高铁预应力混凝土箱梁施工裂缝控制研究

摘要：本文对混凝土箱梁施工的特点进行了分析，总结出混凝土结构的裂缝成因，并且提出了一些可行的解决问题的措施，希望对从事高铁桥梁施工工作的朋友有所帮助。

关键词：高铁桥梁 混凝土箱梁 施工裂缝

引言：

近几年，随着技术水平的不断发展，混凝土箱梁结构在高铁桥梁建设中的应用越来越广泛，这种结构与其他结构相比，具有标准化程度高、造价低、使用年限长、施工方便等一系列特点，因此有着很强的竞争力。但是，在混凝土箱梁施工的过程中，我们发现会出现不同程度的开裂现象。这种现象的出现，会导致桥梁外观出现破损，进而导致钢筋出现锈蚀现象，甚至会导致桥梁使用寿命缩短。高铁桥梁混凝土箱梁施工裂缝的产生，不只与混凝土、钢筋的质量有关，也受到箱梁设计、施工质量等因素的影响。

一、高铁桥梁混凝土箱梁施工裂缝的成因

在高铁桥梁预应力混凝土箱梁施工的过程中，施工效果会受到很多方面因素的影响，例如温度、混凝土配合比、施工工艺和方法、收缩变形、不均匀沉降等，这些因素导致外约束力超过混凝土的抗拉强度，从而引起不同程度裂缝的产生。

1.设计时钢筋用量不合适，施工中钢筋位置偏离

在混凝土结构中，钢筋使用量会对整个结构的质量有着很大的影响，如果出现配筋率不足或者间距超标的情况，就有可能导致混凝土结构的局部应力过大，从而产生不同程度的裂缝。这类的问题主要出现在结构受力比较集中的地方。如，施工阶段张拉端的锚垫板下的螺旋加强筋的位置不正确或加强钢筋网片数量不够，施加预应力过程中，会导致混凝土结构出现裂缝，甚至局部出现破碎情况。

2.薄、厚变化部位和不同部位连接转角处连接不当

混凝土箱梁施工过程中，结构本身的薄、厚突变部位和不同部位连接转角处，如果局部混凝土振捣不够密实，施工方法的不当会引起混凝土上述部位出现裂缝。这类的问题在箱梁的面板和腹板交接的地方经常出现，箱梁的两端、梁中和腹板交接的地方常常会产生不同程度的裂缝。

3.水化作用对混凝土结构有重要的影响

在混凝土的拌和、振捣、凝结等工作进行的过程中，水泥及其他矿物成分会和水发生化学反应，我们称其为水化反应。在水化反应的过程中，会释放出相当多的热量，混凝土内部的温度会高达70摄氏度，高温出现的最早时间通常是混凝土开始浇筑后的15小时左右，能够持续20多小时，混凝土硬化过程中水化速度会随着时间的推移逐步减慢，直到硬化的混凝土温度降至与周围环境温度相当。在这个过程中，随着混凝土龄期的不断增长，混凝土的弹性模量也会相应急剧增高，产生温度应力，混凝土的抗拉强度远远低于它的抗压强度，一旦温度应力超过混凝土的抗拉强度时，箱梁表面就会产生裂缝。

4.混凝土收缩变形影响箱梁施工效果

在混凝土箱梁施工的过程中，因为混凝土收缩，常常会引起桥梁混凝土箱梁出现裂缝，其中，塑性收缩与失水收缩是导致混凝土箱梁结构出现体积变形的一个重要原因。在混凝土箱梁结构浇筑四到五个小时的时候，是水泥水化反应最激烈的时候，逐步形成分子链，并且出现了泌水、水分急剧蒸发的情况，当水分蒸发率超过泌水的速率时，骨料会由于自重下沉产生塑性收缩，这种收缩通产会在混凝土浇筑后的3到12小时内发生。在混凝土发生结硬之后，表层水分会逐步蒸发，混凝土的体积膨胀率降低。由于混凝土表面水分随时间推移快速蒸发，混凝土内部收缩不均匀，表面收缩变形会受到混凝土的约束，进而引起表面混凝土承受拉应力。在这种情况下，混凝土拉应力超过抗拉强度时，就容易产生收缩裂缝。同时，混凝土结构收缩还会受到模板、钢筋骨架的约束，在极限拉伸的作用下产生裂缝。

