薄壁混凝土槽型梁裂缝控制技术研究

罗许林

(郑州工业应用技术学院， 河南 郑州 450000)

现阶段，大多数交通运输工程的底板和槽型梁腹板均采用的是薄壁混凝土结构，为此，当交通运输轨道上承重时便会引发工程在竖向荷载的作用下，产生较大的横向弯矩或纵向弯矩，并且该荷载还会对槽型梁底板混凝土产生较大的拉应力，若此时槽型梁薄壁混凝土结构的起横向抗弯刚度较小，便极易引发其出现纵向裂缝。另外，槽型梁的底板和腹板结合处同时承受着扭矩与弯矩的作用，具有明显的应力集中特征，在加之其自身属于开口下承式薄壁结构、抗扭刚度较小以及槽型梁中预应力筋、钢筋分布密切，不很易导致底板和腹板结合处出现裂缝，同时也难以保证混凝土浇筑质量，进而导致其结构出现裂缝，这对保证槽型梁结构和桥梁工程整体结构的耐久性、安全性极为不利，为此，为有效控制和降低薄壁混凝土槽型梁裂缝的发生，需制定合理的槽型梁施工工艺及工序[1]。

1 薄壁混凝土槽型梁施工工艺

在实际的槽型梁施工过程中，为保证交通运输工程的耐久性和提高其使用寿命，常会在槽型梁内部设置双向预应力筋，但是由于槽型梁截面施工较为复杂，且分布着密密麻麻的预应力筋和钢筋，因而难以保证混凝土施工的质量，再加之槽型梁多采用薄壁混凝土结构进行施工，为此，常易导致其产生裂缝，本文先简单介绍了薄壁混凝土槽型梁具体施工工艺，再分析其产生裂缝的原因和探究相关的控制与改进措施。总的来说，薄壁混凝土槽型梁包含了三个方面的施工工艺，具体如下：

1.1 布置模板

为确保工程施工的精度和模板刚度符合实际施工需求，一般需在碗扣式脚手架上放置槽型梁模板，采用桥梁专用竹胶板(厚1.5cm)作为模板，并将主龙骨(10cm×15cm)横向布置于模板下部，将次龙骨(10cm×10cm)纵向布置于模板下部，为确保结构定位的精确性，还需设置可调节顶托，这样有助于促进梁与底板间加腋构造以及底板下纵、横梁节点构造得以实现，然后，再按照底、侧、翼板底及腹板内模板顺序进行模板加工和安装组织施工[2]。

1.2 绑扎钢筋

槽型梁内部一般配置较多和较密的钢筋，从而导致锚固端预埋件与预应力预埋管道易发生碰撞，考虑到槽型梁的构造和承载能力要求，为了便于进行混凝土振捣和钢筋定位施工，需按照腹板、底板、横/纵梁及翼板的顺序进行钢筋绑扎，同时还需稍微调整钢筋竖向和水平间距，以确保预埋件与预埋管道之间留有的空间充足，从而提高混凝土振捣密实程度。

1.3 浇筑混凝土及养护

槽型梁结构一般较为复杂，并且对于整跨的槽型梁还需进行连续浇筑才能确保工程结构的完整性，因此，在实际浇筑施工过程中，其对混凝土具有较高的和易性要求，一般需采用C50级混凝土配合比，并将坍落度控制为200mm左右，水灰比设置为0.3，然后按照横向对称、纵向分段及水平分层的施工原则，同时采用2台泵送车连续、对称的进行混凝土浇筑。对底板混凝土进行浇筑时，先将混凝土注入腹板，待其高度达到设计要求时，便可将混凝土直接灌注到底板内，然后再进行腹板混凝土浇筑，单次浇筑高度一般为30-40cm[3]。为防止预埋管道和钢筋移位，在浇筑混凝土时还需同步振捣，混凝土浇筑完毕且完成初凝后，需及时覆盖土工布，并对其进行定期洒水养护。

