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1、桥梁钢筋混凝土结构裂缝控制技术 （施工方面）,湖北十白高速公路 山区高速公路桥梁钢筋混凝土结构耐久性设计与施工关键技术研究项目 技术交流会,主讲人：蔡国宏 职 称：教授级高工 单 位：交通部公路科学研究所 原所长兼总工,目 录一、混凝土构件分类 二、引起混凝土构件开裂的主要原因 三、预应力混凝土T梁常见裂缝控制 四、现场浇注钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁桥常裂缝或事故 五、预应力混凝土T梁施工安全注意事项 六、混凝土结构耐久性施工注意事项,一、混凝土构件分类1、素混凝土构件2、钢筋混凝土构件3、预应力混凝土构件,二、引起混凝土构件开裂的主要原因1、荷载包括自重、车辆荷载、人群荷载、施工设施荷
2、载、风荷载、地震荷载、流水压力、冰压力、水浮力、土侧压力、预加应力。2、变形包括收缩、徐变、水化热、环境温度变化、强迫位移（如基础或支座变位）。构件间或同一构件不同部位间的约束作用、支座摩阻作用。,据调查资料，工程实践中结构物开裂的原因，由“变形”因素或以“变形”为主因素引起的裂缝约占80%，由“荷载”因素引起的裂缝约占20%。对于超静定结构，如连续刚构、连续梁、拱、桁架，由“变形”因素引起的拉应力远超过静定结构，如简支梁。但过去人们对“变形”因素的重视程度远不如“荷载”因素。施工阶段出现的裂缝，更是与“变形”因素紧密相关。,三、预应力混凝土T梁常见裂缝控制1、腹板竖向裂缝（1）腹板下缘较均布
3、的竖向裂缝,开裂现象：竖向裂缝在全梁范围分布较均匀，裂缝处于下方，但不完全通到底（营运阶段有可能通到底）。裂缝在横向多贯通。,1、腹板竖向裂缝（1）腹板下缘较均布的竖向裂缝,开裂原因：T梁预制台顶面粗糙，对T梁浇注的混凝土产生水平方向约束，当混凝土收缩及（水化热引起升温后）降温时，混凝土因受约束而拉裂。与承台上方墩身开裂原因相同。,防裂措施： （1）与承台上方墩身开裂防治措施相同，见下见说明； （2）T梁预制台座必须做光滑。,桥墩（或塔墩）靠承台区段的竖向裂缝,开裂现象：一般出现在第一、二浇注节段，竖向裂缝有一条或多条不符。,开裂原因：承台与桥墩（或塔柱）浇筑混凝土的龄期相差较大（20-30天
4、或更长），承台混凝土的收缩先期基本完成，而桥墩（或塔柱）混凝土浇注后，其混凝土收缩和水化热降温引起的收缩相互迭加，加上大气降温等因素，形成颇大的收缩量，这种收缩受到承台接触面（约束面）的约束，在墩身内产生拉应力，导致开裂，称为“基岩约束效应”。从理论上讲，最大的约束应力在约束边即桥墩与承台交接处，但通常竖向裂缝下端距约束边尚有一点距离，逐渐向上发展。这是因为桥墩混凝土在约束边处受到承台的“嵌固”作用，推迟或限制该处开裂，这种现象称为“模箍作用”。,防裂措施： 1、降低桥墩混凝土的收缩值和水化热值，配制低收缩、低水化热混凝土。一般采用降低水泥用量、掺加粉煤灰和精矿粉来实现。 2、最大限度降低桥墩
5、混凝土与承台混凝土的龄期差。要求承台浇注完成后3-5天即浇注桥墩，已有成功实例。,1、腹板竖向裂缝（2）腹板中间高度范围竖向裂缝,开裂现象：出现在腹板中间，上下不贯通，内外不贯通。,1、腹板竖向裂缝（2）腹板中间高度范围竖向裂缝,开裂原因：混凝土在浇注后内部产生水化热，以及日晒影响，形成上下和内外温差，外部低温内部高温时，外部拉裂。,防裂措施： （1）与前面第一条相同； （2）适当推迟拆模时间，避免混凝土内外温差过大； （3）加强养护工作，避免用低温的水浇喷。,2、腹板水平裂缝,开裂现象：在腹板上出现水平裂缝。,2、腹板水平裂缝,开裂原因：混凝土坍落度过大，粗骨料往下沉，引起水平方向拉裂。这种
