淺析橋梁承臺(tái)大體積混凝土裂紋成因及防治技術(shù)

■鄭 明

(南平市高速公路有限責(zé)任公司，南平 353000)

0 前言

近年來(lái)，福建省高速公路發(fā)展迅猛，興建了大量的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，作為橋梁的下部結(jié)構(gòu)，大型橋墩、承臺(tái)等構(gòu)件屢見(jiàn)不鮮。在此類(lèi)大型構(gòu)件的大體積混凝土施工過(guò)程中，混凝土的開(kāi)裂一直是一個(gè)讓工程技術(shù)人員困擾的問(wèn)題。如何防治及處理這些裂紋，將直接影響混凝土構(gòu)件的耐久性。本文結(jié)合福建省高速公路建設(shè)中某特大橋承臺(tái)施工過(guò)程中混凝土裂紋的防治經(jīng)驗(yàn)，淺要談?wù)劵炷亮鸭y的控制要點(diǎn)和處理措施。

1 項(xiàng)目概況

福建省高速公路某特大橋，上部結(jié)構(gòu)采用5×35mPC連續(xù)剛構(gòu)T梁+(81+3×150+81)m變截面懸澆剛構(gòu)箱梁+(5×40+5×35)mPC連續(xù)剛構(gòu)T梁。下部結(jié)構(gòu)4#、5#承臺(tái)在陸地，承臺(tái)尺寸為18.30m×18.30m×4.00m，混凝土強(qiáng)度C30，樁基礎(chǔ)采用9根Φ3.1m鉆孔灌注樁，墩身為圓端型實(shí)心墩。

2 裂紋的出現(xiàn)及特征

施工過(guò)程中，該橋4#墩承臺(tái)在混凝土澆筑完成后，次日拆模時(shí)發(fā)現(xiàn)在承臺(tái)頂面及側(cè)面出現(xiàn)了數(shù)條裂紋，頂面裂紋成平面形狀，深度、寬度均較淺 (寬度小于0.30mm)，在墩身預(yù)埋鋼筋周邊較明顯；側(cè)面裂紋互不連貫，長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)178cm，最短26.2cm，最寬處1.00mm。隨后我們對(duì)這些裂紋進(jìn)行標(biāo)記，并觀測(cè)7天，每天早中晚記錄裂紋的變化，發(fā)現(xiàn)裂紋并未繼續(xù)發(fā)展。如何確保后續(xù)的混凝土澆筑質(zhì)量，杜絕裂紋的再次出現(xiàn)，成為亟待解決的問(wèn)題。

3 裂紋原因分析

針對(duì)該橋4#墩承臺(tái)出現(xiàn)的裂紋，我們進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為產(chǎn)生裂紋的原因主要有以下幾個(gè)方面：

3.1 大體積混凝土的水化熱大

每個(gè)承臺(tái)需要混凝土1340m3，厚度超過(guò)2.0m，是典型的大體積混凝土。由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生大量水化熱，大量熱量積聚在混凝土內(nèi)部不易散出，使混凝土表面與內(nèi)部形成溫度差。在混凝土凝結(jié)初期，溫度差引起的應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就容易產(chǎn)生裂紋。

3.2 施工配合比不合理

混凝土出現(xiàn)裂紋往往和配合比有很大關(guān)系。經(jīng)試驗(yàn)室核查，該承臺(tái)混凝土澆筑中，配合比存在如下問(wèn)題：(1)水灰比過(guò)大，在試驗(yàn)得出理論配合比后，施工配合比未及時(shí)根據(jù)地材的含水量進(jìn)行調(diào)整，造成配合比不準(zhǔn)確，水灰比過(guò)大；(2)配合比中細(xì)骨料偏多，造成混凝土收縮，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋。

3.3 水分蒸發(fā)干縮造成

水泥漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生相對(duì)拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

本地區(qū)為多風(fēng)天氣，這加劇了混凝土表面干燥的速度，使表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂紋。

3.4 塑性收縮因素

混凝土在終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過(guò)快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。

3.5 振搗養(yǎng)生影響

混凝土澆筑時(shí)漏振、過(guò)振，導(dǎo)致混凝土的密實(shí)性不夠，容易造成混凝土裂紋；混凝土終凝后進(jìn)行二次抹面，會(huì)造成混凝土的收縮裂紋；混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，也會(huì)造成混凝土表面干燥而出現(xiàn)干燥裂紋。

4 裂紋的預(yù)防措施

通過(guò)以上初步分析得出的原因，我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)配合比、制定施工配合比控制措施、優(yōu)化原材料的選用、降低水化熱、加強(qiáng)振搗養(yǎng)生等方面，提出了預(yù)防裂紋的幾個(gè)措施，在后續(xù)的大體積混凝土施工過(guò)程中加以改進(jìn)和應(yīng)用。

