劉曉燕　黃婧

摘 要:針對(duì)贛江泰和特大橋施工過(guò)程中,荷載產(chǎn)生的裂縫、溫度變化產(chǎn)生的裂縫、混凝土收縮引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫和施工材料引起的裂縫做了較全面的分析和總結(jié),并提出了相應(yīng)的控制預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:贛江泰和特大橋裂縫控制措施

中圖分類號(hào):TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(a)-0065-02

近年來(lái),我國(guó)在交通基礎(chǔ)建設(shè)方面得到了高速發(fā)展,特別是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的應(yīng)用。在混凝土橋梁的建造和使用過(guò)程中,有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量,甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的現(xiàn)象頻頻發(fā)生,鋼筋混凝土出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實(shí),現(xiàn)代科學(xué)和大量的工程實(shí)踐證明:只要采取一定的設(shè)計(jì)手段和施工措施,很多裂縫是可以預(yù)防甚至控制、避免的。贛江泰和特大橋裂縫的種類就其產(chǎn)生的原因,大致可分為:荷載產(chǎn)生的裂縫、溫度變化產(chǎn)生的裂縫、混凝土收縮引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫、施工材料引起的裂縫。下面就針對(duì)贛江泰和特大橋的施工裂縫產(chǎn)生原因作較為全面的分析和總結(jié),并且從中探究出控制贛江泰和特大橋裂縫的有效方法來(lái)指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1贛江泰和特大橋工程概況

贛江泰和特大橋地處江西省泉州至南寧國(guó)家高速公路石城至吉安段,起于石城縣東南10km處的贛閩省界五里亭,與福建境內(nèi)永安至寧化高速公路相接,途經(jīng)石城縣、寧都縣、興國(guó)縣和泰和縣,終于泰和縣以北11km處的石頭山,與大廣高速公路及泉南高速公路吉安至蓮花段相連,全長(zhǎng)190.719km。橋梁全長(zhǎng)1900.20m,其中主跨為(48+4×80+48)m6跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁,全聯(lián)長(zhǎng)417.20m,橫截面為單箱單室箱型截面,箱梁頂寬10m,底寬5.2m,橋面全寬11.3m。主橋?yàn)?100+155+100)m,采用懸澆梁施工,左、右幅各有懸澆段19節(jié),合龍段1節(jié)。

2贛江泰和特大橋施工裂縫的種類及控制措施

2.1 荷載產(chǎn)生的裂縫及控制措施

贛江泰和特大橋在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫。歸納起來(lái)主要有彎曲裂縫、剪切裂縫、斷開(kāi)裂縫、扭曲裂縫和局部應(yīng)力引起的裂縫[1]。例如此橋梁若干橋臺(tái)的1/3處出現(xiàn)明顯的貫通橋臺(tái)的水平裂縫,發(fā)生在橋臺(tái)(超過(guò)4m位置)的薄壁臺(tái)中,據(jù)此裂縫的發(fā)生位置分析得出,橋臺(tái)的1/3處作為橋臺(tái)懸臂梁模擬壓力受力時(shí)的最大彎矩點(diǎn),多數(shù)由于橋梁臺(tái)后填土較高,土質(zhì)為液性低黏性土,類似軟土地基,排除設(shè)計(jì)缺陷和施工期間發(fā)生的可能,應(yīng)該在橋面板安裝后,在車輛活荷載及軟土自然下沉作用下共同引起臺(tái)背軟基滑移,導(dǎo)致橋臺(tái)受力模型擬為簡(jiǎn)支梁,橋臺(tái)1/3處的裂縫實(shí)際為剪力縫。上述水平裂縫若貫通則極易引起混凝土突然開(kāi)裂,鋼筋在長(zhǎng)期屈服應(yīng)力狀態(tài)下受力,不僅會(huì)大大縮減結(jié)構(gòu)使用年限,同時(shí)存在很大的安全隱患。在施工過(guò)程中,如果一旦出現(xiàn)斜裂縫,就應(yīng)立即加強(qiáng)觀察。如裂縫發(fā)展緩慢并只限制在受拉區(qū),裂縫寬度在限值以內(nèi),此時(shí)的斜裂縫還被允許;如果裂縫不斷發(fā)展或者裂縫超出受拉區(qū),則不論其寬度和長(zhǎng)度的大小,都應(yīng)及時(shí)施加必要的加固處理。

控制荷載裂縫的措施有以下幾點(diǎn)。

(1)贛江泰和特大橋在建造時(shí)期,要正確恰當(dāng)放置施工使用器械和材料;在受力的預(yù)制結(jié)構(gòu)不明了的情況下,嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的活動(dòng)情況;要按照?qǐng)D紙的設(shè)計(jì)和規(guī)定的施工程序施工;另外還要針對(duì)結(jié)構(gòu)做施工機(jī)具振動(dòng)條件下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

(2)橋梁在荷載作用下常常由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫,為了避免贛江泰和特大橋此類裂縫的產(chǎn)生,施工階段不得隨意在橋梁結(jié)構(gòu)中鑿槽、開(kāi)洞、設(shè)置牛腿等。