5.箱梁基础变形、模板变形、拆模时间、拆模温差问题

在基础竖向沉降不均匀、水平方向出现位置偏移的情况下，就会出现浇筑过程中的支架不均匀下沉结构中出现附加应力，在这种情况下附加应力超过混凝土结构的抗拉强度，导致结构性开裂，这种裂隙对桥梁有着极大的危害。而在箱梁生产过程中，箱梁内模会经历多次周转，在施工的过程中极容易出现损坏或刚度降低的情况，如果没有及时进行整修，就可能在混凝土浇注过程中出现支撑刚度不足，发生强烈的变形，这种情况下，混凝土几乎没有强度，顶板混凝土可能会出现下陷情况，并且逐步产生裂缝，影响桥梁使用寿命。在拆模时，如果过早拆模，混凝土拆模强度过低，容易产生裂缝和损角；拆模时间太晚，混凝土与模板之间的吸附力大增，拆模困难，强力拆模操作不当极易由于模板的擦碰而导致裂缝的产生。同时，如果拆模时混凝土芯部与表层，表层与环境温差过大，同样会产生温度应力，温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会出现箱梁表面裂缝。

二、高铁桥梁混凝土箱梁施工中应采取的措施

1.完善钢筋结构的配置

设计人员在设计时，一定要注意细节的设计，要注意完善局部承压区和应力集中区钢筋配置。在施工过程中，施工技术人员应当认真审查施工图纸，发现并改正其中的不足，作业时要保证该部位钢筋数量和位置的准确，尽可能避免由于疏忽导致的裂缝产生。相关技术人员还要勤于总结经验，不断提高自身的专业素养，尽最大努力避免裂缝的出现。

2.优化配合比，制定合理的施工方案

施工前制定合理的施工方案是必要的。配合比设计时，要优选低热水泥，同时掺加矿物掺合料以降低水化热；要选择最优的施工方法，保证水泥的水化反应在合理的环境下进行，保证各个环节符合施工要求。浇筑过程中要由经验丰富的振捣手进行操作，保证混凝土浇筑的质量，增加混凝土的表面密度，使混凝土表面的裂缝愈合，控制好收面和拉毛时间和方法，尤为重要的是，及时做好覆盖养生，并保证养生龄期，尽量避免混凝土收缩变形引起的裂缝。

3.要妥善处理薄厚变化部位和不同部位连接转角处的连接问题

在混凝土箱梁的施工过程中，要控制好薄厚变化部位，并且要加强连结转角处钢筋的合理配置，避免这些部位出现裂缝。施工人员还要注意加强对施工过程中各个工艺、环节的控制，避免因为施工顺序、振捣工艺等原因产生的裂缝。

4.要选择适当的天气进行浇筑混凝土

上面我们已经提到混凝土在拌和、凝结等环节中会发生水化反应，需要有良好的温湿度环境作保障。因此在混凝土箱梁施工过程中我们要注意对气象进行关注，选择较好的温湿度环境进行箱梁混凝土的浇筑工作，尽可能地避免高温、下雨天气，还要避免温差较大的气象条件。要注意，夏季施工要尽量避开高温时段，而冬季施工要尽量选择温度相对较高的时段进行，总之，我们要选取合适的温湿度环境，以确保混凝土拌和、浇筑、硬化顺利进行。

5.要控制好拆模的时间、温度及起吊时间

在混凝土箱梁施工的过程中，一定要控制好拆模时间和起吊时间。通常情况下，拆模时间要以混凝土的强度为依据，通过对同条件试件进行试压确定拆模时间，万万不可出现早拆的情况；控制好拆模时的温度，拆模时，粱体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不宜大于15℃。而起吊时间必须是预应力筋预张拉和初张拉结束以后进行。

结论：

在高铁箱梁施工的过程中，我们会遇到这样那样的问题，我们要不断改进，保证工程顺利有序地进行。从目前情况来看，我国高铁桥梁混凝土箱梁施工工作取得了不错的效果，但还需要进一步改进，混凝土箱梁结构裂缝是一种比较普遍存在的现象，需要继续摸索和总结，进而不断完善我们的技术水平，从而达到控制高铁桥梁混凝土箱梁施工的目的。在我们日后的工作中，希望有关人员能够充分重视工艺的规范化和改良，尽量减少箱梁结构裂缝的出现。

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