中春路立交桥箱涵混凝土施工裂缝的预防与控制

2014-04-27王小珑上海铁路局东华地铁公司

上海铁道增刊 2014年3期

关键词：箱涵保护层水化

王小珑上海铁路局东华地铁公司

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钢筋混凝土箱涵在施工过程中，容易产生裂缝，有多种影响因素。结合中春路立交桥钢筋混凝土箱涵工程实际，通过改进施工方案，加强施工各个环节的监控管理，提出一些可以减少或避免箱涵裂缝出现的措施。

箱涵；裂缝；预防与控制

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。从结构上看，施工并不困难，但要满足设计要求，达到优良工程的质量标准，并非易事。特别是对钢筋混凝土箱涵易出现裂缝的问题，应引起足够的重视。

混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝，有外载作用引起裂缝，有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在施工中要区别对待，并根据实际情况采取恰当的方式解决问题。本文结合中春路新建工程（下穿吴泾线段）单孔框架顶进结构部分的施工过程，分析产生裂缝可能性较大的几点原因并做出预防和控制。

1 工程背景

1.1 工程概况

上海市中春路（下穿吴泾线段）道路新建工程，道路全长约626m。下穿铁路钢筋混凝土结构范围K1+445.7～K1+ 652.9，铁路中心里程为吴泾线K2+474.6，结构为11.8m宽单孔箱形框架，下穿铁路部分采用顶进法施工，顶进箱框架长22m。顶进箱两侧均为U型槽，与顶进箱顺接（见图1）。

本工程铁路箱身预制基坑设置在铁路北侧，宽度13.8m，深度约4m，长度27m。工作坑以11m长槽钢桩围护，止水帷幕采用8m长φ70cm双头水泥搅拌桩，靠铁路侧采用1:3放坡开挖，顶进箱尺寸参数见表1。

表1 顶进箱尺寸参数（单位：mm）

图1 施工总平面图

1.2 地质情况

根据勘察报告，拟建箱涵浅部发育的土层主要为①层杂填土、②1层褐黄～灰黄色粉质粘土、②3层灰色粘质粉土、③层灰色淤泥质粉质粘土、④层灰色淤泥质粘土、⑤1-1层灰色粘土。

1.3 箱涵结构

顶进框架暗埋段采用C40抗渗混凝土，敞开段采用C35抗渗混凝土，抗渗等级均为P8。顶进箱箱顶设氯化聚乙烯防水卷材+C40细石聚丙烯纤维网混凝土保护层。箱身两侧边墙涂聚氨酯防水涂料两层，箱顶设M20水泥砂浆排水坡（3～7 cm），箱顶雨水排至两侧路基。

2 裂缝成因

箱涵裂缝成因较多，常见原因有：

（1）混凝土施工时间过长产生冷缝，温差过大引起张拉应力；

（2）混凝土养护不够，结构产生不均匀收缩、膨胀；

（3）钢筋保护层厚度变化、垫块松动及脱落、主筋偏移等引起结构受力变化；

（4）地基处理不当导致结构不均匀沉降；

（5）混凝土浇筑时振捣过快、漏振、少振等产生影响；

（6）原材料、砼密实、碎石级配、碱骨料反应等混凝土配合比不佳；

（7）满堂支架施工时，个别支架产生不均匀沉降或弯曲。

3 中春路立交桥箱涵混凝土可能产生裂缝的原因及预防裂缝的施工技术措施

根据本工程施工现场环境及工程特点分析，该箱涵混凝土可能产生裂缝的原因见图2。

图2 中春路立交桥箱涵裂缝可能产生的原因

施工过程中，本工程针对以上五点可能产生裂缝的原因，分别采取了不同的措施进行预防和控制。

3.1 地基不均匀沉降引起的裂缝

3.1.1 产生的原因

从地质报告得知本工程土质为粘性土，箱涵横向宽度较大，净宽10m。若地基处理不当，施工过程中容易由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，从而导致结构开裂。

3.1.2 本工程预防与控制措施

施工单位针对本工程地质特点，基坑开挖前采用高压旋喷桩和水泥搅拌桩，保证地基土的承载力，做好地基加固；保证在预制箱涵周围避免堆放大量建筑材料或土方；保证模板有足够的强度和刚度，支撑牢固，使地基受力均匀；施工单位按设计要求做好沉降观测。以上工作有效的预防和控制后续施工中因地基不均匀沉降而产生的施工裂缝。

3.2 温差过大引起的裂缝

3.2.1 产生的原因

本工程箱涵混凝土浇筑时间为12月份，环境温度较低。水泥在水化过程中释放出大量热量，积聚在混凝土中，使混凝土体内的温度最高达到了54℃，而施工环境温度白天l0℃左右，夜间2℃左右，最大温差达52℃。在水化反应初期，混凝土表面温度和内部温度差使混凝土表面发生张拉应力，在温度下降阶段内部收缩变形大于表面，混凝土内部发生张拉应力。而混凝土抗拉强度较低容易产生表面裂缝。