6、裂缝称为“沉缩裂缝”。,防裂措施：按高性能混凝土或耐久性混凝土要求做混凝土配合比，降低坍落度。,3、腹板斜裂缝,开裂现象：跨径四分之一附近腹板出现左右对称分布的斜裂缝。,3、腹板斜裂缝,开裂原因：梁内实际主拉应力超过混凝土抗拉能力，其原因包括腹板设计或施工的厚度不够，或预应力张拉不足，或设计中未发现主拉应力很高的区域，或混凝土实际抗拉能力偏低。,防裂措施：设计上要正确计算主拉应力、腹板厚度和预加应力应足够。施工中应做准设计厚度，并按设计要求张拉预应力，并保证混凝土质量。,4、沿预应力管道的纵向裂缝,开裂现象：裂缝沿预应力管道方向分布。,4、沿预应力管道的纵向裂缝,开裂原因：纵向预应力张拉过大，
7、或混凝土强度不足。,防裂措施：严格按设计要求张拉预应力，防止过量超张拉，待混凝土强度达到一定要求后再张拉。,5、锚后裂缝,开裂现象：梁端锚头后方压裂。,开裂原因：纵向预应力张拉过大，或混凝土强度不足。,防裂措施：严格按设计要求张拉预应力，防止过量超张拉，待混凝土强度达到一定要求后再张拉。,四、现场浇注钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁桥常见裂缝或事故,1、由支架问题引起的 （1）现象和原因：支架强度和稳定不足，导致支架坍垮的重大事故；支架变形过大（支架整体刚度不足，或对软地基未做处理致使支架沉降），导致连续梁浇注混凝土后，跨中下方和墩顶上方梁体开裂，梁体变形。严重者需整孔拆除重建。,（2）预防措
8、施：支架设计必须充分满足预定荷载作用下的强度和稳定性，支架安装必须完整，绝不采用有锈蚀缺损或变形缺损的杆件，绝不漏装前后左右方向的斜撑杆件。支架的地基处理应规范，地基处理完毕后应做地基承载力试验，确保支架沉降在允许范围内。支架安装完毕后必须按梁身重量的1.2倍进行预压，消除支架变形，经总监理工程师认可后方可施工。拆架顺序：先翼板后底板，从跨中对称往两边拆，跨度大于20m时，支架拆除宜分两阶段，先从跨中对称往两端松一次架，再对称从跨中往两端拆，多跨连续箱梁应同时从跨中对称拆架。,2、由混凝土收缩和收缩差引起的 （1）现象和原因： 三跨连续梁若整体浇注或浇注区段过长，在支架拆除之前，就可能因混凝土
9、收缩（含水化热降温）而导致底板、顶板和腹板开裂。 若采用水平分层浇注，即先浇注好底板和腹板，再浇注顶板，在桥墩上方的箱梁区段，其腹板已加厚，端横隔板也很强劲，由于其浇注在先，已完成大部分收缩，当顶板浇注后，其收缩及水化热降温收缩会受到腹板和端横隔板的约束，而产生顶板水平裂缝。,（2）预防措施：三跨连续梁应纵向分段施工，在墩顶上方节段预留后浇注节段；尽可能缩短顶板与腹板和端横隔板之间的龄期差；采用低收缩、低水化热混凝土。,五、预应力混凝土T梁施工安全注意事项1、吊装过程中T梁侧弯失稳：防止措施：设计的T梁应有足够的翼缘宽度和腹板厚度。T梁吊装的重心应尽量向上，T梁的位置应保持竖向。,五、预应力混
10、凝土T梁施工安全注意事项,2、T梁安装就位后倾倒：防止措施：T梁在支座上就位的同时，应在两侧加可靠横撑使其稳定，并尽快使其与相邻已就位T梁在横向相连续。,3、防止架桥机损坏造成严重事故。,六、混凝土结构耐久性施工注意事项,结构耐久性：在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在规定的期限内保持其适用性和安全性的能力,结构的使用年限：结构建成后，各种性能均能满足使用要求的实际年限。,设计使用年限：在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，作为结构耐久性设计依据并具有一定保证率的目标使用年限。,1、 耐久性设计内容,2、 耐久性环境划分,3、 耐久性作用等级,30,4、 耐久性使用年限,5、施
