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1、桥梁混凝土空心板裂缝原因分析及其预防措施摘要 本文以仙港大道涵井互通桥预应力混凝土空心板发生裂缝为实例，分析了裂缝的原因，并提出改进措施，使预应力混凝土空心板表面裂缝得到了有效的控制。 关键词 预应力空心板 裂缝 预防措施1 工程概述 仙港大道（仙游疏港公路）工程建设项目全长26km，全线采用二级公路标准设计，设计速度80km/h，路面为沥青砼路面，全线采用半封闭式设计。工程总投资约7.0亿元，是市、县重点建设项目之一。其中仙港大道涵井互通桥，桥孔为220m预应力混凝土简支空心板，全桥一联，全长54.00m。设计荷载：公路-级,桥面宽度：20.5m（防撞栏）+12.0m（行车道）+0.5m（防
2、撞栏）+6.0m（分隔带）=32m，斜交100，0#桥台采用U型桥台，基础采用桩基础，2#桥台采用U型桥台，明挖扩大基础，1#桥墩采用柱式桥墩。该桥共有空心板梁52片。在预应力混凝土空心板钢绞线张拉前，发现有部分已预制好的空心板出现不同程度的裂缝。2 桥梁空心板的设计 仙港大道涵井互通桥梁空心板的设计，为后张法钢绞线预应力混凝土结构。标准跨径20m，板梁高90cm，宽125cm；空心板的梁顶、底板厚度均为12cm，肋板厚度为28cm；空心板钢绞线选用标准强度fpk=1860MPa，普通构造钢筋为直径1012mm，间距为20cm，混凝土等级强度为C50；预应力锚具采用OVM15型锚具，预应力钢绞
3、线张拉控制应力0.72fpk=1339MPa。其预应力钢束构造布置形式见图1，图中单位为cm。图1 预应力钢束构造布置图3 裂缝分布情况 根据现场统计，在已预制好半幅26片梁中有8片出现裂缝，其中边梁2片，中梁6片。裂缝梁的裂缝位置基本都在梁跨端附近(见图2)，在梁板顶面，裂缝多发的位置在箍筋处，裂缝长度为26135cm，缝宽为0.050.11mm，沿截面高度呈上宽下窄状，深度不大，一般在510mm以内,在梁底板处，多发生在横向钢筋处，裂缝也为沿梁纵方向，多属于深进或部分贯穿裂缝。图2 空心板梁裂缝分布示意图4 空心板裂缝原因分析 导致预应力混凝土梁裂缝的原因有许多，就本工程而言，据现场检查分
4、析，笔者认为产生桥面板裂缝的原因有如下几点。4.1 原材料因素 水泥采用炼石P.O 42.5R，经检验符合规范要求，水泥用量：459kg/m3，坍落度值为5070mm。设计配合比（重量比）:水泥:碎石（大/小）:砂:水:外加剂=1:1.42/1.16:1.27:0.37:0.008。 （1） 在混凝土施工时，一般施工人员偏于保守，水泥用量超过高限，特别是在新的混凝土评定标准提高以后，其水泥用量比以前增加了5%左右。由于水泥用量的增加使混凝土凝结收缩量增大，造成表面裂缝。尤其是高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，这样在混凝土硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的温度升高，从而使混凝土的温度收缩
5、应力加大。在叠加其他因素的情况下，很有可能导致温度收缩裂缝。 （2） 水灰比过大。在拌制混凝土的过程中，有的拌和设备计量不准，随意性较大。由于水灰比过大而造成离析现象，其结果是粗骨料沉于下部，多余水分上升，振捣后水泥浆上浮到顶板，从而使混凝土强度不均匀，下部强度大，顶板强度小，混凝土强度较弱区往往是裂缝容易发生的部位。浮浆过多发生收缩现象较为明显，在每根箍筋处顶板横向裂缝较为严重。 （3） 砂、碎石含泥量超限。在施工过程中，有时砂、碎石的含泥量超限，这样它们与水泥之间的胶结力有所下降，造成混凝土的强度和抗渗性降低，并且产生网状裂缝。4.2 施工工艺因素 （1） 混凝土拌制方面的原因。拌和设备采