2.2 溫度變化產(chǎn)生的裂縫及控制措施

溫度是影響產(chǎn)生粗裂縫的重要原因之一,主要出現(xiàn)在鋼筋配備薄弱的位置。與溫度引起的內(nèi)應(yīng)力及約束應(yīng)力的大小與溫差有關(guān),特別是與晝夜間的變化關(guān)系最大,當(dāng)然溫度變化的速度(例如冷卻的速度)也是關(guān)鍵,橋梁上嚴(yán)重?fù)p害的裂縫往往發(fā)生在氣候條件最差的時(shí)候。贛江泰和特大橋多數(shù)表現(xiàn)為橋的薄壁臺(tái)和耳墻部位中,發(fā)生的數(shù)量和位置均無(wú)明顯規(guī)律,與橋臺(tái)高度也沒(méi)有呈現(xiàn)量的關(guān)系,另外,由于橋臺(tái)橫向長(zhǎng)度較長(zhǎng),高速公路單幅長(zhǎng)度有的甚至達(dá)到20m,盡管預(yù)留了沉降縫,但是受溫度變化的影響依然存在,施工期間便產(chǎn)生了此類非結(jié)構(gòu)裂縫。

控制溫度裂縫的措施有以下幾點(diǎn)。

(1)通過(guò)減小混凝土內(nèi)外溫差、降低水泥水化熱來(lái)防止混凝土由于收縮和膨脹產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土強(qiáng)度,可以有效的防止產(chǎn)生溫度裂縫。提高骨料的級(jí)配,使用干硬性的混凝土或者添加混凝土添加劑等措施,可以降低水泥的使用量;使用冷水?dāng)嚢杌炷?冷卻的碎石可以降低混凝土澆筑時(shí)的溫度;若果在混凝土澆筑時(shí)環(huán)境溫度較高,可以降低澆筑厚度,通過(guò)澆筑表層散熱;可以將通過(guò)冷水的水管埋設(shè)在混凝土中來(lái)降低溫度;統(tǒng)一恰好的拆模時(shí)間,規(guī)定合理的拆模時(shí)間,為避免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化,在氣溫驟降時(shí)應(yīng)對(duì)表面保溫;遇寒冷季節(jié),施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)采用保溫措施。

(2)保證合理地安排施工工序,防止高差超標(biāo)和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;為避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏應(yīng)合理分縫分塊。另外,可以通過(guò)改善混凝土的性能,提高抗裂能力,防止表面收縮。這對(duì)防止裂縫的產(chǎn)生有十分重要的作用,由于出現(xiàn)貫穿裂縫后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿裂縫的發(fā)生為主。

(3)新澆筑混凝土早期拆模很容易導(dǎo)致溫度沖擊現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,水化熱的散發(fā)會(huì)在表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí),表面溫度必定過(guò)高,如為了提高模版的周轉(zhuǎn)率而在此時(shí)拆除模板,混凝土表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加拉應(yīng)力,加上水化熱應(yīng)力,再加上混凝土干縮,表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力,極易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)考慮拆模時(shí)間,避免溫度超標(biāo)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生早期裂縫。但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料(如塑料薄膜),可以有效防止早期裂縫的產(chǎn)生。

2.3 混凝土收縮引起的裂縫及控制措施

混凝土的收縮包括兩點(diǎn):(1)水泥的水化產(chǎn)物在凝固反應(yīng)后體積變小。(2)混凝體的體積會(huì)隨著硬化過(guò)程中水分的蒸發(fā)而減小。因?yàn)榛炷劣赏獾嚼镏饘痈稍?內(nèi)部形成含水分布階梯,造成外表收縮程度大,內(nèi)里收縮程度小的收縮不均勻。進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的外表承受拉力,內(nèi)部承受壓力的現(xiàn)象。如果外表拉力大過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),就容易出現(xiàn)收縮裂縫。

贛江泰和特大橋多處在Ｔ梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤游恢?因硬化前沉實(shí)不均勻產(chǎn)生混凝土表面順腹板方向的裂縫。發(fā)生在施工過(guò)程中的收縮裂縫主要是塑性收縮裂縫,混凝土在澆注后的4h～5h內(nèi)水泥水化反應(yīng)尤為激烈,水分急劇蒸發(fā),混凝土失水導(dǎo)致收縮,同時(shí)骨料下沉,在骨料下沉過(guò)程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。

控制收縮裂縫的措施主要有以下幾種。

(1)統(tǒng)一規(guī)定水泥種類、標(biāo)號(hào)及用量。礦渣、快硬、低熱等水泥混凝土收縮性較高,普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號(hào)越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大,則混凝土收縮越大,且發(fā)生收縮時(shí)間越長(zhǎng)。故應(yīng)根據(jù)構(gòu)件厚度選擇水泥品種。

(2)采用合適的骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長(zhǎng)石等吸水率較小、收縮性較低;而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑越大砂率越高收縮越小,而含水量越大,表現(xiàn)為水泥漿量越大坍落度越大收縮越大。