2 导致薄壁混凝土槽型梁出现裂缝的原因分析

2.1 施工温度应力因素

工程施工时的环境与温度是导致薄壁混凝土槽型梁结构产生裂缝的重要影响因素，如在进行混凝土浇筑的过程中，混凝土材料自身产生的水化反应会提高结构整体温度，而薄壁混凝土结构本身热量交换能力较差，因此，会导致大量的热量聚积在结构内部，从而导致工程结构表现出热胀冷缩的物理特性，前期会快速提高结构内部温度，从而导致其内部发生膨胀，后期温度急剧下降，内部便会产生收缩，这样，便会导致不同的应力作用于薄壁混凝土结构上，若此时混凝土结构的抗压能力不足或受压应力较大，便极易引发薄壁混凝土槽型梁结构表面出现裂缝，且裂缝的高发区为结构中间部位。

2.2 混凝土结构自收缩应力因素

随着混凝土中水含量的减少，混凝土结构会受到来自自生体积收缩产生的应力与干燥收缩应力等混凝土自收缩应力的影响，其中自生体积收缩产生的应力是由相关材料与混凝土自身水分发生的反应所致，干燥收缩应力则是由混凝土中的水分流失而导致其结构干燥，进而改变混凝土体积所致，在材料与混凝土发生的反应中，可采用固态化合物=胶凝材料+水这一公式进行理解，由该公式可知，混凝土自身固态化合物会随着其自身水分和胶凝材料的减少而增加，并引发混凝土体积膨胀变大。另外，对于混凝土结构自身而言，温度扩散速度慢于温度扩散，因此，干收缩应力的主要产生区为混凝土结构表面，如热交换塔、火电厂烟囱、水泵站与水闸均为薄壁混凝土结构，因此，这些机构进行混凝土施工时受干缩应力的影响较大。并且，在混凝土任意结构中代入上述公式，均可发现混凝土的湿度与温度变化与扩散方程相符合，通过扩散方程可知，混凝土干缩变形与混凝土自收缩变形之间虽然呈不完全线性分布关系，但混凝土干缩变形会导致混凝土发生自收缩变形，因此，自收缩应力不能单纯的依靠湿度而得出，而是需采用建筑行业中常用的经验方式以及结合多个分析方程进行计算[4]。

3 薄壁混凝土槽型梁裂缝控制技术和方法

3.1 槽型梁双向预应力张拉工序控制

在槽型梁腹板内布置纵向预应力筋以及在其底板横、纵向布置预应力筋，才能避免薄壁混凝土结构出现过大的裂缝和挠度，并且，由于工程施工阶段槽型梁截面并未完全对称以及未完全生成强度符合要求的混凝土结构，为此，在对预应力筋进行张拉的过程中需合理控制其张拉应力和顺序，以防止其出现裂缝。一般来说，预应力筋抗拉强度fpy=1260MPa，但是由于实际施工过程中需同时设置双向预应力筋且槽型梁底板自身的厚度较小，为避免对预应力筋进行单向张拉时破坏梁体结构以及最大限度的增强槽型梁的抗裂性能、整体刚度，可采用分阶段方案

对预应力筋进行双向张拉，即先对横、纵向预应力筋采用σcon=0.6fpy的控制应力进行张拉，再逐步张拉横、纵向预应力筋至设计值。为对张拉工序的可靠性进行验证，还需建立槽型梁的有限元模型，可应用MIDAS/Civil软件进行设计，并对相应的预应力筋及张拉控制应依次分阶段进行设定和激活，以此得出槽型梁在张拉过程中的应力计算结果[5]。

3.2 薄壁混凝土结构温度因素控制

薄壁混凝土是由骨料材料和胶合材料等一系列材料组成的胶合工程，当其与水发生混合后，便会发生强烈的反应，并聚集大量的热量，从而提高混凝土结构温度，另外，由于薄壁混凝土自身结构具有一定的特殊性，水反应会导致其内外结构温度分布不均，而根据温度产生的热胀冷缩原理，便会导致混凝土整体结构受到不同的压力与拉力，进而使混凝土压强产生改变，且结构的气压强还会随着结构中的湿气变化而改变，从而导致温度升高时，增大与混凝土结构表层压应力、内部外部应力和上下层应力，进而产生薄壁混凝土结构裂缝，为有效控制和防止薄壁混凝土结构裂缝产生，需不断探究新型的控温方式降低和冷却混凝土结构内外部温度，如合理控制水灰的配比、采用新的混凝土浇注方式或新型的浇注材料进行降温以及采用保温和降温相结合的方式降低薄壁混凝土结构温度变化。