4.1 優(yōu)化配合比，減少水化熱等原材料選用方面

原材料選用措施：一是降低水灰比，在不影響強(qiáng)度的前提下，盡量減少水灰比；二是選用中低熱水泥和粉煤灰水泥，在配合比設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍內(nèi)盡量摻加粉煤灰，降低水泥的用量；三是優(yōu)先選用級(jí)配良好的集料。有試驗(yàn)表明：當(dāng)用連續(xù)級(jí)配、粒徑為5～40mm的碎石與細(xì)度模數(shù)為2.3～3.7的中粗砂時(shí)，單位體積混凝土水泥與水用量可分別減少28～35kg和20～25kg，綜合效益表現(xiàn)良好。鑒于該經(jīng)驗(yàn)，在滿足配合比要求的前提下，盡量增加粗骨料的使用；四是添加適量的減水劑等外加劑，改善混凝土性能。

4.2 混凝土施工措施方面

在大體積混凝土的施工過(guò)程中，可以采取以下措施：一是防止干燥收縮。為保證澆注混凝土表面溫度與外界溫度差值控制在25℃之內(nèi)，澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透；二是根據(jù)基礎(chǔ)的尺寸采用分層澆搗、斜面推進(jìn)的原則進(jìn)行施工 (圖1)。每層厚度控制在400mm左右，斜面坡度控制在 l∶6～1∶8 之間，可以起到加快散熱、減少水化熱、降低內(nèi)外溫差的作用，避免溫差應(yīng)力引起的裂紋；三是布設(shè)冷卻水管(圖2)。根據(jù)基礎(chǔ)厚度的不同，按照每層80cm布置冷卻水管，用水泵抽水保證進(jìn)水口有足夠的壓力，進(jìn)水口和出水口之間溫差控制在5～10℃，從基礎(chǔ)澆筑起至澆筑完成后，半個(gè)月內(nèi)不間斷注水，保證水溫。

圖2 冷卻管布設(shè)示意圖

4.3 加強(qiáng)振搗養(yǎng)生措施方面

加強(qiáng)混凝土作業(yè)工人的培訓(xùn)，使其掌握插入式振搗器“直上直下，快插慢拔；插點(diǎn)要均勻，切勿漏插點(diǎn)；上下要插動(dòng)，層層要扣搭；時(shí)間掌握好，密實(shí)質(zhì)量佳”的操作要領(lǐng)：①使用插入式振動(dòng)器時(shí)，移動(dòng)間距不應(yīng)超過(guò)振動(dòng)器作用半徑的1.5倍，與側(cè)模應(yīng)保持5～10cm距離，應(yīng)避開(kāi)預(yù)埋件或鋼筋10～15cm，應(yīng)插入下層混凝土 5～10cm；②對(duì)每一部位混凝土必須振動(dòng)到密實(shí)為止，密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿，確保振搗質(zhì)量。

表面抹面：初凝時(shí)，用木抹子做第一次抹壓，使面層充分達(dá)到密實(shí)；混凝士終凝前做第二次抹壓，使混凝土面層再次達(dá)到密實(shí)。

澆筑完成之后7～28d，及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，保持混凝土終凝前表面濕潤(rùn)，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并設(shè)置遮陽(yáng)和擋風(fēng)設(shè)施，防止混凝土表面水分散失過(guò)快而產(chǎn)生裂紋。

5 裂紋的治理

因該承臺(tái)的頂面標(biāo)高在漲水期水位以下，為保證承臺(tái)的耐久使用，針對(duì)出現(xiàn)的裂紋，采用如下處理方案。

5.1 表面修補(bǔ)法

針對(duì)承臺(tái)頂面，對(duì)于墩身預(yù)埋鋼筋周邊5cm范圍內(nèi)的裂紋，采用鑿除處理，適當(dāng)加大鑿除深度；對(duì)于頂面其他位置的裂紋，采用在其表面涂抹瀝青的方式處理。

5.2 注漿法

對(duì)已形成的縫寬大于0.30mm、縫深較深的承臺(tái)側(cè)面混凝土裂紋，我們采用裂縫灌環(huán)氧樹(shù)脂、表面涂刷瀝青的方案。首先用高壓氣槍對(duì)裂紋進(jìn)行吹掃，隨后用自動(dòng)注膠器將環(huán)氧樹(shù)脂從裂紋一端向另一端進(jìn)行灌填，確保裂紋中沒(méi)有氣泡，待灌縫膠凝結(jié)硬化后，表面涂抹瀝青(圖3)。

圖3 注漿示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)配合比、原材料、操作人員培訓(xùn)、施工工藝等方面進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，并在橋梁施工過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該橋后續(xù)的橋墩、承臺(tái)等大體積混凝土構(gòu)件的裂紋情況均能得到有效控制。

雖然大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，但只要嚴(yán)格按照規(guī)范施工，認(rèn)真積極探索裂縫產(chǎn)生的原因，及早采取相應(yīng)的預(yù)防措施，就能有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。