混凝土箱涵的裂缝分析与控制--中国期刊网

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混凝土箱涵的裂缝分析与控制

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李建

[导读] 摘要：随着华东沿海城市市政建设规模不断加大，市政道路需要穿越铁路既有线路的情况越来越多，需要下穿的长大规模框架桥也越来越多。

        浙江铁道建设工程有限公司浙江 310016
        摘要：随着华东沿海城市市政建设规模不断加大，市政道路需要穿越铁路既有线路的情况越来越多，需要下穿的长大规模框架桥也越来越多。钢筋混凝土箱涵尤其是长大箱涵在施工过程中容易产生裂缝，不仅会影响结构的外观质量，在一定程度上也会影响结构的强度和耐久性。箱涵在施工预制中，由于各种因素的影响会导致各种裂缝现象的发生。本文从几种主要影响因素出发，在结构设计合理、原材料和配合比选择、施工工艺优化以及养护等方面进行了裂缝控制。
        关键词：钢筋混凝土箱涵；裂缝；原因分析；控制措施
        当钢筋混凝土箱涵用作疏水工程或地下通道工程时，要求具有足够的强度和良好的防水性能。从施工工艺上来看，箱涵施工的技术已经比较成熟，但是要避免混凝土的各项缺陷，尤其是长大箱涵的裂缝问题，达到设计的强度、耐久性、抗渗等要求，却依然是一个亟待攻克的难题。通过理论分析和实践经验总结，本文提出了很多控制裂缝和防止裂缝的技术措施，并且在嘉兴市纺工路下穿沪昆铁路立交桥上工程项目上实施运用，取得了良好的效果。
        1 工程背景
        嘉兴市纺工路下穿沪昆铁路立交桥工程铁路里程为沪昆下行线K109+568，道路中心线与沪昆铁路交角为60°。本工程框架布置形式为四孔（7.0+11.5+11.5+7.0）m分离式框架，箱身采用C40P8抗渗混凝土，顶进箱涵长65米（包括5米开口箱）。每孔箱涵中间设置两道诱导缝。箱涵详细参数见下表：

