桥梁工程预应力空心板裂缝原因分析及控制

黄松雄,袁新利

(湖南路桥建设集团公司)

1 裂缝产生的原因分析

1.1 混凝土原材料因素

(1)钢筋用量不当。设计时由于钢筋用量不足,致使裂缝宽度超过允许范围,但也有可能是钢筋在混凝上局部用量过大或间距过密,钢筋阻止混凝土正常凝固收缩而产生裂缝,这两种情况主要发生在早期开裂;

(2)水灰比过大。由于水灰比过大而自下造成离析现象,其结果粗集料沉于下部,多余水分上升,振捣后水泥浆上浮到板顶,从而使混凝上强度不均匀,下部分强度大,顶板强度低,混凝土强度较弱区往往是裂缝容易发生的部位。底板浮浆过多易产生收缩裂缝;

(3)砂、石料含泥量超标。当砂、石料含泥量超标,将导致骨料与水泥之间的胶结力下降,造成混凝土的强度和抗渗性降低且易产生网状裂缝;

(4)水泥的水化热作用。混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中,水泥与水发生水化反应。水化过程中释放出大量的热能,水化反应有两次升温和两次降温过程,内部温度升高,而板面温度因外界气温有所降低。升温使混凝上内部体积膨胀,降温使混凝上表面收缩,膨胀时混凝上内部产生压应力,收缩时混凝上表面产生拉应力,当压应力和拉应力超过其抗压强度和抗拉强度时,空心板表面均会产生裂缝。

2.2 混凝土施工工艺因素

在预制构件生产过程中,需要订制完备的混凝土施工工艺流程,且要在施工中严格按规范要求检测各项指标。

(1)混凝土的拌制。混凝土的拌制时间需达到规范规定时间,如拌制时间过短,会影响混凝土的均匀性。混凝土拌制完成后,需测定混凝土坍落度,如坍落度值小于设计值,则表明水灰比偏大,将会导致混凝土的干缩量增大,易产生干缩裂缝。如果拌制时间过长,拌制过程中水分蒸发过多,将导致混凝土表面出现不规则的收缩裂缝;

(2)混凝土养护。混凝土施作完成后,没有及时进行养护,空心板表面水分蒸发过快,从而形成干缩裂缝。外界温度在 5℃以下时,如果不及时覆盖保温材料,也容易出现裂缝。蒸汽养护或冬季施工时如果养护措施不当,混凝土骤冷骤热,易产生裂缝。在夏季施工时,如当地气温较高,会增大混凝土表面水分的蒸发,从而加大产生干缩裂缝的可能性。

2.3 张拉设备

在预应力张拉之前,要对张拉设备进行校验,如果千斤顶油表度数不准,将会引起张拉力超过设计值,造成台座变形位移。如果浇筑混凝土完成后,台座发生变形,将会导致混凝土表面产生裂纹。

2.4 预应力空心板裂缝外部成因分析

(1)空心板结构局部应力过大。在预应力张拉完成后,在锚固端会产生很大的局部应力,周围混凝土易产生细微裂缝,但如锚固端混凝土不密实或养护不够,则易产生较大裂缝,危害较大;

(2)设计缺陷。预应力钢绞线数量不足。设计或施工时预应力钢绞线不足,钢绞线线形布置有误差,致使受拉区变形过大,混凝上拉应力超过其抗拉强度而产生裂缝;

(3)内模胶囊上浮。预应力空心板在混凝土浇筑过程中,混凝土对胶囊有较大的浮力,如果胶囊固定不牢,就会发生胶囊上浮现象,造成顶板厚度减小,这种情况也极易造成裂缝;

(4)抽拔胶囊过早。空心板抽拔胶囊的时间与养护温度和混凝土的质量有关,一般要求当混凝上强度达到0.6～0.8MPa时为抽拔胶囊。抽拔过早会出现“粘皮”现象,对混凝上质量有影响,当顶板厚度减小或是顶板浮浆过厚时,裂缝容易发生,这种原因出现的裂缝多为纵横裂缝;

(5)温差过大。裂缝容易发生在温差过大的季节,温度的急剧变化或大风造成混凝上表面急剧冷缩或干缩,从而增大了混凝上表面的拉应力,加速了混凝土早期裂缝的形成。

3 裂缝控制措施

针对混凝土原材料因素而引发的裂缝,可以在混凝土原材料方面采取如下措施控制裂缝的产生:(1)合理进行混凝土配合比设计。在混凝土配合比设计中,在满足混凝土坍落度要求的前提下,尽可能采用减水剂,合理调整配合比,降低水泥与水的用量,以减少混凝土的凝结收缩;(2)严格控制原材料质量。按照质量要求,严格进行选料,对不符合要求的砂、石料和水泥不许进场,对含泥量:较大的骨料要用水进行冲洗。

针对混凝土施工过程中的不当而引起的裂缝,应在混凝土施工过程中采取如下措施:(1)混凝上拌和。细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减少剂。混凝土拌和时间控制在 1.5～2min,保证混凝土具有良好的和易性;(2)混凝上的浇筑。混凝土浇筑应选择在温度较低的时候进行,用插入式振捣器振捣,移动间距不应超过振捣器作用半径的 1倍,每一振捣部位必须振动到混凝上停止下沉,不再冒出气泡,表而呈现平坦、泛浆为止。边振动边徐徐提出振动棒,避免过振,造成混凝土离析;(3)混凝土养护。不论是收缩裂缝还是温度裂缝,混凝土的养护最为关键。在施工过程中,混凝土浇筑收浆完成后,应尽快用麻袋覆盖,防止高温下裸露,并洒水养护,使混凝土表面始终保持潮湿状态。混凝土浇筑完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝;

针对外部因素引发的预应力空心板裂缝,应注意如下几点:(1)设计计算。在结构计算时应全面考虑空心板的受力情况,包括施工荷载作用下的受力计算。在梁板配筋时,注意剪力筋的布设,要做到增加钢筋根数,减小钢筋截面。对薄弱位置应作特殊设计;(2)二次抹平。混凝土在初凝前往往会出现裂缝,这时及时二次抹平,这样处理可以增加混凝土表面的密度,使混凝土表面产生的裂缝愈合,这是消除早期裂缝的最佳措施;(3)严格控制拆模时间。抽内模的时间要根据现场混凝土强度而定,最好通过试验来确定,严禁过早拆除内模、侧模,要待混凝土达到一定强度后,方可拆除;(4)钢绞束松张时间。当混凝土强度到达设计值 70%以上,要保证混凝土养护时间不少于 7 d才剪断钢绞束。

4 工程实例

某高速公路大桥位于江西省境内,上部结构为 20m和24m先张法预应力空心板梁,全桥共计 420片。空心板全部现场预制,现场设压柱槽式张拉台座,设有 8道底坐,可以同时容纳 32片梁。根据上节所提出的裂缝控制方案,编制施工指导说明,并要求现场技术员与施工人员按说明严格执行。现阶段施工已经完成,空心梁板裂缝质量控制良好,能完全满足设计要求。

5 结 语

预应力空心板是桥梁结构的承重结构,如果出现裂缝,应及时找出问题产生的原因,采用合理的处理措施加以解决,确保预应力混凝上空心板的质量。设计考虑不周、施工质量低劣、监理力度不够均可能引发预应力空心板裂缝。因此,应严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理及时发现和处理问题,将能有效地防止和控制预应力空心板裂缝的产生。

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