王小瓏 上海鐵路局東華地鐵公司

中春路立交橋箱涵混凝土施工裂縫的預(yù)防與控制

王小瓏 上海鐵路局東華地鐵公司

鋼筋混凝土箱涵在施工過(guò)程中，容易產(chǎn)生裂縫，有多種影響因素。結(jié)合中春路立交橋鋼筋混凝土箱涵工程實(shí)際，通過(guò)改進(jìn)施工方案，加強(qiáng)施工各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控管理，提出一些可以減少或避免箱涵裂縫出現(xiàn)的措施。

箱涵；裂縫；預(yù)防與控制

當(dāng)鋼筋混凝土箱涵用作疏水工程或地下通道工程時(shí)，要求具有足夠的強(qiáng)度和良好的防水性能。從結(jié)構(gòu)上看，施工并不困難，但要滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到優(yōu)良工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并非易事。特別是對(duì)鋼筋混凝土箱涵易出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，應(yīng)引起足夠的重視。

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫，有外載作用引起裂縫，有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。在施工中要區(qū)別對(duì)待，并根據(jù)實(shí)際情況采取恰當(dāng)?shù)姆绞浇鉀Q問(wèn)題。本文結(jié)合中春路新建工程（下穿吳涇線段）單孔框架頂進(jìn)結(jié)構(gòu)部分的施工過(guò)程，分析產(chǎn)生裂縫可能性較大的幾點(diǎn)原因并做出預(yù)防和控制。

1 工程背景

1.1 工程概況

上海市中春路（下穿吳涇線段）道路新建工程，道路全長(zhǎng)約626m。下穿鐵路鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)范圍K1+445.7～K1+ 652.9，鐵路中心里程為吳涇線K2+474.6，結(jié)構(gòu)為11.8m寬單孔箱形框架，下穿鐵路部分采用頂進(jìn)法施工，頂進(jìn)箱框架長(zhǎng)22m。頂進(jìn)箱兩側(cè)均為U型槽，與頂進(jìn)箱順接（見圖1）。

本工程鐵路箱身預(yù)制基坑設(shè)置在鐵路北側(cè)，寬度13.8m，深度約4m，長(zhǎng)度27m。工作坑以11m長(zhǎng)槽鋼樁圍護(hù)，止水帷幕采用8m長(zhǎng)φ70cm雙頭水泥攪拌樁，靠鐵路側(cè)采用1:3放坡開挖，頂進(jìn)箱尺寸參數(shù)見表1。

表1 頂進(jìn)箱尺寸參數(shù)（單位：mm）

圖1 施工總平面圖

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告，擬建箱涵淺部發(fā)育的土層主要為①層雜填土、②1層褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土、②3層灰色粘質(zhì)粉土、③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④層灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1-1層灰色粘土。

1.3 箱涵結(jié)構(gòu)

頂進(jìn)框架暗埋段采用C40抗?jié)B混凝土，敞開段采用C35抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)均為P8。頂進(jìn)箱箱頂設(shè)氯化聚乙烯防水卷材+C40細(xì)石聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土保護(hù)層。箱身兩側(cè)邊墻涂聚氨酯防水涂料兩層，箱頂設(shè)M20水泥砂漿排水坡（3～7 cm），箱頂雨水排至兩側(cè)路基。

2 裂縫成因

箱涵裂縫成因較多，常見原因有：

（1）混凝土施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生冷縫，溫差過(guò)大引起張拉應(yīng)力；

（2）混凝土養(yǎng)護(hù)不夠，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻收縮、膨脹；

（3）鋼筋保護(hù)層厚度變化、墊塊松動(dòng)及脫落、主筋偏移等引起結(jié)構(gòu)受力變化；

（4）地基處理不當(dāng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不均勻沉降；

（5）混凝土澆筑時(shí)振搗過(guò)快、漏振、少振等產(chǎn)生影響；

（6）原材料、砼密實(shí)、碎石級(jí)配、堿骨料反應(yīng)等混凝土配合比不佳；

（7）滿堂支架施工時(shí)，個(gè)別支架產(chǎn)生不均勻沉降或彎曲。

3 中春路立交橋箱涵混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因及預(yù)防裂縫的施工技術(shù)措施

根據(jù)本工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工程特點(diǎn)分析，該箱涵混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因見圖2。

