作实践，针对某预应力混凝土连续梁顶板出现裂纹的原因进行详细地分析与探讨，主要从施工方面进行阐述，并提出了裂纹防治的应对措施，旨在有效控制裂纹的产生及保证桥梁的耐久性。
关键词：预应力，悬浇箱梁桥，裂纹，控制措施
Abstract: the paper mainly through the work practice, in view of some prestressed concrete continuous beam crack of roof the reason of the detailed analysis and studies, mainly from the construction aspects, and puts forward the measures of the prevention and control of crack, aims to effectively control the fatigue and guarantee of the durability of the bridge.
Keywords: prestressed, suspended poured box girder bridge, crack, control measures
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
目前，我国大跨径预应力连续梁桥普遍采用悬浇施工工艺，随着悬浇节段的增加，结构力随着结构体系、约束条件、温度变化以及荷载变化而不断变化，这种复杂的体系造成了各类裂纹的产生， 给工程质量带来众多隐患。悬浇施工裂纹防治问题一直是工程界探讨和研究的重要课题，但由于影响因素多而不能彻底解决。本文主要结合某悬浇预应力箱梁桥的工程案例，分析悬浇箱梁桥顶板纵向裂纹的原因，并提出了相应的控制措施。
1 工程概况
某预应力混凝土连续梁桥，桥跨结构为60m+104m×5+60m，梁体采用单箱单室变高度变截面箱梁,梁段梁底下缘曲线为二次抛物线:Y=4.8+3.2*X2/432 (m),每节段底缘按直线变化，梁高从4.8m~8.0m不等，箱梁顶板宽10.96m，底板宽6.6m，顶板厚45cm，边跨现浇段顶板厚由45cm渐变至80cm，底板厚45～90cm，腹板厚45～90cm。为保证桥面排水顺畅，设计时桥面设2%的人字坡排水至翼缘端,排水坡最厚处为11cm。而为了确保排水坡混凝土与梁体混凝土的整体性，施工时将排水坡与梁体一起浇筑成型。
2 顶板裂纹的类型
通过检查检验发现，悬浇箱梁桥顶板出现的纵向裂纹有如下特点：
(1)除0#段和边跨现浇段外，很多节段顶板上均有纵向的裂纹，离河岸越远的节段顶板裂纹越多。
(2)裂纹均从新旧节段交界处开始，向新浇段方向呈纵向收敛发展。
(3)所有裂纹均集中在梁中心线两侧2m范围内。
(4)裂纹最大宽度0.21mm；长度最短0.3m，最长与节段等长；绝大部分裂纹深度在10cm以内。
3 桥梁顶板裂纹形成的原因分析
3.1结构约束应力
如果混凝土构件无约束，无论构件干缩还是温度变形，都不会产生裂纹。当变形受到约束产生约束应力，约束应力超过混凝土极限抗拉强度时，便引起变形。箱梁截面的顶板为长细结构形式，并采用悬浇节段施工，在这种结构形式和施工方法下，先浇段对后浇段有显著约束作用，引起较大约束应力。所以裂纹大多从梁段的接缝处开始，向新浇筑段方向，呈收敛发展。
3.2 钢筋混凝土保护层过厚
前面提到，施工单位为了确保排水坡混凝土与梁体混凝土的整体性，施工时将排水坡与梁体一起浇筑成型，如下图。
梁体混凝土为钢筋混凝土，最外层钢筋的混凝土净保护层厚度为4cm。而排水坡为素混凝土，当排水坡混凝土与梁体混凝土一起浇筑成型时，可以理解为：梁体钢筋混凝土的保护层为15cm(以排水坡最高点计算)。混凝土的凝结过程伴随着失水收缩，因钢筋混凝土保护层过厚，混凝土的收缩应力大于混凝土的极限抗拉强度，导致裂纹出现，因此所有裂纹均集中在梁中心线两侧2m范围内，这是导致该桥出现纵向裂纹的主要原因。
3.3 横向预应力张拉滞后
现行的连续梁桥设计均采用了三向预应力体系，在设计中采取滞后两个节段张拉方式。而在施工时，因种种原因，横向张拉往往要滞后更多节段。因未及时给混凝土一定的横向压应力，导致混凝土顶板出现纵向裂纹。
3.4 水泥用量过大
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量。本梁采用C55高性能混凝土，胶凝材料总量为480 kg/m3，其中水泥360 kg/m3，以此计算，每立方米混凝土将放出1.8×108J的热量，从而使混凝土内部温度升高。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂纹。该桥在施工中为了改善混凝土和易性和提高混凝土早期强度，将粉煤灰减少了20 kg/m3，而水泥增加了40 kg/m3，是进一步导致结构表面产生裂纹的重要原因。
