预应力混凝土预制箱梁裂缝成因分析及处治

【摘要】基于箱梁裂缝对混凝土预制箱梁外观质量的影响，结合我国贵广铁路GGTJ-1标段施工状况，对预应力混凝土预制箱梁裂缝的形成原因进行了较为深入的分析，在此基础上，并提出了一些有针对性的箱梁裂缝防治措施。

【关键词】混凝土、预制箱梁、裂缝，成因分析、处治

中图分类号： TU375文献标识码：A 文章编号：

1、引言

近年来，我国经济发展水平的快速提高，也促进了我国铁路建设的快速发展；随着铁路建设的快速推进，各种桥梁施工技术及应用也日益成熟；但在很多桥梁施工过程中，不同程度的裂缝也常在混凝土预制箱梁顶板、跨中等附近产生，极大地影响了混凝土预制箱梁的外观质量； 基于此，以下结合我国贵广铁路GGTJ-1标段施工状况，就预应力混凝土预制箱梁裂缝的形成原因及相应的处治措施进行一些探讨。

2、工程概况

贵广铁路GGTJ-1标段起讫里程为DK36+960～DK106+220，线路全长69.26km。本标段线路起于老罗堡，至龙里县设龙里北站，穿越平寨隧道、太阳庄隧道后在贵定县昌明镇设昌明站，线路前行穿越油竹山隧道、斗蓬山隧道至本标终点；在主线起止里程范围内，有龙里北车站1号等四线大桥3座，龙里北车站1号左双线大桥及龙里北车站1号右双线大桥等双线大桥23座, 毛草冲左线大桥及毛草冲右线大桥等单线大桥6座，这些桥梁均采取简支箱梁的预制方式，由中铁二局集团新运工程有限公司贵定制梁场主要负责本标段简支箱梁的预制，总共511片箱梁的预制和架设任务，其中双线32m组合箱梁300片，24m组合箱梁38片，单线32m整孔箱梁149片，单线24m整孔箱梁24片，具体如下表所示：

表一主要工程数量表

从整个工程项目的施工过程来看，存在着工序多、工期紧及施工难度大等特点，此外，本工程项目具有重点工程多，桥梁跨度大以及施工干扰多等一系列难点。在对桥梁上部结构进行施工中，采用先简支后连续这种施工方案；箱梁预制工作于2011年4月开始，2012年9月制梁完成。在预制箱梁后一段时间，发现在拆模后两天左右，有不同程度的裂缝在箱梁顶板、跨中附近产生，而且裂缝主要在腹板处这个地方产生，呈两面对称分布，对箱梁外观质量产生了较大的影响；为在以后工程施工中，避免类似的裂缝再次出现，在施工过程中认真分析了混凝土箱梁裂缝的形成原因，并针对其成因，采取了相应的处治措施，从而有效控制了混凝土箱梁裂缝的出现，达到了预期的工程施工效果。

3、预应力混凝土预制箱梁裂缝的成因分析处治措施

在混凝土结构中，裂缝是一种经常会遇到的现象；总的来看，这种裂缝主要有两类：第一类：其形成主要跟外荷载有关，通常也叫结构性裂缝，这种裂缝通常是在结构承载力不足这种条件下产生的；第二类：其形成与变形有关，通常也叫非结构性裂缝；在贵广铁路GGTJ-1标段这个工程中，其预应力混凝土预制箱梁所出现的裂缝，绝大多数属于变形裂缝；以下就针对这种类型裂缝的形成原因，进行着重分析：

3.1 因温度变化而产生的裂缝

3.1.1 裂缝成因分析。具有热胀冷缩，这是混凝土的一个重要性质，如果外部环境的温度或者结构内部温度出现变化，这时混凝土就会出现变形，如果变形受到制约，那么应力就会在结构内部出现，结构内部所产生的应力一旦大于混凝土的抗拉强度，此时就将不可避免地出现温度裂缝；相比于其他原因形成的裂缝，温度裂缝会随着温度的改变而出现合拢或者扩张，这是温度裂缝最为主要的一个特点；实践表明，日照和骤然降温，这是引起结构出现温度裂缝的主要原因，由于贵广铁路GGTJ-1标段这个工程，地处我国南方地区，在其施工期间，施工场地范围内，具有变化较大的昼夜温差，白天，受太阳暴晒的混凝土构件，其温度明显比其他没有受到太阳暴晒的部位来得高，致使预应力混凝土温度梯度呈非线形分布，因受到自身约束作用，带来局部存在着比较大的拉应力，一旦大于自身抗拉强度，就产生了温度裂缝。

3.1.2 处治措施。针对贵广铁路GGTJ-1标段所出现的温度裂缝，多数与日照引起的温度变化有关，因此，为有效控制温度裂解的出现，在本工程施工中所采用的处治措施是：在完成混凝土施工后，严格按照《贵定制梁场箱梁预制实施性施工组织设计》里面所规定的要求，来进行覆盖洒水养护，在日照最为强烈的中午，在受到太阳暴晒的混凝土上加盖覆盖物，并把洒水次数和养护次数进行适当增加，确保混凝土常处于湿润状态。

