鐵路箱涵砼裂縫原因分析及控制措施

龔宇平 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開(kāi)發(fā)有限公司

鐵路箱涵砼裂縫原因分析及控制措施

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闡述砼裂縫以及由于施工可能引起箱涵產(chǎn)生裂縫的原因，并以新長(zhǎng)線某里程段框架橋出現(xiàn)裂縫情況為例，分析裂縫產(chǎn)生原因，提出以后在施工中如何有效控制裂縫產(chǎn)生。

框架橋；裂縫；混凝土施工；溫度

1 概述

隨著鐵路運(yùn)輸速度的提高，鐵路線路大量的平交道口改為立交涵形式。在立交涵形式中有下穿和上跨兩種。由于下穿框架橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較少，因而較多的被采用。就目前發(fā)展趨勢(shì)，框架橋的設(shè)計(jì)已向大孔徑、多跨度的方向發(fā)展。尤其是在城市附近的框架橋，為滿足運(yùn)輸科客流的需要及城市景觀等方面要求，孔跨數(shù)大多為3、4孔。對(duì)于多孔、跨度較大的框架橋結(jié)構(gòu)，如設(shè)計(jì)或者施工等環(huán)節(jié)考慮不周到，就容易使框架橋出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的還會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命。經(jīng)調(diào)查，許多已開(kāi)通的下穿框架橋都存在不同程度的裂縫，尤其是雨季，許多裂縫滲水嚴(yán)重，造成箱涵積水，安全隱患極大。

2 混凝土裂縫種類

大體積砼內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的；而深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

3 產(chǎn)生裂縫的主要原因

大體積砼在澆筑初期水泥產(chǎn)生大量水化熱，內(nèi)部溫度迅速升高，體積膨脹，此時(shí)在凝結(jié)后的混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，而新澆筑的混凝土底部雖然由于受先期混凝土的約束隨即產(chǎn)生壓應(yīng)力，但在混凝土硬化后期冷卻收縮時(shí)，將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力將大于升溫膨脹產(chǎn)生的壓應(yīng)力值。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉應(yīng)力時(shí)，也就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，并可能發(fā)展成為貫穿裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)造成較大的危害，因此大體積混凝土施工應(yīng)進(jìn)行溫度控制，使內(nèi)部的最高溫度及內(nèi)表溫差控制在設(shè)計(jì)要求以內(nèi)，避免大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)的溫度裂縫，一方面是混凝土內(nèi)部因素，由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的；另一方面是混凝土的外部因素，結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強(qiáng)度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。產(chǎn)生裂縫的只要原因有以下幾方面：

3.1 水泥水化熱

水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，這種熱量引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5d。

3.2 外界氣溫變化

在施工階段，大體積混凝土的溫度隨著外界氣溫變化而變化，特別水氣溫驟降，會(huì)打打增加內(nèi)外層混凝土溫差。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60℃～ 65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，大體積混凝土的溫度控制應(yīng)按照“內(nèi)降外?！钡脑瓌t，采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)表溫差引起的溫度應(yīng)力。

3.3 混凝土收縮

混凝土中月20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發(fā)，多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮，即混凝土收縮的主要原因是由于內(nèi)部水蒸發(fā)而引起的。影響混凝土收縮的因素，主要有水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝（特別是養(yǎng)護(hù)條件）等。

4 案例分析

某框架橋位于新長(zhǎng)線，結(jié)構(gòu)為（12.25+13+13+12.25）m箱形橋，與鐵路法線夾角為15°，垂直鐵路方向長(zhǎng)度為21m，高8.45m。本工程采用架設(shè)D型施工便梁頂進(jìn)法施工。

圖1 框架橋立面圖

4.1 裂縫位置及形態(tài)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，箱涵澆筑完畢拆模后裂縫就已經(jīng)存在。裂縫位于中墻上，均為垂直裂縫，平均4m左右有1道垂直裂縫。無(wú)滲水現(xiàn)象。初步判斷為表面裂縫或者深層裂縫。

4.2 施工情況

箱涵澆筑時(shí)間位于冬季，混凝土為C40P8商品混凝土。配筋均按圖紙施工，符合設(shè)計(jì)要求。箱涵分兩次澆筑成型，第一次澆筑底板及下梗肋，第二次澆筑側(cè)墻及頂板。箱體模板采用2.44×1.22（m）竹膠板制作?；炷翝仓楸盟汀?/p>

4.3 原因分析

箱涵在拆模后裂縫已經(jīng)存在，可排除受荷載影響。結(jié)構(gòu)配筋也滿足要求。因此，該裂縫產(chǎn)生主要原因有兩種：一是原材料配比是否符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)于有抗?jié)B性要求的混凝土粗集料、砂率、水膠比是否符合施工規(guī)范。且泵送混凝土坍落度較大，水泥用量和用水較多，容易產(chǎn)生收縮裂縫。

二是施過(guò)程工中的影響，該工程為冬季施工的混凝土，拆模后未采取有效內(nèi)降外保措施，使得混凝土表面與環(huán)境溫差較大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該箱涵裂縫產(chǎn)生在主要原因是施工影響造成。

5 控制措施

（1）配合比設(shè)計(jì)要合理，水膠比不宜過(guò)大，粗骨料用量不宜過(guò)小。

（2）嚴(yán)格控制砂石雜質(zhì)含量及針片狀含量在規(guī)范允許范圍內(nèi)，級(jí)配應(yīng)合理，并避免使用細(xì)度大的水泥。

（3）混凝土澆筑前，對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，不合格混凝土嚴(yán)禁模澆筑。

（4）混凝土要振搗均勻，避免出現(xiàn)過(guò)振現(xiàn)象，以防局部出現(xiàn)塑性收縮裂縫和干縮裂縫，并嚴(yán)禁用振搗棒趕料。

（5）嚴(yán)格控制混凝土表面溫差，不得超過(guò)25℃，以避免出現(xiàn)表面溫差裂縫。

（6）模板拆除不宜過(guò)早，以免混凝土水分大量流失形成收縮裂縫。

（7）拆模后，立即進(jìn)行灑水、覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，防止風(fēng)催日曬?；炷帘砻媾c環(huán)境溫度大于20℃時(shí)，應(yīng)采取保溫養(yǎng)護(hù)措施。

責(zé)任編輯：萬(wàn)寶安

來(lái)稿日期：2014-11-07