3.5 用水量过大
本桥为跨江而设，桥跨结构为60m+ 104m×5+60m。在施工离河岸较近的节段时，混凝土采用一级地泵输送，混凝土按原配合比160±20cm的坍落度施工；在施工离河岸较远的节段时，混凝土输送管长度达350米，需二级泵送，而长距离的管内摩擦，导致混凝土坍落度迅速下降，到了二级地泵处，泵送压力明显增大，尤其是在白天温度高时。
为了减轻泵送压力，现场施工时，往往违规操作：加水。导致混凝土水胶比增大，混凝土内水分和表面浮浆过多，增加混凝土收缩时的体积变化，再加上有前一节段约束应力的存在，致使混凝土开裂。
3.6 混凝土施工技术
广西地区一年四季温度均较高，施工过程中往往是混凝土入模温度较高，温度应力难于控制。砂石料仓虽有遮阳棚，但在高温天气，砂石料在入拌和楼前依然具有较高的温度，搅拌过程中水泥水化又释放能量，热量堆积，温度急剧上升，造成混凝土的入模温度较高。悬浇混凝土施工采用高空泵送，为控制好混凝土的坍落度、和易性和流动性，势必造成增加水泥用量，增加水化热；泵送混凝土的下料速度较快，骨料又易堆积，加上混凝土振捣不当，漏振、过振或抽拔过快，影响混凝土的密实性和均匀性，诱导了裂纹产生。
3.7 混凝土养生
混凝土浇筑结束后洒水和表面遮盖不及时，桥面风速大，烈日曝晒，混凝土表面迅速失水收缩致使混凝土表面拉应力大于混凝土极限抗拉强度而形成裂纹。
4 加强顶板裂纹的控制措施
针对前面分析的原因，可以采取相对应的措施来减少或抑制裂纹产生。对于悬浇连续梁，结构约束应力是客观存在的，无法改变，可以从以下施工方面入手：
4.1 排水坡与梁体分开施工
先施工梁体混凝土，这样钢筋混凝土的保护层适中，钢筋可以抵抗部分混凝土的收缩应力，从而减少裂纹产生。合拢后再施工排水坡，将顶板充分凿毛、湿润可增强新旧混凝土的连接。对于排水坡较厚的地方，可以采用纤维混凝土或在素混凝土中铺设铁丝网片以增强混凝土的抗拉强度。
4.2 缩短横向、竖向预应力张拉时间
施工过程中，桥面堆载工具、材料是不可避免的，及时张拉横向预应力避免桥面堆载造成裂纹。在张拉纵向预应力束后马上张拉前一个节段横向预应力束。这样横向预应力束张拉时混凝土已具备足够的强度，避免因混凝土强度低而在张拉点附近产生裂纹，同时及时张拉竖向预应力束，使得混凝土在三向预应力体系下工作，避免因堆载材料、混凝土收缩而产生裂纹。
4.3 减少水泥、水用量
严格控制水胶比, 在满足设计和施工要求的前提下，尽量选用低水胶比的配合比。该桥采用C55高性能混凝土，原水泥掺量为360kg/m3，施工中一度将水泥用量提高到400 kg/m3，无疑增加了水化热的产生；原用水量为145 kg/m3，而施工时却随意现场加水，导致混凝土收缩时体积变化过大而出现裂纹。减少水泥用量和用水量的措施有很多，如：选用级配良好的，细度模数在2.7~2.9的中砂；选用级配良好的，针片状少的，堆积密度最大的二级配碎石；同时选用合格的粉煤灰和矿渣粉，粉煤灰是棱角状物质，而矿渣粉是圆粒状物质，两者相结合，通过减少混凝土内部孔隙来减少水泥用量；选用优质聚羧酸高效减水剂，通过减少用水量来减少水泥用量等等。
4.4 降低混凝土入模温度
广西温度偏高，施工中注意降低混凝土浇筑时的入模温度。在搅拌站要对堆在露天的砂石用搭棚或用布的方式覆盖，以减少阳光对其的照射；同时对浇筑前的砂石用冷水降温，在搅拌前向混凝土拌合水中添加冰块；刚出厂的水泥，在贮存罐中停置七天以后，待其温度降下来之后再用；运输过程中对混凝土罐车表面用湿布进行降温；对输送管表面洒水或覆盖；以上措施可以有效的降低混凝土的入模温度。
4.5加强混凝土养生
桥面混凝土用麻袋遮盖,持续抽水喷养，保持湿润状态，不出现干湿交替。混凝土表面覆盖一些织物进行保温、保湿养护，不仅降低混凝土内外温差, 防止表面产生裂纹，而且防止了混凝土骤然降温产生贯穿裂纹，使水泥顺利水化，防止产生湿度裂纹。
5 结束语
总之，悬浇连续梁顶板纵向裂纹的原因是复杂的，主观因素主要表现在施工方面，从施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中加以控制，可有效控制危害结构裂纹的产生。
参考文献
[1]叶见曙.结构设计原理[M] .北京:人民交通出版社,2004.
[2]林明庆. 浅谈预应力混凝土悬浇箱梁施工质量控制要点[J]. 山西建筑,2007,33( 34): 243-244.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
