橋梁工程預(yù)應(yīng)力空心板裂縫原因分析及控制

胡學(xué)林

摘要：從混凝土材料本身、設(shè)計(jì)和施工5方面分析了橋梁工程預(yù)應(yīng)力空心板裂縫的成因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，最后簡(jiǎn)要介紹了裂縫處理措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力空細(xì)心板；裂縫；原因；預(yù)防；處理

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板是橋梁的主要承重構(gòu)件，對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量至關(guān)重要?；炷帘砻娉霈F(xiàn)裂縫是橋梁工程的常見(jiàn)問(wèn)題之一。裂縫分宏觀裂縫和微觀裂縫兩類，混凝土的微觀裂縫為混凝土所固有，我們通常所指的裂縫為肉眼可見(jiàn)的宏觀裂縫，其寬度在0.05m以上。表面裂縫不影響空心板的正常使用，但可使混凝土頂面抗拉強(qiáng)度降低，使用中會(huì)增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露表面增大，易使混凝土早期老化，降低混凝土的強(qiáng)度，從而影響其耐久性。本文分析裂縫的成因并提出控制措施

一、預(yù)應(yīng)力空心板裂縫成因分析

(一)混凝土材料本身的性質(zhì)

1、收縮裂縫

混凝土的干燥過(guò)程是由表面逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈現(xiàn)含水梯度，因此產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力，內(nèi)部混凝土承受壓力。當(dāng)表層混凝土所產(chǎn)生的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

2、溫度裂縫

混凝土受水泥水化放熱、陽(yáng)光照射、夜間降溫等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時(shí)，將發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。特別是由于水化放熱作用，使混凝土內(nèi)部與外表面溫差過(guò)大，這時(shí)內(nèi)部混凝土受壓應(yīng)力，表面混凝土受拉應(yīng)力。由于混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，表面拉應(yīng)力可能先達(dá)到并超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，而產(chǎn)生間距大致相等的直線裂縫(稱溫差裂縫)。

3、徐變影響

長(zhǎng)時(shí)間受力作用下，混凝土徐變逐漸增加。較大的徐變給結(jié)構(gòu)帶來(lái)的附加被動(dòng)內(nèi)力，使板或箱粱構(gòu)件彎矩產(chǎn)生重分布，增大的彎矩增加了板的剪應(yīng)力，因此造成了板裂縫出現(xiàn)。

(二)設(shè)計(jì)方面的因素

1、設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏算；計(jì)算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符：荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性：設(shè)計(jì)斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤等都有可能出現(xiàn)板中混凝土實(shí)際應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致開(kāi)裂。

2、混凝土配合比不合理。水泥用量過(guò)大使混凝土凝結(jié)收縮量大，容易造成表面產(chǎn)生裂縫。水灰比過(guò)大造成離析現(xiàn)象，其結(jié)果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振搗后水泥漿上浮到板頂，從而使混凝土強(qiáng)度不均勻，下部分強(qiáng)度大，頂板強(qiáng)度低。

(三)施工方面的因素

1、混凝土拌和澆筑不當(dāng)。拌和不均勻(特別是摻用摻合料的混凝土)，攪拌時(shí)間不足或過(guò)長(zhǎng)，拌和后到澆筑時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)；泵送時(shí)增加了用水量、水泥用量；澆筑順序有誤，澆筑不均勻(振動(dòng)趕漿、鋼筋過(guò)密)；振搗不實(shí)，坍落度過(guò)大、骨料下沉、泌水，混凝土強(qiáng)度過(guò)低就進(jìn)行下一道工序；連續(xù)澆筑間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，接縫處理不當(dāng)?shù)取?/p>

2、內(nèi)模膠囊上浮。預(yù)應(yīng)力空心板在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土對(duì)膠囊有較大的浮力，如果膠囊固定不牢，就會(huì)發(fā)生膠囊上浮現(xiàn)象，造成頂板厚度減小，這種情況也極易造成裂縫。

3、抽拔膠囊過(guò)早。空心板抽拔膠囊的時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度和混凝土的質(zhì)量有關(guān)，一般控制混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.6 MPa-0.8MPa時(shí)為宜。抽拔過(guò)早會(huì)出現(xiàn)“粘皮”現(xiàn)象，對(duì)混凝土質(zhì)量有影響，當(dāng)頂板厚度減小或是頂板浮漿過(guò)厚時(shí)，裂縫容易發(fā)生，這種原因出現(xiàn)的裂縫多為縱橫裂縫。

4、混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，拆模時(shí)間過(guò)早?；炷潦┕ね戤吅?，沒(méi)有適時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土表面水分蒸發(fā)過(guò)快，從而形成干縮裂縫。外界溫度在5℃以下時(shí)，如果不及時(shí)覆蓋保溫材料，也容易出現(xiàn)裂縫。在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到2.5 Mpa時(shí)，拆除側(cè)模板，由于操作時(shí)發(fā)生震動(dòng)，側(cè)面常常出現(xiàn)較窄的豎向裂縫。