圖2 中春路立交橋箱涵裂縫可能產(chǎn)生的原因

施工過(guò)程中，本工程針對(duì)以上五點(diǎn)可能產(chǎn)生裂縫的原因，分別采取了不同的措施進(jìn)行預(yù)防和控制。

3.1 地基不均勻沉降引起的裂縫

3.1.1 產(chǎn)生的原因

從地質(zhì)報(bào)告得知本工程土質(zhì)為粘性土，箱涵橫向?qū)挾容^大，凈寬10m。若地基處理不當(dāng)，施工過(guò)程中容易由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

3.1.2 本工程預(yù)防與控制措施

施工單位針對(duì)本工程地質(zhì)特點(diǎn)，基坑開挖前采用高壓旋噴樁和水泥攪拌樁，保證地基土的承載力，做好地基加固；保證在預(yù)制箱涵周圍避免堆放大量建筑材料或土方；保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，支撐牢固，使地基受力均勻；施工單位按設(shè)計(jì)要求做好沉降觀測(cè)。以上工作有效的預(yù)防和控制后續(xù)施工中因地基不均勻沉降而產(chǎn)生的施工裂縫。

3.2 溫差過(guò)大引起的裂縫

3.2.1 產(chǎn)生的原因

本工程箱涵混凝土澆筑時(shí)間為12月份，環(huán)境溫度較低。水泥在水化過(guò)程中釋放出大量熱量，積聚在混凝土中，使混凝土體內(nèi)的溫度最高達(dá)到了54℃，而施工環(huán)境溫度白天l0℃左右，夜間2℃左右，最大溫差達(dá)52℃。在水化反應(yīng)初期，混凝土表面溫度和內(nèi)部溫度差使混凝土表面發(fā)生張拉應(yīng)力，在溫度下降階段內(nèi)部收縮變形大于表面，混凝土內(nèi)部發(fā)生張拉應(yīng)力。而混凝土抗拉強(qiáng)度較低容易產(chǎn)生表面裂縫。

3.2.2 本工程預(yù)防與控制措施

由于箱涵混凝土一次澆筑砼方量多，體積大，聚集的水泥水化熱量大，在混凝土內(nèi)外散熱不均勻的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，故本工程框架預(yù)制分兩次澆筑砼，第一次澆筑底板，第二次澆筑墻身及頂板砼。選擇在溫度比較低的早、晚時(shí)間澆筑混凝土，降低混凝土的入模溫度，確保入模溫度控制在30℃以內(nèi)。其次，在混凝土澆筑過(guò)程中摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑，延緩混凝土水化熱峰值的出現(xiàn)時(shí)間，將混凝土內(nèi)的溫度控制在50℃以內(nèi)。

在混凝土澆注后，為了減小升溫階段的內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生裂縫，采取蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，延緩了混凝土水化熱的降溫速度，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差，從而有效的防止產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力和溫差裂縫。

3.3 原材料質(zhì)量和混凝土配合比不佳產(chǎn)生的裂縫

3.3.1 產(chǎn)生的原因

（1）原材料

混凝土原材料是由水泥、砂、骨料、拌合水及外加劑組成。混凝土所采用材料的質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

①水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過(guò)程中水化很慢，在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過(guò)期，可能使混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

②砂石含泥量超過(guò)規(guī)定，不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，還會(huì)使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級(jí)配差，或砂顆粒過(guò)細(xì)拌制的混凝土常造成側(cè)面裂縫。

③骨料中含有泥性硅化物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇，水、硅反應(yīng)會(huì)生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，則構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生爆裂狀裂縫。上海屬于潮濕地區(qū)，這種情況較容易發(fā)生。

（2）混凝土配合比

水泥水化反應(yīng)后，生成物的體積與剩余水體積之和小于反應(yīng)前水泥物質(zhì)體積與水體積之和，形成水化反應(yīng)收縮產(chǎn)生這種裂縫。研究表明，這種收縮可達(dá)混凝土體積的0.5%以上。因?yàn)樗磻?yīng)收縮時(shí)水泥水化形成的，所以混凝土中的水泥用量越大這種收縮也就越多。實(shí)踐表明，當(dāng)每立方米混凝土的水泥用量超過(guò)500kg時(shí)，就可能造成這種裂縫。

3.3.2 本工程預(yù)防與控制措施

通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題?；炷翑嚢枵揪喱F(xiàn)場(chǎng)較近，混凝土運(yùn)輸與等候時(shí)間短，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定混凝土的坍落度符合規(guī)范要求。施工前又對(duì)混凝土試塊進(jìn)行抗壓、抗?jié)B試驗(yàn)，均符合質(zhì)量要求，混凝土不存在質(zhì)量問(wèn)題。并且本工程加強(qiáng)了原材料及半成品的實(shí)驗(yàn)工作，其中砂石都具有復(fù)試單，水泥都具有合格證和復(fù)檢雙控。