11、工注意事项,配制耐久混凝土的硅酸盐水泥一般应为品质稳定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，其强度等级宜为42.5。配制耐久混凝土所用的矿物掺合料可为优质粉煤灰、磨细高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、天然火山灰等材料。掺合料必须品质稳定、来料均匀、来源固定。优质粉煤灰：烧失量应尽可能低(不宜大于5%),对预应力混凝土和引气混凝土不大于3%。混凝土中的粉煤灰掺量应不少于胶凝材料总量的20%，优质粉煤灰掺量可到胶凝材料总量的50%甚至更多。,配制耐久混凝土的骨料：质地均匀坚固，粒形和级配良好、吸水率低、空隙率小，不宜采用鄂式破碎机生产的粗骨料，严格限制针、片状颗粒含量，要求用反击碎石。外加剂中的氯
12、离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总量的0.02%，高效减水剂中的硫酸钠含量不宜大于减水剂干重的15%，宜采用聚羧酸类。氯化钙不能作为混凝土外加剂使用，如用作冬季施工的防冻剂等。,33,尽量降低拌和水用量和坍落度，用水量不宜高于150Kg/m3，坍落度宜控制在16cm以内（王铁梦专家主张122cm），不要超过18cm。应限制单方混凝土中胶凝材料的最高用量，并尽可能减少胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。中国土木工程学会“指南”规定：单方混凝土胶凝材料总量不宜高于400Kg/m3（C30以下）、 450Kg/m3（C40-C50）和500Kg/m3（C50以上）。铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定也有相应规
13、定。美国AASHTO规范规定不应超过475 Kg/m3。,34,耐久混凝土工程正式施工前，应针对工程特点和施工环境与施工条件，会同设计、施工、监理及混凝土供应等各方，共同制定施工全过程和各个施工环节的质量控制及质量保证措施。耐久混凝土施工中，需要重点保证质量并采取专门措施的内容有：结构表层混凝土的密实性、均匀性与良好的养护，混凝土保护层厚度的准确性，混凝土裂缝控制。耐久混凝土的原材料及配比，应在正式施工前的混凝土试配工作中，通过混凝土工作性、强度和耐久性指标的测定，并通过抗裂性能的对比试验后确定。,35,为保证钢筋保护层厚度尺寸及钢筋定位的准确性，宜采用工程塑料制作的保护层定位夹或定型生产的纤
14、维砂浆块。泵送混凝土的坍落度不宜过大以避免离析和泌水。结构表层混凝土的耐久性质量在很大程度上取决于施工养护过程中的湿度和温度控制。在混凝土发热阶段最好采用喷雾养护，避免混凝土表面温度产生骤变。混凝土的入磨温度应视气温而调整，在炎热气候下不宜高于气温或超过30 ，负温下不宜低于12 。,36,现浇混凝土应有充分的潮湿养护时间。混凝土的拆模时间除需考虑强度外，还应考虑到拆模时混凝土的温度不能过高，以避免接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。在炎热气候下浇注混凝土时，应避免模板和新浇混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度及附近的局部气温不应超过40 。,37,混凝土冬季施工应采用蓄热保温措施进行浇注和养护并使用低水胶比的混凝土，原则上不宜采用防冻剂。预应力孔道灌浆应采用专用灌浆料，具有良好的流动性和稠度，不泌水，适于真空压降，并在硬结后具有良好的体积稳定性，抗渗性，和足够的粘结强度。,Thank you,谢谢,主讲人：蔡国宏 职 称：教授级高工 单 位：交通部公路科学研究所,
