1、淺析橋梁矩形空心薄壁墩裂縫產生的原因與控制4800字 摘要:在市政橋梁施工過程中,空心薄壁墩會出現各種質量問題,而最為常見的就是裂縫的產生,對橋梁的質量產生的了嚴重的影響,而影響裂縫產生的原因又及其復雜,必須對其有一個比擬深化的研究。文章結合工作經歷及詳細工作理論分析了空心薄壁墩裂縫產生的主要原因,并對設計和施工方面的因素采取了詳細的應對措施,以保證橋梁混凝土構造的整體性和耐久性。 關鍵詞:矩形空心薄壁墩;裂縫;施工;設計中圖分類號:U445.559文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2022)08-0142-031概述隨著市政橋梁施工技術的開展,越來越多的橋梁應用于矩形空心薄壁墩橋墩

2、。雖然空心薄壁墩橋墩可以增大橋梁的橫向剛度,但由于橋梁施工時混凝土在凝結、硬化和養生過程中,水泥水化產生的水化熱使混凝土內部產生較大的溫度梯度,橋墩在承臺的約束下產生的溫度應力較大,而且混凝土還要產生收縮,橋墩在承臺的約束下產生收縮應力較大,假如這些應力超過混凝土能承受的限抗拉強度,就會在橋墩下部產生不同程度的開裂,影響構造的整體性和耐久性,危害性較大。因此,如何解決矩形空心薄壁墩墩身裂縫問題,高質量完成其施工建立任務,成為橋梁設計和施工人員必須考慮的問題之一,通過文章的總結裂縫主要有以下幾種類型。由荷載效應(如彎矩、剪力、扭矩及拉力等)引起的裂縫。由荷載引起的裂縫一般是與受力鋼筋以一定角度相

3、交的橫向裂縫,其中由于部分粘結應力過大引起的沿鋼筋長度出現的粘結裂縫,也是荷載引起的一種裂縫,這種裂縫通常是針腳狀及劈裂裂縫。由外加變形或約束變形引起的裂縫。外加變形或約束變形一般是混凝土收縮和溫度差引起的,約束變形越大,裂縫寬度也越大。鋼筋銹蝕裂縫。由于保護層混凝土碳化或冬季施工中摻氯鹽(是一種混凝土促凝、早強劑)過多導致鋼筋銹蝕,銹蝕產物的體積比鋼筋被侵蝕的體積大 23倍,這種體積膨脹使外圍混凝土產生相當大的拉應力,引起混凝土開裂,甚至保護層混凝土剝落,鋼筋銹蝕裂縫是沿鋼筋長度方向劈裂的縱向裂縫。對于上述的幾種裂縫需要深化的分析其產生的原因,以便有針對性的采取不同的措施以控制裂縫的產生。2

4、裂縫產生的原因分析2.1設計方面的原因傳統設計標準通常按構造承載強度進展配筋,其受力裂縫和收縮裂縫多可同時得到控制;但對收縮配筋沒有做充分考慮,一旦超出一定范圍,那么仍有可能出現收縮裂縫。以往空心墩的構造設計, 習慣上注重按承載強度進展受力配筋, 而往往很少考慮對因溫度、濕度引起的收縮變形問題;矩形空心薄壁墩構造形式一般為底部混凝土體積較大。因此,橋墩混凝土凝結固化時內部水化熱及水化熱溫差梯度較大,養護時,內部通常采取灌水養護,外壁采用灑水養護,容易造成由于內外溫度和濕度不一而引起混凝土收縮不均,進而導致收縮裂縫。2.2施工方面的原因施工方面的原因有很多,如配合比、沙石含量、溫差等,但歸結起來

5、可視為混凝土因素。配合比不恰當,水泥用量偏多造成砂漿外表缺少細骨料的凈漿,導致收縮率大,產生收縮裂縫;混凝土拌和不均、和易性差、坍落度控制不好,混凝土在拌和或運輸過程中出現離析,導致混凝土強度不滿足要求,抗拉強度不均勻,存在著許多抗拉才能很低、易于出現裂縫的薄弱部位;砂、石含泥量大,石子含粉塵量多,影響混凝土強度,粗集料選用不適宜的塑性巖類,導致混凝土塑性大,也是導致塑性收縮裂縫的一個原因;混凝土過振致使粗骨料下沉而漿體上浮,致使混凝土構件頂部骨料少而漿體多,導致頂部混凝土的抗拉強度大大減小,而且漿體又有較多的泌水,隨著水分的蒸發,構件頂部出現大量塑性收縮裂縫;高溫日曬加快水分的蒸發,以及拆模