(3)減少用水量,從而減小水灰比。

(4)合理選用外加劑和摻合料。外摻劑保水性越好,混凝土收縮越小。

(5)養(yǎng)護(hù)措施正確。正確的早期養(yǎng)護(hù)尤為重要,可以促使混凝土的水花反應(yīng)加速,產(chǎn)生強(qiáng)度較高的混凝土。高濕度、低溫度的長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)過(guò)程,可以使混凝土的收縮減小。還有整齊的養(yǎng)護(hù)方式同樣可以減少混凝土的收縮。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中濕度和溫度是影響混凝土收縮最重要因素。澆注后立即覆蓋,澆水保濕,同時(shí)保溫、防風(fēng),可較好地控制混凝土收縮裂縫。

(6)環(huán)境濕度越小收縮越大;早期養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng),收縮越小;混凝土暴露面越大,收縮越大;風(fēng)速越大,收縮越大。

(7)振搗利用機(jī)械進(jìn)行操作。機(jī)械振機(jī)械振搗混凝土的收縮性比手工小。振搗最好在5～15秒/次,具體時(shí)間長(zhǎng)短根據(jù)機(jī)械本身性能判斷。時(shí)間過(guò)短,容易造成振搗不夠密實(shí),今兒混凝土凝固不均勻或者強(qiáng)度不夠;時(shí)間太長(zhǎng),造成分層,粗骨料沉入底層,細(xì)骨料留在上層,強(qiáng)度不均勻,上層易產(chǎn)生收縮裂縫。

2.4 施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫及控制措施

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過(guò)程中,如果不按照規(guī)定的施工方法和質(zhì)量要求進(jìn)行施工,可能出現(xiàn)各種方向和不同程度的裂縫。裂縫的位置、寬度和方向手產(chǎn)生原因的影響。

控制施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫的措施主要有以下幾點(diǎn)。

(1)嚴(yán)格控制混凝土震搗速度,過(guò)快容易使得流動(dòng)性降低。如在混凝土硬化前沉實(shí)不足硬化后沉實(shí)過(guò)大,澆筑數(shù)小時(shí)后容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

(2)正確恰當(dāng)?shù)囊?guī)定混凝土攪拌和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間,水分的蒸發(fā)會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而增多,降低混凝土的塌落度,混凝土容易出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(3)嚴(yán)格控制混凝土保護(hù)層厚度,厚度過(guò)大或上層鋼筋被踩壓變位,易使承受負(fù)彎矩的受力鋼筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減少,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

(4)在混凝土分層或分段澆筑時(shí),按規(guī)范處理接頭部位,防止在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

(5)施工時(shí)嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,若拆模過(guò)早,混凝土強(qiáng)度不足,容易使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

(6)施工前保證支架壓實(shí)充足,支架剛度滿足要求。

2.5 施工材料引起的裂縫及控制措施

混凝土的主要成分有水泥、粗細(xì)骨料、水、礦物摻合料和外加劑。若其組成成分的出廠質(zhì)量不合格,混合時(shí)比例、順序發(fā)生錯(cuò)誤,都會(huì)造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。例如水泥出廠強(qiáng)度不足或水泥受潮、過(guò)期,都會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足而產(chǎn)生裂縫。

如下是幾種比較常見(jiàn)的裂縫形成原因。

(1)水泥安定性不合格。因水泥生產(chǎn)中原料未燒透,成品中殘留游離的氧化鈣、氧化鎂,若其含量超標(biāo)。由于氧化鈣、氧化鎂在凝結(jié)過(guò)程中水化速度很慢,在水泥結(jié)硬后仍然繼續(xù)起水化作用,可引起已硬化的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生張力,嚴(yán)重者使混凝土開(kāi)裂或崩潰。

(2)當(dāng)水泥中堿性氧化物含量較高(超過(guò)0.6%),同時(shí)又使用含有堿活性的砂、石骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng),引起混凝土開(kāi)裂。

(3)混凝土粗細(xì)骨料的粒徑大小、級(jí)配、雜質(zhì)含量、空隙率都會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度,若級(jí)配不良孔隙率大都將導(dǎo)致水泥和拌和水用量過(guò)大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大。如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更加嚴(yán)重。

(4)砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力,降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過(guò)多,將延緩水泥的硬化過(guò)程,降低混凝土強(qiáng)度,特別是早期強(qiáng)度。

保證混凝土材料合格,改進(jìn)現(xiàn)澆混凝土的施工工藝,根據(jù)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件,選擇合適的水泥和集料,并嚴(yán)格控制水灰比,就可以有效地防止由于施工材料質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的裂縫。

3結(jié)語(yǔ)

贛江泰和特大橋施工裂縫的原因復(fù)雜而繁多,涉及到荷載、材料、溫度、施工環(huán)境、管理等多方面的因素,甚至多種因素相互影響。因此必須嚴(yán)格按照國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),規(guī)范施工,認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn),采用科學(xué)的施工方法、先進(jìn)的施工工藝以及合格的建筑材料,加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù),防止出現(xiàn)混凝土橋梁施工裂縫是可以做到的。

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