6、用500型强制式搅拌机，拌和时间为1min(规范规定1.52min)左右。时间过短，影响了混凝土的均匀性，造成坍落度偏大，和易性较差。混凝土的坍落度是混凝土施工检测手段之一，在施工过程中准确控制坍落度，可提高混凝土的内在强度及混凝土表面光洁度。在施工时如果忽略了高温下坍落度的损失量，会使混凝土和易性和粘性降低，造成混凝土离析，使混凝土构件表面出现蜂窝、麻面、露砂等缺陷，从而减弱混凝土内在强度。经坍落度仪测定，该桥梁浇筑砼的坍落度值为110mm(设计是5070mm)，由此断定水灰比超过了设计用量，水灰比过大，混凝土干缩量加大，从而产生干缩裂缝。 （2） 混凝土浇注方面的原因。工地采用插入式振动器
7、振密，振捣过程出现过振现象，致使混凝土表面粗细集料离析，靠近模板的混凝土表面细集料集中。 （3） 内模胶囊上浮、胶囊漏气或抽拔过早。混凝土浇筑过程中，混凝土对胶囊有较大的浮力，如果胶囊固定不牢，就会发生胶囊上浮现象，造成顶板厚度减小，这种情况也极易造成裂缝。内模胶囊因为制造质量或在施工中有所损坏，造成在混凝土浇筑过程中漏气，气压下降。在混凝土几乎没有强度的情况下，如果发生漏气现象，顶板混凝土将发生下陷，造成难以补救的事故。抽拔胶囊的时间与养护温度和混凝土的质量有关，一般控制混凝土强度达到0.60.8MPa为宜。抽拔过早会出现“黏皮”现象，对混凝土质量有影响，当顶板厚度减少或是顶板浮浆过厚时，裂
8、缝容易发生，这种原因出现的裂缝多为纵横裂缝。该桥其中一条板梁浇注一段时间后，使用气压表量测充气胶囊气压值为0.017MPa，低于原值0.023MPa，后经检查发现充气胶囊有漏气现象，使得顶面受力不均匀。且混凝土强度未达到2.5MPa，以致后浇注的混凝土顶面发生裂缝。4.3 台座基础不均匀或沉陷 该预制混凝土空心板梁台座在桥位两侧高填土路基上进行制作，基础为砖和混凝土结构，其台座两端底部为混凝土垫层，沿梁长度方向长约2m，厚度约10cm，中间为普通砖垫层，厚度约12cm。现场调查后发现有的台座局部表面不光滑，磨擦系数增大，摩阻力也相应增大,当摩阻力超过混凝土本身承受的拉力时,这个应力集中点就会产
9、生裂缝。同时，由于混凝土和砖的线胀系数不同，温度和湿度变化时，二者产生的变形不同，导致垫层不均匀变形，再加之养护时垫层下部土基础浸水，局部下沉，致使早期强度很低、刚度很差的混凝土梁体在自重作用下产生裂缝，作用机理相当于受弯构件裂缝的形成。4.4 浇筑过程中的温度控制不合理 实际在梁体浇筑过程中，未采取降温措施，这是导致裂缝产生的原因之一。根据施工原始记载，发生裂缝的预应力混凝土空心板有3片是在8月15日至8月26日间浇筑的，其间气温较高，日最高气温36C，最低气温6C。统计表明，产生裂缝的6片梁中，有3片梁是在气温较高的下午3：00浇筑，浇筑时气温均在32C或以上。在如此高的气温条件下，拌和、
10、运输及浇筑由水化热较高的P.O42.5普通硅酸盐水泥配置的混凝土，如不采取降温措施，极易产生外界高温热量向混凝土倒灌的现象，使混凝土温度过高。当混凝土降温收缩时，全部或部分受到台座的约束，在混凝土内部将出现很大的拉应力，进而导致严重的降温收缩裂缝。4.5 养护中温度控制不当 在桥梁施工中多采用洒水和薄膜两种养生方法。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生，空心板顶面裸露在大气中，夏季最高气温达35C，加快了水份的蒸发，致使表面干缩裂缝。现场对混凝土的养护措施是：梁体外采用覆盖塑料布和洒水养护，梁孔内采用在两端砌砖封堵、蓄水养护的方法。 在高温条件下，采用不透气的覆盖塑料布和洒水对混凝土养护，极
11、易使被覆盖的混凝土表面产生比外界高的温度，因此上述温控措施，并不能起到温度控制作用，反而会适得其反。梁孔内采用在两端砌砖封堵、蓄水养护的方法，仅对梁体底板及水位以下部分梁肋板有效果，对梁顶板及水位以上部分梁肋板并无养护作用。而且，在这种养护条件下，肋板底部及梁体下部温度变化小，梁体表面及梁体上部混凝土温度变化大，随着温度和湿度的频繁变化，内外温差大致表面抗拉应力超过砼极限抗拉强度，预制体混凝土在自约束及外约束作用下，会产生干缩变形和温度裂缝。5 空心板裂缝的预防控制措施 （1） 严把原材料质量关。 按照质量要求，严格进行选料，对不符合要求的砂、碎石和水泥不许进场，对含泥量较大的骨料要求用水冲洗