3.2.2 本工程预防与控制措施

由于箱涵混凝土一次浇筑砼方量多，体积大，聚集的水泥水化热量大，在混凝土内外散热不均匀的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力，故本工程框架预制分两次浇筑砼，第一次浇筑底板，第二次浇筑墙身及顶板砼。选择在温度比较低的早、晚时间浇筑混凝土，降低混凝土的入模温度，确保入模温度控制在30℃以内。其次，在混凝土浇筑过程中掺加相应的缓凝型减水剂，延缓混凝土水化热峰值的出现时间，将混凝土内的温度控制在50℃以内。

在混凝土浇注后，为了减小升温阶段的内外温差，防止产生裂缝，采取蓄热保温养护措施，对混凝土进行保温养护，延缓了混凝土水化热的降温速度，减少结构内外的温差，从而有效的防止产生过大的温度应力和温差裂缝。

3.3 原材料质量和混凝土配合比不佳产生的裂缝

3.3.1 产生的原因

（1）原材料

混凝土原材料是由水泥、砂、骨料、拌合水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

①水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。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。

②砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差，或砂颗粒过细拌制的混凝土常造成侧面裂缝。

③骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇，水、硅反应会生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，则构件会产生爆裂状裂缝。上海属于潮湿地区，这种情况较容易发生。

（2）混凝土配合比

水泥水化反应后，生成物的体积与剩余水体积之和小于反应前水泥物质体积与水体积之和，形成水化反应收缩产生这种裂缝。研究表明，这种收缩可达混凝土体积的0.5%以上。因为水化反应收缩时水泥水化形成的，所以混凝土中的水泥用量越大这种收缩也就越多。实践表明，当每立方米混凝土的水泥用量超过500kg时，就可能造成这种裂缝。

3.3.2 本工程预防与控制措施

通过对材料进行抽样检验，没有发现质量问题。混凝土搅拌站距现场较近，混凝土运输与等候时间短，现场测定混凝土的坍落度符合规范要求。施工前又对混凝土试块进行抗压、抗渗试验，均符合质量要求，混凝土不存在质量问题。并且本工程加强了原材料及半成品的实验工作，其中砂石都具有复试单，水泥都具有合格证和复检双控。

根据图纸设计的混凝土强度等级及抗渗要求，为满足混凝土的和易性、泵送性、缓凝性及抗渗要求，通过筛选，有针对性地选择了3种外加剂进行对比试验，比较了混凝土坍落度损失、泌水性、和易性、抗压强度、缓凝时间等各项技术指标和成本，最终选定了SPS一8P型复合外加剂。在混凝土配合比设计过程中，降低了水泥用量，减少了水灰比，且施工过程中掺入了改性外加剂，从而有效预防和控制施工裂缝的产生（见表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 钢筋保护层厚度变化引起的裂缝

3.4.1 产生的原因

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

3.4.2 本工程预防与控制措施

本工程箱涵施工过程中钢筋与滑板之间及钢筋与模板之间都绑扎了保护层垫块，以保证保护层的厚度，其间距小于1.0m。墙体钢筋逐点绑扎，双排钢筋之间按要求间距绑扎支撑，钢筋与侧模之间的保护层按上述方法绑扎垫块。同时施工过程中人为对已合模版钢筋保护层厚度进行检查，及时发现需要增加垫块的地方，加强检查。从而有效控制了由于保护层厚度不足引起钢筋锈蚀，进而有效预防和控制了施工裂缝的产生。

3.5 振捣不当引起的裂缝

3.5.1 产生的原因

不正确的振捣方式（包括现场振捣过快、过慢或漏振、少振导致出料、放料不均匀等）会造成混凝土分层离析，表面浮浆，而使混凝土面层开裂，或造成混凝土砂浆大量向低处流淌，致使混凝土产生不均匀收缩，而在结构厚薄交界处出现裂缝。

3.5.2 本工程预防与控制措施

本工程浇筑混凝土时，现场振捣按部位责任到人，防止漏振、少振现象。底板、顶板浇筑速度可适当加快，而侧墙浇筑速度不易过快。一般控制在25m3/h，分层振捣，每层厚30 cm。混凝土浇筑时的倾落高度控制在2m以内。均匀出料，均匀放料，不能堆积成堆，以免发生离析现象。施工中采用二次振捣法消除混凝土沉缩裂缝。振捣完成，通过检查后，再浇筑上一层混凝土。通过振捣过程的各方面的严格控制，避免了施工过程中混凝土裂缝的产生。

由于采取了有效措施，中春路道路新建工程在施工方案中对于箱涵裂缝可能产生的原因，在钢筋、模版、混凝土工程三方面着重采取控制措施，避免在施工过程中出现裂缝，确保整个工程的质量优良。由于加强了各个环节的控制与管理，消除了箱体裂缝产生的可能性，施工进展顺利。这也为中春路新建工程后续施工的顺利开展奠定了良好的基础。