3.2 因收缩而引起的裂缝

3.2.1 裂缝成因分析。因收缩而导致混凝土出现裂缝，这在贵广铁路GGTJ-1标段这个工程施工中也是比较常见的，因收缩而引起混凝土出现裂缝，主要有两种类型：①塑性收缩而引起的裂缝：这种裂缝主要出现在浇筑混凝土后四至五小时后，由于水泥具有较强烈的水化反应，逐渐形成分子链产生泌水和水分的快速蒸发，混凝土因失水而出现收缩，此外，因自身重量而使骨料下沉，但此时混凝土还没有出现硬化，因而出现塑性收缩；下沉的骨料一旦受到钢筋的阻挡，在沿着钢筋方向就会出现裂缝。②因缩水收缩而形成的裂缝；混凝土出现硬结以后，因表层水分的不断蒸发，致使其湿度不断下降以及体积不断减小的混凝土，这就使得缩水收缩这种现象出现了；由于水分损失，在混凝土表层要比混凝土内部来得快，因而出现了表面收缩大于内部收缩，这种收缩不均匀现象，致使内部混凝土对表面收缩变形产生了约束，从而带来了表面混凝土要承受一定的拉力作用，一旦表面混凝土所承受的拉力大于其抗拉强度，收缩裂缝就不可避免产生了；根据相关调查，贵广铁路GGTJ-1标段这个工程预应力混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩；若构件具有比较大的配筋率，则钢筋对混凝土收缩具有比较明显的约束，极易在混凝土表面产生龟裂裂纹。

3.2.2 处治措施。为把混凝土塑性收缩尽量减少下来，在本工程施工中，严格根据《贵定制梁场箱梁预制实施性施工组织设计》里面所规定的要求来控制水灰比，尽量确保搅拌时间不要过长，要要下料速度控制住看，尽量不要过快，在振捣过程中，要确保振捣结果达到密实的效果，在竖向变截面的地方进行混凝土浇筑时，要采取分层浇筑这种施工方式来操作。实践表明，混凝土出现收缩裂缝，多与水泥的品种、用量及标号水灰比、骨料类型、养护方法、振捣方式以及外界环境等因素有着很大的关系，因此，贵广铁路GGTJ-1标段这个工程，在进行箱梁预制时，严格根据《贵定制梁场箱梁预制实施性施工组织设计》所规定的相关要求来采用水泥、骨料以及水灰比等看，这样操作，可最大限度把因材料而引起的裂纹这个因素排除掉，此外，在整个施工过程中，严格根据配合比来进行搅拌混凝土，对于振捣时间长短的控制，严格根据机械性能来进行操作，通常把振捣时间控制在5-15s/次这个范围，以确保混凝土强度的均匀，从而达到有效控制收缩裂缝的良好效果。

3.3 施工不当引起的裂缝

众多工程施工实践表明，施工工艺质量高低、施工工序是否合理，也是产生裂缝的一个主要原因；例如，在施工过程中，混凝土保护层如果厚度过大，带来构件的有效高度降低，从而出现与受力钢筋相互垂直的裂缝；又如，在振捣混凝土过程中因不规范操作，致使混凝土出现不密实或者不均匀而在混凝土之中形成空洞、蜂窝等，这极易引起钢筋出现锈蚀而带来裂缝的出现，等等。在贵广铁路GGTJ-1标段这个工程施工过程中，对预应力混凝土预制箱梁所形成的裂缝成因进行分析，发现其中也有一部分裂缝是由施工不当所引起的；为此，严格按照《贵定制梁场箱梁预制实施性施工组织设计》来进行施工就显得特别的重要；在本工程施工过程中，在发现因施工不当而引起的裂缝后，就严格规范工程施工操作，例如，为确保箱梁混凝土外观质量，保证箱梁预制周期满足总工期要求，就采用这种施工工艺来进行箱梁预制：箱梁预制所用模板均采用新制钢模，每个预制台座配置1套侧模。内模为2个制梁台座共用1套内模。端模的数量与内模一一对应。底模直接与生产台座联接，每个生产台位配备一套底模。箱梁侧模分块制造，在预制场内拼装完后联成整体，采用固定底模及固定侧模方式；结果表明，自从以这样的施工工艺来进行箱梁预制，因施工不当而出现的裂缝就再也没出现了。

4、结束语

总之，有关预应力预制混凝土箱梁裂缝的形成原因比较复杂；在生产建设中，深入研究和探讨其形成原因，并针对其成因，采取相应的措施加以有效防治，这对于有效控制预应力预制混凝土箱梁裂缝的出现、确保我国交通建设工程的施工质量均具有重大的意义。

参考文献

【1】中铁二局集团新运工程有限公司贵定制梁场.新建贵广铁路工程GGTJ-1标箱梁预制实施性施工组织设计.[J].中国中铁.2011.04

【2】范立础.预应力混凝土连续梁桥.[J].人民交通出版社.2009.05

【3】李宏涛.预应力预制混凝土箱梁裂缝成因分析及处治.[J].中外公路.209.05