12、；严禁使用过期和不同标号水泥，尽量采用发热量和收缩量较小的矿渣低水化热水泥。进场材料必须经严格检验后方能使用，对高标号混凝土使用高标号水泥，减少水泥用量，水泥安定性合格且初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂，细度模数Mx应大于2.6，含泥量小于3%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石，含泥量小于1%，针片状颗粒含量应小于5%。 （2） 严格控制混凝土拌和质量。 分析研究混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加缓凝剂和减水剂。混凝土拌和时间控制在2min，不能过短，也不能过长。保证混凝土的均匀性，严格控制加水量，经常检测混凝土的坍落度，以保证混凝土具有良
13、好的和易性。 （3） 严密重视混凝土的浇注过程。 加强温度监控，混凝土浇注应选择在一天中温度较低的时候进行。严禁在浇筑空心板过程中间断施工，底板混凝土振平以后，立即放内模并浇筑二层混凝土，尽量缩短施工缝处上下两部分混凝土的施工时间差，确保混凝土浇筑的连续性。采用插入式振捣器振捣时，移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍，对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆时为止，边振动边徐徐提出振动棒，避免过振，造成混凝土离析。 （4） 正确掌握混凝土养护要点。 不论是收缩裂缝还是温度裂缝，混凝土的养护最为关键。等混凝土脱模之后才开始洒水养护的方法是错误的。应在混凝土浇注
14、完成后，达到初凝时即用湿麻袋覆盖，终凝后再洒水养护。洒水频率要求保持混凝土经常处于湿润状态，不允许混凝土在高温下裸露暴晒，并连续养生7d以上。混凝土养生期内，派专人进行养生，使空心板里外均保持潮湿状态，以免混凝土由于温度过高，体积膨胀过大，在冷却后体积收缩过大产生裂缝，同时满足混凝土的强度形成过程中水化作用的需要和降低水化热，减少顶板裂缝的产生。 （5） 严格检查胶囊，严禁漏气，防止胶囊上浮。 对使用的胶囊应经常打压检查，发现漏气应立即修补。胶囊定位下料要准确，生根要牢固，一般采用定位钢筋固定为好，防止胶囊上浮，出现顶板厚度不足，最终引起早期裂缝。 （6） 做好台座基础。 一是对松软土、填土地
15、基在预制台座时，施工前应进行必要的夯实和加固，预制场地要硬化。二是保证台座有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。 （7） 控制好拆模时间。 抽内模的时间要根据现场混凝土强度而定，最好通过试块来确定，严禁过早拆除内模、侧模，要待混凝土达到一定强度后，方可拆除。 （8） 严格控制施工温度。 可采用改善骨料级配，用干硬性混凝土；拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却来降低混凝土的浇筑温度；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，
16、降低水化热，推迟热峰的出现时间；高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。6 结束语 经过对仙港大道涵井互通桥工程共有8片梁裂缝的原因分析，简要提出了以上混凝土收缩裂缝的防治措施。该工程在加强上述控制措施后，以后浇筑的几十片梁均没有出现裂缝，取得了一定经济效益和社会效益；说明在结构合理的基础上，预应力混凝土空心板梁的裂缝是可以通过施工措施控制的。参考文献1 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)3 尹国元.混凝土基本技术M(修订版) 北京：金盾出版社，20024 韩素芳，耿维恕文主编.钢筋混凝土结构裂缝控制指南