6、后沒有按要求進展及時的覆蓋及灑水潮濕養生,從而導致收縮裂縫;施工時模板剛度缺乏,在澆注混凝土時,由于側向壓力的作用,使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫;墩身構造尺寸相對較大, 混凝土冷卻時外表溫度低,內部溫度高,在外表出現拉應力,在中間出現壓應力,也容易導致裂縫的產生;混凝土硬化期間,水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在外表引起拉應力,后期的降溫過程由于受到根底或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力, 當這些拉應力超出混凝土的拉裂才能時,即會出現裂縫;氣溫低于 0 時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,游離的水轉變成冰,體積膨脹,因此混凝土產生膨脹應力,同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結冰溫

7、度在-78 以下)在微觀構造中遷移和重分布引起浸透壓力,使混凝土中膨脹力過大,混凝土溫度降低,并導致裂縫出現。鋼筋銹蝕裂縫的產生,一般是由于施工中混凝土的保護層厚度不夠,或混凝土不夠密實,或早強劑、早凝劑摻入量過多引起的。3工程概況某城區高架大橋,全長410 m,1#、9#橋墩為矩形實心墩,2#8#橋墩為矩形空心薄壁墩,根底為挖孔樁。為了預防裂縫的發生,該工程主要從構造配筋設計、混凝土配合比、混凝土水化熱和施工溫度控制、混凝土養生等方面預防矩形空心薄壁墩裂縫。4裂縫控制對策4.1構造設計4.1.1合理配制鋼筋數量增加矩形空心薄壁墩截面變化處的程度防裂鋼筋,采用細筋密布布置,增大薄壁墩身的抗裂才

8、能,降低裂縫寬度和減少貫穿裂縫的出現。由于墩底受壓,因此橫向濕縮縫不會出現,而多是因受壓或濕縮而引起的豎向裂縫。橫向箍筋正是為滿足這種要求布設的,但其數量應能保證鋼筋應力即使在因混凝土開裂而增大后仍不超越屈從強度,能使裂縫充分分散,數量多而寬度小,從而防止出現“非控制性 的不可容許的少數寬縫。箍筋間距可以影響裂縫間隔 ,設計中依次在傳統空心墩設計的根底上,增加箍筋數量,減小鋼筋間距。因此,除控制最小鋼筋面積之外,還要控制空心墩中的箍筋間距。一般情況下可以代替控制荷載裂縫時的鋼筋最大間距, 對于由約束收縮(干縮、濕縮)引起的裂縫必須限制鋼筋直徑,因此要保證鋼筋直徑。為了防止或分散混凝土裂縫,增設

9、混凝土防裂網,該鋼筋網與混凝土共同作用受力,改善混凝土工作性能。4.1.2合理選擇混凝土標號在能滿足構造強度的同時,降低墩身混凝土設計標號(該工程墩身混凝土標號選擇C50),以減少水泥用量,并與承臺混凝土設計標號一致,減少溫差收縮不一致引起的內部應力以及約束應力引起的約束裂縫。4.2控制混凝土原材料質量水泥。水泥的發熱量、使用量、干縮性都是決定混凝土干縮裂縫的重要原因。不同的水泥,甚至是同一品種、同一強度的水泥,假如消費廠家不同,其發熱值、干縮值都有可能相差很大。經設計院同意,該工程墩身混凝土標號選擇C50, 減小水泥用量,降低水化熱,并方便配合比的配制。細集料。進步砂的細度模數,并級配良好,

10、其細度模數為2.83。特別控制砂的含泥量2%,因此,橋墩施工全部應選用質量穩定、性能良好的中砂。粗集料。為了進步混凝土的抗拉伸性能,本工程采用帶有棱角、有麻面的碎石,并嚴格控制含泥量、針片狀顆粒含量及最大粒徑。外加劑。合理、 科學地使用外加劑,既能進步混凝土的均勻性和密實性, 也可進步混凝土的抗拉性和抗裂性。采用緩凝高效減水劑,不僅可以減少混凝土的水泥用量,而且還可以相應減少拌和水量,從而到達降低水熱的目的。為了保證了在澆筑上層混凝土時,下層混凝土不至于初凝,且能延緩混凝土內部溫度峰值的出現,其參加量為0.01%,并且保證初凝時間要在34 h之間。 摻加粉煤灰。在配合比中,加人粉煤灰,取代等量