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及抗?jié)B要求，為滿足混凝土的和易性、泵送性、緩凝性及抗?jié)B要求，通過(guò)篩選，有針對(duì)性地選擇了3種外加劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，比較了混凝土坍落度損失、泌水性、和易性、抗壓強(qiáng)度、緩凝時(shí)間等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和成本，最終選定了SPS一8P型復(fù)合外加劑。在混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，降低了水泥用量，減少了水灰比，且施工過(guò)程中摻入了改性外加劑，從而有效預(yù)防和控制施工裂縫的產(chǎn)生（見表2、表3）。

表2 混凝土配合比

表3 混凝土配合比控制措施

3.4 鋼筋保護(hù)層厚度變化引起的裂縫

3.4.1 產(chǎn)生的原因

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來(lái)增長(zhǎng)約2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

3.4.2 本工程預(yù)防與控制措施

本工程箱涵施工過(guò)程中鋼筋與滑板之間及鋼筋與模板之間都綁扎了保護(hù)層墊塊，以保證保護(hù)層的厚度，其間距小于1.0m。墻體鋼筋逐點(diǎn)綁扎，雙排鋼筋之間按要求間距綁扎支撐，鋼筋與側(cè)模之間的保護(hù)層按上述方法綁扎墊塊。同時(shí)施工過(guò)程中人為對(duì)已合模版鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)需要增加墊塊的地方，加強(qiáng)檢查。從而有效控制了由于保護(hù)層厚度不足引起鋼筋銹蝕，進(jìn)而有效預(yù)防和控制了施工裂縫的產(chǎn)生。

3.5 振搗不當(dāng)引起的裂縫

3.5.1 產(chǎn)生的原因

不正確的振搗方式（包括現(xiàn)場(chǎng)振搗過(guò)快、過(guò)慢或漏振、少振導(dǎo)致出料、放料不均勻等）會(huì)造成混凝土分層離析，表面浮漿，而使混凝土面層開裂，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土產(chǎn)生不均勻收縮，而在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。

3.5.2 本工程預(yù)防與控制措施

本工程澆筑混凝土?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)振搗按部位責(zé)任到人，防止漏振、少振現(xiàn)象。底板、頂板澆筑速度可適當(dāng)加快，而側(cè)墻澆筑速度不易過(guò)快。一般控制在25m3/h，分層振搗，每層厚30 cm?；炷翝仓r(shí)的傾落高度控 制在2m以內(nèi)。均勻出料，均勻放料，不能堆積成堆，以免發(fā)生離析現(xiàn)象。施工中采用二次振搗法消除混凝土沉縮裂縫。振搗完成，通過(guò)檢查后，再澆筑上一層混凝土。通過(guò)振搗過(guò)程的各方面的嚴(yán)格控制，避免了施工過(guò)程中混凝土裂縫的產(chǎn)生。

由于采取了有效措施，中春路道路新建工程在施工方案中對(duì)于箱涵裂縫可能產(chǎn)生的原因，在鋼筋、模版、混凝土工程三方面著重采取控制措施，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)裂縫，確保整個(gè)工程的質(zhì)量?jī)?yōu)良。由于加強(qiáng)了各個(gè)環(huán)節(jié)的控制與管理，消除了箱體裂縫產(chǎn)生的可能性，施工進(jìn)展順利。這也為中春路新建工程后續(xù)施工的順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

裂縫是鋼筋混凝土箱涵嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，特別是用作地下通道或疏水工程的箱涵，一旦產(chǎn)生裂縫，很難修復(fù)。在施工過(guò)程中，要根據(jù)工程所處的環(huán)境條件以及工程性質(zhì)特點(diǎn)，認(rèn)真分析每一個(gè)影響因素，采取相應(yīng)的對(duì)策和措施，鋼筋混凝土箱涵施工裂縫是可以控制的。

[1]JTGTF50-2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.人民交通出版社.2011年7月1日.

[2]GB50164-2011.混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2012年5月1日.

[3]彭立海.大體積混凝土溫控與防裂.黃河水利出版社.2005年11月.

[4]于輝,崔巖.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京理工大學(xué)版社.2009年8月1日.

責(zé)任編輯：王華 張建強(qiáng)

來(lái)稿日期：2014-08-12