5、墩臺(tái)下沉。墩臺(tái)不均勻下沉造成空心板撓度變形過(guò)大，在超靜定結(jié)構(gòu)中造成橋墩支承點(diǎn)處較大內(nèi)應(yīng)力，頂部混凝土拉應(yīng)力超過(guò)抗拉應(yīng)力，出現(xiàn)較大裂縫，對(duì)橋梁危害性較大。

6、預(yù)應(yīng)力管道在施工放線過(guò)程中不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管道不夠圓潤(rùn)、局部微段出現(xiàn)彎折的現(xiàn)象，造成預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置存在偏差，從而引起該處徑向力的突變。此外，預(yù)應(yīng)力管道的定位鋼筋間距過(guò)大，容易造成預(yù)應(yīng)力管道在混凝土澆注過(guò)程中發(fā)生彎沉和起伏；同時(shí)，有的定位鋼筋由于焊接不牢而脫落，預(yù)應(yīng)力管道在混凝土澆注過(guò)程中發(fā)生橫向偏移，使得預(yù)應(yīng)力筋的線形發(fā)生改變，引起徑向力的變化。

二、裂縫的預(yù)防和處理措施

(一)裂縫預(yù)防措施

1、檢查設(shè)計(jì)過(guò)程

設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)計(jì)算之后詳細(xì)檢查設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，截面是否合理、配筋是否足夠等，特別是預(yù)應(yīng)力鋼絞線和鋼筋布置必須符合保護(hù)層厚度和間距數(shù)值的要求。薄厚構(gòu)件連接處設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能使兩構(gòu)件厚度一致，同時(shí)還要合理配置連結(jié)鋼筋。

2、嚴(yán)格控制原材料，合理配制混凝土

進(jìn)場(chǎng)材料必須經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)后方能使用，對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土使用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，水泥初凝時(shí)間必須大于45min，細(xì)集料使用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)保持在2.6-2.9之間，含泥量小于2％。粗骨料使用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石，含泥量小于0.5％，針片狀顆粒含量應(yīng)小于5％。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，在滿足混凝土坍落度要求的前提下，盡量采取可靠的減水劑，合理調(diào)整配合比，降低水泥與水的用量，以減少混凝土的凝結(jié)收縮量。混凝土拌和時(shí)間控制在2min，不能過(guò)短，也不能過(guò)長(zhǎng)。攪拌時(shí)間短混合料不均勻，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)。保證混凝土的均勻性，嚴(yán)格控制加水量。經(jīng)常檢測(cè)混凝土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性。

3、混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)

混凝土澆注應(yīng)選擇一天中溫度較低的時(shí)候進(jìn)行，采用插入式振搗器振搗時(shí)，移動(dòng)間距不應(yīng)超過(guò)振搗器作用半徑的1.5倍，對(duì)每一振搗部位必須振動(dòng)到混凝土停止下沉。不在冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿，邊振動(dòng)邊徐徐提出振動(dòng)棒，避免過(guò)振，造成混凝土離析。振搗過(guò)程中避免觸及鋼筋和預(yù)埋件。

混凝土澆筑收漿完畢，即采用養(yǎng)生布或草簾覆蓋和灑水相結(jié)合養(yǎng)生養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面始終保持在濕潤(rùn)狀態(tài)，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。由于水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生很大的熱量，混凝土澆注完成后必須在側(cè)模外噴水散熱，以免混凝土由于溫度過(guò)高，體積膨脹過(guò)大，在冷卻后體積收縮產(chǎn)生裂縫。養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為7天，最好10天－14天。

4、嚴(yán)格檢查膠囊漏氣，防止膠囊上浮

對(duì)使用的膠囊要經(jīng)常打壓檢查，發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。膠囊下放要及時(shí)、準(zhǔn)確。膠囊固定要牢固。防止膠囊上浮，并避免鋼筋或其他尖利物品劃破膠囊，造成膠囊漏氣。

5、控制墩臺(tái)變形

超靜定結(jié)構(gòu)墩臺(tái)基礎(chǔ)底地基易產(chǎn)生不均勻下沉，如地質(zhì)狀況不好或不易改造，則應(yīng)選用其他靜定結(jié)構(gòu)。蓋粱底支架不可過(guò)早拆除造成撓度變形過(guò)大，空心板架設(shè)時(shí)應(yīng)同時(shí)對(duì)稱落架。

(二)裂縫處理措施

早期裂縫一般不必處理，但裂縫寬度較大和深度較深時(shí)，應(yīng)做些處理，對(duì)較嚴(yán)重的裂縫可以鑿成三角槽，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)；裂縫嚴(yán)重時(shí)可在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹(shù)脂漿液加固：用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿黏結(jié)鋼板于裂縫處加固或先在裂縫內(nèi)注入環(huán)氧樹(shù)脂漿液再用環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)鋼板，二者結(jié)合起來(lái)效果更好。

三、結(jié)語(yǔ)

橋梁工程的裂縫的出現(xiàn)與混凝土材料本身性質(zhì)有關(guān)，也與設(shè)計(jì)疏漏、施工不當(dāng)有很大關(guān)系。在實(shí)際工程中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)和施工的監(jiān)管以防裂縫出現(xiàn)，并對(duì)已出現(xiàn)裂縫妥善處理，控制其發(fā)展，不至于對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。