                               表1 顶进箱尺寸参数单位：mm
        2 混凝土箱涵裂缝影响因素
        混凝土箱涵都是腹空式设计，截面尺寸较大。桥梁箱涵跨度较大，下穿箱涵长度根据实际要求，长度也会达到60m以上。造成混凝土箱涵出现裂缝的因素很多，其中以因混凝土自身早期的温度应力产生的温度裂缝和收缩变形等非受力变形裂缝为主要因素之一。另外，结构设计、混凝土原材料的选择、混凝土浇筑施工以及养护等都会对裂缝产生影响[2]。
        2.1 结构设计
        现浇筑的混凝土，由于自身结构原因存在较大的温差，就容易形成温度裂缝。混凝土浇筑初凝阶段，水泥水化热反应快，释放大量热量，内部温度升高，从而造成内外温差。混凝土箱涵墙板过厚，水化热不容易耗散到大气去，内外温差就会大。所以箱涵截面设计时应充分考虑箱涵水化热温度效应和收缩徐变。墙板的厚度，钢筋的分布形式一定程度上都会对混凝土裂缝的产生影响。
        2.2 原材料选择
        在箱涵钢筋混凝土结构中，在不受力情况下，混凝土体积会收缩变形，从而引起拉应力的变化进而产生裂缝。混凝土收缩裂缝产生原因主要是干燥失水收缩、碳化收缩以及塑性收缩。混凝土原材料组合中，水泥用量越多，水泥强度等级越高，水胶比越大，粗骨料粒径越小，细骨料含量越高，骨料含泥量越大，混凝土就越容易开裂；箱涵薄壁结构中钢筋混凝土保护层的碳化容易引起内部钢筋锈蚀从而导致混凝土开裂，混凝土碳化程度与水泥的品种、水灰比、掺合料、混凝土密实度以及标号有关。
        2.3施工方面
        施工砼养护不到位，尤其内墙在拆模后，未采用土工布进行覆盖，由于箱涵较大，养护面积较广，采用人工进行洒水养护，时间较长。墙身砼入模时，卸落高度超过2m未采用串筒，砼存在离析现象。施工时拆模过早，使得构建在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
        2.4养护措施
        在箱涵浇筑过程中，有时为了满足设计强度要求，需要采用高性能和高强混凝土，而高性能和高强混凝土却容易导致混凝土早期的塑性开裂。箱涵混凝土塑性收缩开裂主要是因为混凝土浇筑过程中，混凝土拌合物振捣后，粗骨料下沉而泥浆上浮，从而使得混凝土表面泥浆增多、骨料较少。当表面水分蒸发后，泥浆就会收缩变形，这样就容易引起箱涵表面出现龟裂现象。在实际工程中，混凝土箱涵浇筑施工方法以及浇筑完成后养护方法的不同也会对混凝土早期裂缝产生影响。
        3 控制措施
        3.1增设分布筋
        在满足结构强度要求的前提下选择合理的结构形式，尽量减小壁板厚度。同时在钢筋分布上合理布设，提高墙面的整体抗裂性能。基于长大箱涵容易出现竖向裂缝的考虑，纺工路工程在原设计的基础上经过分析，最终决定在原来间距为150mm的分部主筋之间，外保护层中加设一道Φ8钢筋，用于抵抗混凝土收缩及温度变化产生的拉应力，增强了混凝土表面抗拉抗裂强度。
        3.2严把材料关
        在选择混凝土拌合物时，箱涵应优先选择质量稳定的低碱低热水泥、骨料强度达到要求且达到最佳级配，实验室通过实验来确定最佳配合比方案。通过在混凝土中加入适量掺合料以及减少水泥和水的用量来达到降低水化热，降低温度应力，进而减少温度裂缝的影响。另外还可以掺入添加剂、抗裂纤维，来达到施工目的。本工程箱涵砼浇筑前，工程技术人员到商品砼公司进行全过程旁站，确保商品砼配合比正确。
        （1）水泥：目前水泥的制作技术已经比较成熟，普通硅酸盐水泥的各种性能都较好，因此本工程决定采用普通硅酸盐水泥（P.O42.5）。考虑到不同厂家的水泥和存储时间不同的水泥性能上会有所差异。每次混凝土浇筑采用同一厂家、出场时间相同或相近的水泥，通过掺加合适的外加剂和掺合料以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。在满足砼强度和耐久性的前提下尽可能的减少水泥用量，以降低水泥水化热，本工程C40砼采用的水泥用量每立方米约为330kg。
        （2）粗骨料：采用粒径在6-30mm之间的碎石，含泥量控制小于1.0%。选用粒径较大、级配均匀的碎石搅拌的混凝土，和易性好，抗压强度较高，同时相应减少水泥和水的用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。
        （3）细骨料：采用天然中粗砂，细度模数在2.5以上，含泥量不大于3.0%，根据以往经验，采用中、粗砂拌制的混凝土相比细砂拌制的混凝土用水量减少10%。同时可以相应减少水泥用量，降低水化热反应，进而控制温缩裂缝的产生。
        （4）粉煤灰：混凝土中加入适量的粉煤灰能够改善混凝土的和易性便于泵送，同时也能降低混凝土的水化热，对于温缩裂缝控制起到作用。但是粉煤灰过多会使混凝土的色泽偏黑灰，影响结构的外观，同时粉煤灰降低了混凝土的早期强度和抗渗性能，因此本工程粉煤灰的掺量控制在1.3%。
        （5）矿粉：选用S95矿粉，加入适量矿粉可有效地使混凝土硬化过程中产生的水化热降低，起到良好的防裂、抗渗作用，并能增强混凝土的耐久性，同时改善泵送效果。掺入适量的优质粉煤灰、矿粉代替水泥，以降低水化热，具体掺量由配合比试验确定，本工程C40砼采用的粉煤灰用量每立方米为40kg，矿粉用量每立方米为70kg。
        （6）外加剂：对比以往经验，混凝土确定采用高效缓凝减水剂，能让水化热峰值有效降低，减缓混凝土的收缩，提高混凝土的整体抗裂性。
        （7）膨胀剂：掺入1.5%HEA，可增强混凝土的补偿收缩功能，从而提升混凝土的防裂、抗渗性能。另一方面，由于膨胀剂要发挥膨胀效果需要更多的水参与反应，因此混凝土也可能产生内干缩。膨胀剂的使用就要保证后期混凝土的养护过程中充分湿润。
        （8）纤维：混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维，对于混凝土抗收缩及早期裂缝的控制起到一定的作用。
        严格控制砼塌落度，在满足可泵性、和易性的前提下尽量减小出机塌落度，塌落度控制在（160±20mm）。
        3.3浇筑措施
        箱身砼浇筑时应注意如下措施：（1）确保混凝土卸落高度不超过2m；（2）控制浇筑时间，防止气温过低；（3）浇筑应严格控制振捣质量，分层厚度不超过30cm，并做到不漏振、不过振；（4）可调整箱身砼浇筑次数（分底板、侧墙、顶板三次浇筑）。
        3.4蒸汽养护
        浇筑完成后应及时做好混凝土的养护工作。本工程混凝土在冬季施工，取蓄热保温的养护措施。即对箱涵整体用塑料膜进行覆盖封闭，同时要确保外模板与塑料膜之间留有空隙保证蒸汽流通。采用四台自动式蒸汽炉烧水进行蒸气养护）确保箱涵内部温度保持在35度左右，连续养护10天。该方法直接对混凝土起到了既保温又保湿的养护效果，延缓了冬季施工混凝土水化热的降温速度，减小结构内外的温差，保证结构表面的充分湿润，有效的防止温缩裂缝和干缩裂缝的产生。
        4 结语
        在有针对性的采取以上几种措施后，本工程施工的长大箱涵裂缝得到了明显的控制，取得了很好的成果。在混凝土的众多缺陷中，裂缝问题一直困扰着施工最严重的问题。在混凝土原材选用、生产、施工及后期养护过程中有针对性地采取预防措施，使建筑尽可能不出现裂缝，或减少裂缝的数量和宽度，尤其是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量，使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性[4]。
        参考文献：
        [1] 黄玉兰.钢筋混凝土箱涵施工裂缝的分析与控制[J].安徽建筑.2007.5：159-160.
        [2] 宋锟.筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学.2005：1-80.
        [3] 王小珑.中春路立交桥箱涵混凝土施工裂缝的预防与控制[J].上海铁道科技.2014.3：81-83.
        [4] 岳雷张霞.建筑裂缝分析[J].城市建设理论研究.2011.23：39.