3.3 薄壁混凝土结构自收缩应力因素控制

混凝土自身的物理结构特性以及薄壁混凝土槽型梁施工的工程环境都是导致混凝土自收缩应力的形成的重要影响因素，前者主要表现为混凝土的自身形变和各种物理膨胀，后者则是因为工程施工环境会直接影响到薄壁混凝土结构的湿度与温度指数，在实际的混凝土凝固过程中不可避免的会发生形变，从而导致结构的整体收缩性发生改变，而到这这种现象发生的根本原因在于水灰的混合比例，为了最大限度的减少混凝土凝固过程中的形变，可在薄壁混凝土结构施工过程中，将一定比例的粉煤灰添加到水灰中，以对薄壁混凝土的水灰比例产生影响，这样不仅能促进混凝土中的复杂材料进行有效胶合以及实现对薄壁混凝土结构中的孔隙率进行有效控制，同时还能促进薄壁混凝土结构的刚度、强度以及坚韧性大大提升，进而有效提高槽型梁整体结构的安全可靠性[6]。粉煤灰能够发挥这种功效的主要原因在于其加入的含量与薄壁混凝土结构中化学反应产生的水化物含量呈反比关系，有研究表明，随着粉煤灰添加的含量不断增加，能够有效降低薄壁混凝土结构临界压力和增加其临界长度，从而降低薄壁混凝土结构的自收缩应力，并且，实现结果显示，在薄壁混凝土结构中加入10%-20%的粉煤灰量，将会导致混凝土结构自收缩应力大小与粉煤灰含量呈线性分布，为此，为实现对混凝土结构自收缩应力的有效控制和防止薄壁混凝土槽型梁裂缝出现，在实际施工过程中还需根据实际配比的水灰比合理加入粉煤灰添加含量。

4 结语

薄壁混凝土槽型梁结构作为一种安全等级较高的施工结构和技术，在多种建筑工程施工中均有广泛的应用，不仅能有效保证槽型梁和工程整体的强度、刚度达到施工要求，同时还能有效延长工程的使用周期。但是，由于槽型梁截面施工较为复杂，且分布着密密麻麻的预应力筋和钢筋，因而难以保证混凝土施工的质量，进而会导致混凝土在凝固过程发生一定的形变或裂缝，为有效控制和防止薄壁混凝土槽型梁裂缝发生，可合理控制槽型梁双向预应力张拉工序、采用有效的控温方式降低混凝土结构内外部温度以及在薄壁混凝土结构施工过程中将一定比例的粉煤灰添加到水灰中，从而降低混凝土结构自收缩应力，这样便能有效避免和减少槽型梁裂缝的发生。

[1]方向春.薄壁混凝土槽型梁裂缝控制技术研究[J].价值工程,2018,37(06):116-118.

[2]刘岩.污水处理厂大面积薄壁混凝土抗裂技术研究[J].城市道桥与防洪,2016,(05):184-186+18.

[3]郭慧娟,高志旭.渠道薄壁混凝土衬砌裂缝产生原因及防治措施[J].河南水利与南水北调,2012,(18):142-143.

[4]方飞.渠道衬砌薄壁混凝土裂缝成因及控制措施[J].河南水利与南水北调,2013,(18):59+61.

[5]张彬,康旭荣,张友林.浅析渠道薄壁混凝土裂缝产生原因及控制措施[J].河北水利,2012,(11):39.

[6]王金杰,薄士威.浅析薄壁混凝土裂缝施工控制技术[J].水利与建筑工程学报,2011,9(01):130-132.