浅谈客运专线箱梁混凝土裂缝产生原因和控制措施

摘要:随着基础建设的迅速发展，桥梁建设中大体积混凝土应用越来越多，混凝土在现代桥梁工程建设中已经占据了非常重要的地位。但是，在使用混凝土的同时，由于对混凝土的性能了解不深，在工程完毕后的几天或者更长一点的时间后，时常会遇到混凝土开裂现象，给人们的心中造成担忧和困扰。也是长期以来桥梁工程技术人员一直在攻关的一个重要课题。

关键词:预应力；混凝土；箱梁；裂缝；防治；措施

中图分类号：TU37 文献标识码： A

兰新铁路第二双线是我国《中长期铁路项目规划》重点项目，它以投资规模大、技术含量高、工期要求紧、施工标准严的特点，成为我国在严寒地区建设的重要客货共线铁路。现以疏勒河特大桥制梁场生产的简支箱梁为例，阐述大体积箱梁在施工、养护、搬运、架设各阶段中，梁体易出现裂纹的部位、产生的原因和控制措施。

1．梁体裂缝产生的原因及控制措施浅析

在箱梁预制过程中，容易造成混凝土裂缝的主要因素总体来说还是由混凝土的自身质量、施工工艺及灌注时间、钢筋的保护层厚度、内部与外界的温度差、张拉应力、提梁应力及混凝土的养护等多个方面产生的。

1．1 混凝土原材料质量问题引起的裂缝及控制措施。

1.1.1产生原因

1.1.1.1 混凝土原材料性质

混凝土主要由水泥、砂、碎石、粉煤灰、拌和水及外加剂组成，配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致混凝土出现裂缝。

a.水泥

水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。当水泥中含碱量较高(例如超过0.6％)，同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应，从而导致混凝土开裂。普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水化热不易散发，导致混凝土内部温度过高，内外部温差过大使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。

b.砂、石骨料

砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重；砂石中云母的含量较高、泥含量较多，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度；砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度；砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀2.5倍。这些都是造成混凝土裂纹的基本因素。

c. 拌和水及外加剂

拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

1.1.1.2 配筋的影响

预应力混凝土构件的一大缺点是，随着服务时间增长，构件内预应力钢筋束的松弛效应也愈加明显。现代施工中，一般使用低松弛钢绞线材料，规范张拉前、张拉中的操作工艺等，以减少预应力损失。但在大跨度梁预应力施加中，一般规范规定往往与具体情况难以十分吻合，长时间持荷受力加上徐变收缩的影响，预应力损失仍是可观的。较大的应力松弛增加了腹板的主拉应力，超过混凝土抗拉强度标准值后造成开裂。

1.1.2控制措施

提前到料原地进行取样、检验，选定符合规范要求的原材料。严把原材料进场检验关，不符合要求的材料及时清场，同时做好对进场原材料的储存和保护，防止受到污染。

1．2混凝士施工工艺引起的裂缝

1.2.1产生的原因

在混凝土浇筑、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：

混凝土保护层过厚。如踩踏已绑扎的上层钢筋，使钢筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝；为便于箱梁整体内模的安装，绑扎内侧梁体钢筋时向梁外侧偏移，主要表现在梁体内侧上倒角钢筋保护层过厚，提梁时该处所受扭力过大，且应力集中，极易形成裂纹。

混凝土振捣不密实、不均匀，导致钢筋锈蚀，是其它荷载裂缝的起源点。

混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，和易性和流动性减小，使得混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。

1.2.2 控制措施

严格控制钢筋保护层厚度。钢筋绑扎模具尺寸正确，钢筋位置放置准确，在对梁体钢筋的绑扎过程和吊装入模后，由质检人员进行检查，确保钢筋保护层厚度符合要求。

配筋宜细而密，不宜粗而稀。注意在收缩应力集中区。虾强构造配筋。预应力结构加强非预应力配筋j

梁体混凝土的浇筑采用2台混凝土输送泵车 (另各有一台备用)，确保连续浇筑、一次成型，浇筑时间不宜超过6h。

1.3 混疑土内外温差引起的裂缝

1.3.1 产生的原因

混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束。则在结构内部将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。

1.3.2 控制措施

采用蒸气养护棚对浇筑后的箱梁进行封闭养护。蒸养期间及撤出保温设施时，粱体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不应超过l5℃。蒸汽养护结束后，应立即进入自然养护，时间不少于7d。

在蒸气养护的四个阶段中，为防止箱梁混凝土内外温差过大，要控制升、降温的速度。静养阶段：是指混凝土浇注完毕至升温前先放置一段时间，主要是为了增强混凝土对升温阶段结构破坏作用的抵抗能力。静停期间应保持棚温不低于5℃，浇筑完成后静养不小于4小时。升温阶段：指混凝土原始温度上升到恒温阶段，为防止混凝土表面因体积膨胀 陕而产生裂缝，因此必须控制升温速度，每小时不超过10℃。恒温阶段：是混凝土强度增长最快的阶段。恒温时蒸汽温度不宜超过45℃，梁体芯部混凝土温度不宜超过60℃，各别最大不超过65℃，恒温阶段棚内应保90-100％的相对湿度。降温阶段：在降温阶段内，混凝土已硬化，如降温过快，混凝土会产生表面裂缝，因此降温速度应加以控制，每小时不得超过10℃。

施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料人模温度，降低内外温差．并缓慢降温。

1．4 粱体的张拉和提移时产生的裂纹

1.4.1 产生的原因

1.4.1.1 直接应力和次应力裂缝

混凝土桥梁在受外力作用及次应力作用下也会产生裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

直接应力裂缝

直接应力裂缝是指外力引起的直接应力产生的裂缝。施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式等。

次应力裂缝

次应力裂缝是指由外力引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：

①在设计荷载作用下，由于结构物的实际工作状态,同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次直力导致结构开裂。

② 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。

1.4.1.2 提梁引起的裂缝

提梁时会在梁内侧顶部倒角处产生较大弯矩，弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。

1.4.2 控制措施

箱梁在初张拉完成后或管道内浆体强度达到设计要求后方可进行提梁作业，初张拉后提梁时严禁梁上堆放其他重物。

箱梁四支点高差控制：为保证箱梁四支点均匀受力，防止因“三条腿”现象使箱梁受扭而产生裂缝。要求箱梁在四支点高差均不得超过2mm。

参考文献:

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[2] TB J283_2004《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》

[3]铁道部经规院通桥(2008)《无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁施工参考图》

[4]叶琳昌，沈义。《大体积混凝土施工》［M］。北京：中国建筑出版社，1987.