11、水泥,削減水化熱的高溫峰值。粉煤灰應滿足II級粉煤灰要求,且對其進展檢測,其主要技術指標符合國家標準。 4.3控制配合比通過屢次試配,該工程采用親和性較好的水泥,緩凝高效減水劑,使混凝土的初凝時間到達34 h,坍落度每小時損失23 cm,詳細配比為水泥:砂:碎石:水:外加劑=510:661:1079:170:3.06(其中砂率38%,外加劑摻量0.6%) 。4.4計量準確本橋混凝土拌和采用電子計量,拌和時間控制在 2.53 min,采用混凝土攪拌運輸車運送,泵送入模,混凝土坍落度控制在 1416 cm。4.5控制溫度本工程混凝土配料前,采用了以下措施來降低混凝土的澆筑溫度:調整混凝土澆筑時間。

12、由于施工時持續高溫,日最高氣溫達37,應選擇在下午 5點以后澆筑混凝土。降低骨料溫度。為了防止太陽直射,在集料堆上搭設涼棚;同時,噴灑冷水以冷卻碎石,使碎石溫度從30 35降低到30以內。降低拌和溫度。在澆筑空心墩底部混凝土體積較大處時, 建議采用加冰屑拌和,冰的吸熱量大約是水泥和集料的4.5倍,采用冰屑冷卻水拌和,可以有效地降低混凝土混合料的澆筑溫度。防止汲取外熱。為了降低倉溫,混凝土拌和前,提早用冷水沖洗拌和倉;混凝土澆筑前,也同樣用冷水沖淋混凝土泵送管道;混凝土澆筑時,在模板外灑水沖淋。防止過早拆模混凝土澆注完成后 , 不要過早拆模,以防出現溫度裂縫。在澆注初期,由于水化熱的散發,外表會

13、引起很大的拉應力。此時,外表溫度比氣溫高,拆模后外表溫度驟然下降引起溫度梯度,從而在外表附加一拉應力,與水化熱應力疊加,致使外表拉應力很大,就會導致裂縫。本橋墩身拆模時間控制在48 h,有效地消除了溫度應力產生的裂縫。4.6鋼筋銹蝕裂縫控制對于鋼筋銹蝕裂縫,由于它的出現將影響構造的使用壽命,危害性較大,故必須防止其出現。鋼筋銹蝕裂縫是目前正處在研究階段的一種裂縫,在施工中應保證有足夠厚度的混凝土保護層和保證混凝土的密實性,嚴格控制早凝劑、早強劑的摻入量,一旦出現鋼筋銹蝕裂縫應及時處理。4.7精心組織和安排施工從攪拌站集中拌和的混凝土由混凝土運輸罐車運至施工現場后, 由吊斗至串筒均勻入模, 澆筑

14、過程中采用分層連續澆注,分層厚度為30 cm, 分層澆注時間不得超過混凝土初凝時間,防止出現施工冷縫。采用一根50與兩根75插入式振搗棒進展混凝土振搗,振搗時以主筋間隔依次振搗,振搗棒插入下層混凝土510 cm,振搗棒快插慢拔,防止漏振及過振,確保混凝土振搗到位、密實。4.8注重混凝土養生措施在混凝土澆注完成后,為了防止因拆模時間較長面水化熱散發不及時,第二天早上拿遮陽網在主墩腳手架外圍圍護遮陽,并對鋼模外表噴水,拆模后立即用較厚的吸水柔軟的土工布包裹主墩新澆注的混凝土,對其進展不少于14d的持續噴水保濕養生。另外,為了掌握混凝土強度變化情況,在施工現場增加3 d與7 d同條件養生抗壓強度試件,并及時進展分析總結,持續改良。5結語通過實際觀察,在上述措施完成之后,該橋梁的空心薄壁墩裂縫發現較少,說明以上措施是確實可行的,文章對空心薄壁墩裂縫作了一個追本溯源的分析,給相關設計及工作人員提供了參考,但在詳細理論過程中還需結合工程的實際情況,分析裂縫的類型和產生的原因,以采