某客运专线预应力混凝土箱梁裂缝的成因分析

景淑媛

摘 要：该文通过对某客运专线预制预应力混凝土箱梁出现裂缝的情况，对混凝土裂缝成因和裂缝分布规律展开分析，寻找裂缝产生的原因，并采用适当的措施进行干预、控制，使后续箱梁的裂缝数量较大幅度的降低，保证了预制箱梁满足设计和使用的要求。

关键词：混凝土箱梁 裂缝 成因

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0085-02

某客运专线32 m箱梁采用后张法预应力混凝土简支梁，单室双箱，圆弧形薄壁，C50混凝土一次浇筑，浇筑数量260 m3，张拉分为两次张拉完成，结构简洁、线条流畅，初期预制的箱梁表面产生了一部分裂缝，该文对该箱梁裂缝进行成因和预防措施进行分析。

1 混凝土裂缝的成因

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料、颗粒状集料、水及外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材，由于内外因素的作用，混凝土浇筑完成后不可避免地存在裂缝，裂缝产生的原因分析如下。

1.1 水泥水化热

水泥水化反应[1]是放热过程，水泥水化热引起的砼内部温度升高可达30 ℃左右，在常温条件下水泥在3 d内放出热量占总水化热的50%以上，造成混凝土内部升温较快[2]。混凝土浇筑完成后7以内，混凝土内部温度的上升造成混凝土内外的温差，在外部降温时，砼外部表面收缩，而内部温度高，对外部的收缩产生一定的约束力，最后在砼的外表面形成一定的拉应力，若混凝土的抗拉强度小于拉应力时，混凝土的表面就会出现微小的裂缝。

1.2 干燥收缩

混凝土停止养护后，置于未饱和空气中的混凝土因失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，称为干燥收缩。收缩过程中由于外表面温度低，收缩快；中心温度高，收缩慢，内外收缩不一致，外表面的干缩受到内部的约束，在混凝土的外表面形成一定的拉应力[3]，从而诱发混凝土裂缝的逐渐发生。

1.3 外部约束条件

外部约束条件在混凝土结构在变形过程中产生外部约束力。当大体积混凝土浇灌在坚硬地基或者坚硬钢模板台座上时，混凝土表面由于冷却而收缩，由于受地基或钢台座的约束，混凝土下部收缩缓慢，使混凝土内部形成一定的拉应力，使砼产生裂缝[4]。

1.4 外界气温

外界气温愈高，混凝土的浇灌温度也愈高，这对控制温升是有利的，而外界气温剧降，则会增加混凝土表面与内部的温度梯度，造成砼表面形成裂缝。

2 裂缝的分类

根据混凝土裂缝的宽度大小，一般可分为微观裂缝和宏观裂缝两大类[5]。

2.1 微观裂缝

微观裂缝是指肉眼看不到的，砼内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，宽度一般在0.05 mm以下，这种砼本身固有的微观裂缝，荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害。

2.2 宏观裂缝

微观裂缝在外力或自身变形下继续扩展，当裂缝宽度大于等于0.05 mm时，称为宏观裂缝，当宽度小于0.2-0.3 mm的裂缝是无害的，若裂缝超过0.3 mm时，将对混凝土有一定影响。

3 箱梁裂缝的分布规律及其原因分析

3.1 顶板裂缝

沿箱梁的各个方向均有分布，分布基本无规律，裂缝宽度为0.2～0.5 mm，裂缝长度为5～20 cm，如图1和图2所示，裂缝原因分析如下。

（1）混凝土收缩，温差，养护，结构构造筋变形等原因引起的[6]。混凝土在硬化过程中，仅有一部分水分参加水化作用，而其余水分渐渐蒸发，使混凝土产生干缩变形。如果干缩产生的拉应力超过混凝土硬化初期的抗拉强度时，就会出现裂缝。而在顶板施工的这几天天气变化和温差都较大，加之浇筑完毕后未及时覆盖洒水养护而造成表面水分蒸发过快，使混凝土体积急剧收缩产生裂缝。

（2）砼浇筑间隔过长，箱梁腹板和顶板混凝土浇筑间隔时间长，箱梁腹板浇筑完成后，部分箱梁顶板浇筑未能及时跟上，造成顶板和腹板连接部分变形不同步，而易产生裂缝。

（3）砼浇筑时间长，由于混凝土拌合设备出现故障，一部分箱梁在浇筑过程中，混凝土浇筑迫不得已中断，最长中断达2.0 h，个别箱梁总浇筑时间接近10 h，而设计文件要求箱梁浇筑时间为6 h以内。

（4）箱梁顶板压光收面时，由于表面浮浆不足，部分工人违规向箱梁表面洒水压光收面，改变了梁体原有混凝土的配合比。

3.2 提梁预留孔附近裂缝

在提梁预留孔附近发现有少量裂缝，分布不规则，原因有：由于施工人员在箱梁顶板上开设的提梁预留孔被割断的钢筋不能有效的产生约束作用，形成这一断面抗拉能力下降导致预留孔附近产生裂缝，而钢筋就是在混凝土收缩过程中产生拉应力，有效提高混凝土的抗裂性能。

3.3 梁体两端底板裂缝

梁体两端底板裂缝分布比较密集，裂缝宽度在0.15～0.5 mm之间，原因分析如下。

一是底板无法洒水养护，温度较大产生裂缝；二是由材料质量引起的，混凝土的水灰比、塌落度、外加剂、以及砂石料的含泥量超标均会影响混凝土的强度，引起裂缝。三是振捣工艺引起的，在浇筑过程中，混凝土的振捣不及时，不到位或过分振捣，造成离析，造成表面砂浆层，它比下层混凝土有较大的干缩性能，待水分蒸发后，形成凝缩裂缝。

4 裂缝预防措施

经过现场分析和讨论，预防措施如下。

4.1 减少两次混凝土浇筑时间

箱梁腹板和顶板的两次浇筑时间间隔过长，当顶板混凝土在迅速地硬化时，腹板砼已完成了大部分的硬化和收缩，硬化、收缩速率不同，腹板混凝土约束了顶板混凝土的收缩，腹板和顶板界面处产生拉应力，而此时顶板混凝土早期强度低，当拉应力增加达到混凝土抗拉强度时，就会出现裂缝。endprint

4.2 提梁预留孔处加设防裂钢筋

按规范合理开设预留孔，在开孔角上适当地加设防裂钢筋能够提高混凝土的极限拉伸值，对控制混凝土的收缩裂缝有积极作用。

4.3 优化砼配合比

（1）适当添加早强剂，提高混凝土的早期强度。

（2）适当增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流动性、和易性，降低混凝土水化热，有减水、润滑、缓凝等作用，可以有效防止温度裂缝的产生。

（3）适当增加减水剂，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝结时间，减少用水量。

4.4 提高振捣质量

对浇筑、振捣过程中的操作人员进行有针对性的技术交底，浇筑过程中合理安排施工人员，做到振捣及时、到位、无离析，避免振捣不及时、不充分、过分振捣，避免混凝土离析、粗骨料下沉、表面泌水等情况出现。

4.5 及时收面压光

在混凝土浇筑完成后，加强振捣，利用振动滚杆提浆，使表面出现浮浆，安排专人进行收面压光，严禁用洒水代替浮浆。

4.6 及时养护

混凝土浇筑完毕及收面压光后，待强度达到一定后及时覆盖土工布，洒水养护，使混凝土表面保持湿润状态，不断补充蒸发的水分，这样既可以防止混凝土的干缩裂缝，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉强度。

5 结语

客运专线预应力箱梁的裂缝成因是比较复杂的，对于箱梁裂缝的分布规律、形成原因还有待进一步分析，该工程通过采取上述预防措施后，裂缝数量逐步减少，取得预期的效果。

参考文献

[1] 薛峰.预应力混凝土箱梁裂缝的分析与探讨[J].城市道桥与防洪术，2013（5）：162-163.

[2] 陈罡.浅析大体积混凝土开裂原因及其防止方法[J].大众商务（投资版）中国建筑工业出版社，2009（12）.

[3] 张令苇.浅析大体积混凝土开裂原因及对策[J].城市建设理论研究（电子版），2012（15）.

[4] 王艳华.大体积混凝土施工工艺浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2011（34）.

[5] 高速铁路桥涵工程施工技术指南[M].铁建设[2010] 241号.北京：中国铁道出版社，2011.

[6] 杜文举.混凝土桥梁裂缝成因的研究分析[J].甘肃科技，2009（24）：115-118.endprint

4.2 提梁预留孔处加设防裂钢筋

按规范合理开设预留孔，在开孔角上适当地加设防裂钢筋能够提高混凝土的极限拉伸值，对控制混凝土的收缩裂缝有积极作用。

4.3 优化砼配合比

（1）适当添加早强剂，提高混凝土的早期强度。

（2）适当增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流动性、和易性，降低混凝土水化热，有减水、润滑、缓凝等作用，可以有效防止温度裂缝的产生。

（3）适当增加减水剂，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝结时间，减少用水量。

4.4 提高振捣质量

对浇筑、振捣过程中的操作人员进行有针对性的技术交底，浇筑过程中合理安排施工人员，做到振捣及时、到位、无离析，避免振捣不及时、不充分、过分振捣，避免混凝土离析、粗骨料下沉、表面泌水等情况出现。

4.5 及时收面压光

在混凝土浇筑完成后，加强振捣，利用振动滚杆提浆，使表面出现浮浆，安排专人进行收面压光，严禁用洒水代替浮浆。

4.6 及时养护

混凝土浇筑完毕及收面压光后，待强度达到一定后及时覆盖土工布，洒水养护，使混凝土表面保持湿润状态，不断补充蒸发的水分，这样既可以防止混凝土的干缩裂缝，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉强度。

5 结语

客运专线预应力箱梁的裂缝成因是比较复杂的，对于箱梁裂缝的分布规律、形成原因还有待进一步分析，该工程通过采取上述预防措施后，裂缝数量逐步减少，取得预期的效果。

参考文献

[1] 薛峰.预应力混凝土箱梁裂缝的分析与探讨[J].城市道桥与防洪术，2013（5）：162-163.

[2] 陈罡.浅析大体积混凝土开裂原因及其防止方法[J].大众商务（投资版）中国建筑工业出版社，2009（12）.

[3] 张令苇.浅析大体积混凝土开裂原因及对策[J].城市建设理论研究（电子版），2012（15）.

[4] 王艳华.大体积混凝土施工工艺浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2011（34）.

[5] 高速铁路桥涵工程施工技术指南[M].铁建设[2010] 241号.北京：中国铁道出版社，2011.

[6] 杜文举.混凝土桥梁裂缝成因的研究分析[J].甘肃科技，2009（24）：115-118.endprint

4.2 提梁预留孔处加设防裂钢筋

按规范合理开设预留孔，在开孔角上适当地加设防裂钢筋能够提高混凝土的极限拉伸值，对控制混凝土的收缩裂缝有积极作用。

4.3 优化砼配合比

（1）适当添加早强剂，提高混凝土的早期强度。

（2）适当增加粉煤灰的含量，粉煤灰能提高混凝土流动性、和易性，降低混凝土水化热，有减水、润滑、缓凝等作用，可以有效防止温度裂缝的产生。

（3）适当增加减水剂，可以有效地控制混凝土的坍落度、凝结时间，减少用水量。

4.4 提高振捣质量

对浇筑、振捣过程中的操作人员进行有针对性的技术交底，浇筑过程中合理安排施工人员，做到振捣及时、到位、无离析，避免振捣不及时、不充分、过分振捣，避免混凝土离析、粗骨料下沉、表面泌水等情况出现。

4.5 及时收面压光

在混凝土浇筑完成后，加强振捣，利用振动滚杆提浆，使表面出现浮浆，安排专人进行收面压光，严禁用洒水代替浮浆。

4.6 及时养护

混凝土浇筑完毕及收面压光后，待强度达到一定后及时覆盖土工布，洒水养护，使混凝土表面保持湿润状态，不断补充蒸发的水分，这样既可以防止混凝土的干缩裂缝，又可以加速混凝土的水化，提高混凝土的抗拉强度。

5 结语

客运专线预应力箱梁的裂缝成因是比较复杂的，对于箱梁裂缝的分布规律、形成原因还有待进一步分析，该工程通过采取上述预防措施后，裂缝数量逐步减少，取得预期的效果。

参考文献

[1] 薛峰.预应力混凝土箱梁裂缝的分析与探讨[J].城市道桥与防洪术，2013（5）：162-163.

[2] 陈罡.浅析大体积混凝土开裂原因及其防止方法[J].大众商务（投资版）中国建筑工业出版社，2009（12）.

[3] 张令苇.浅析大体积混凝土开裂原因及对策[J].城市建设理论研究（电子版），2012（15）.

[4] 王艳华.大体积混凝土施工工艺浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2011（34）.

[5] 高速铁路桥涵工程施工技术指南[M].铁建设[2010] 241号.北京：中国铁道出版社，2011.

[6] 杜文举.混凝土桥梁裂缝成因的研究分析[J].甘肃科技，2009（24）：115-118.endprint