贛江泰和特大橋施工裂縫形成原因及控制措施

1、贛江泰和特大橋施工裂縫形成原因及控制措施摘要:針對贛江泰和特大橋施工過程中，荷載產(chǎn)生的裂縫、溫度變化產(chǎn)生的裂縫、混凝土收縮引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫和施工材料引起的裂縫做了較全面的分析和總結(jié)，并提出了相應(yīng)的控制預(yù)防措施。關(guān)鍵詞:贛江泰和特大橋裂縫控制措施近年來，我國在交通基礎(chǔ)建設(shè)方面得到了高速發(fā)展，特別是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的應(yīng)用。在混凝土橋梁的建造和使用過程中，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量，甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，鋼筋混凝土出現(xiàn)裂縫的問題經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實，現(xiàn)代科學(xué)和大量的工程實踐證明：只要采取一定的設(shè)計手段和施工措施，很多裂縫是可以預(yù)防甚至控制、避免的。贛江

2、泰和特大橋裂縫的種類就其產(chǎn)生的原因，大致可分為：荷載產(chǎn)生的裂縫、溫度變化產(chǎn)生的裂縫、混凝土收縮引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫、施工材料引起的裂縫。下面就針對贛江泰和特大橋的施工裂縫產(chǎn)生原因作較為全面的分析和總結(jié)，并且從中探究出控制贛江泰和特大橋裂縫的有效方法來指導(dǎo)工程實踐。1贛江泰和特大橋工程概況贛江泰和特大橋地處江西省泉州至南寧國家高速公路石城至吉安段，起于石城縣東南10km處的贛閩省界五里亭，與福建境內(nèi)永安至寧化高速公路相接，途經(jīng)石城縣、寧都縣、興國縣和泰和縣，終于泰和縣以北11km處的石頭山，與大廣高速公路及泉南高速公路吉安至蓮花段相連,全長190.719km。橋梁全長1900.20

3、m,其中主跨為(48+4為0+48)m6跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁，全聯(lián)長417.20m,橫截面為單箱單室箱型截面，箱梁頂寬10m,底寬5.2m,橋面全寬11.3m。主橋為(100+155+100)m采用懸澆梁施工，左、右幅各有懸澆段19節(jié)合龍段1節(jié)。2贛江泰和特大橋施工裂縫的種類及控制措施2.1荷載產(chǎn)生的裂縫及控制措施贛江泰和特大橋在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫。歸納起來主要有彎曲裂縫、剪切裂縫、斷開裂縫、扭曲裂縫和局部應(yīng)力引起的裂縫1。例如此橋梁若干橋臺的1/3處出現(xiàn)明顯的貫通橋臺的水平裂縫，發(fā)生在橋臺(超過4m位置)的薄壁臺中，據(jù)此裂縫的發(fā)生位置分析得出，橋臺的1/3

4、處作為橋臺懸臂梁模擬壓力受力時的最大彎矩點，多數(shù)由于橋梁臺后填土較高，土質(zhì)為液性低黏性土，類似軟土地基，排除設(shè)計缺陷和施工期間發(fā)生的可能，應(yīng)該在橋面板安裝后，在車輛活荷載及軟土自然下沉作用下共同引起臺背軟基滑移，導(dǎo)致橋臺受力模型擬為簡支梁，橋臺1/3處的裂縫實際為剪力縫。上述水平裂縫若貫通則極易引起混凝土突然開裂，鋼筋在長期屈服應(yīng)力狀態(tài)下受力，不僅會大大縮減結(jié)構(gòu)使用年限，同時存在很大的安全隱患。在施工過程中，如果一旦出現(xiàn)斜裂縫，就應(yīng)立即加強觀察。如裂縫發(fā)展緩慢并只限制在受拉區(qū)，裂縫寬度在限值以內(nèi)，此時的斜裂縫還被允許；如果裂縫不斷發(fā)展或者裂縫超出受拉區(qū)，則不論其寬度和長度的大小，都應(yīng)及時施加必

5、要的加固處理?？刂坪奢d裂縫的措施有以下幾點。贛江泰和特大橋在建造時期，要正確恰當(dāng)放置施工使用器械和材料;在受力的預(yù)制結(jié)構(gòu)不明了的情況下，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的活動情況；要按照圖紙的設(shè)計和規(guī)定的施工程序施工；另外還要針對結(jié)構(gòu)做施工機具振動條件下的疲勞強度驗算等。橋梁在荷載作用下常常由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫，為了避免贛江泰和特大橋此類裂縫的產(chǎn)生，施工階段不得隨意在橋梁結(jié)構(gòu)中鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等。2.2溫度變化產(chǎn)生的裂縫及控制措施溫度是影響產(chǎn)生粗裂縫的重要原因之一，主要出現(xiàn)在鋼筋配備薄弱的位置。與溫度引起的內(nèi)應(yīng)力及約束應(yīng)力的大小與溫差有關(guān)，特別是與晝夜間的變化關(guān)系最大，當(dāng)然溫度變化的速度(例如冷卻的速度)也

6、是關(guān)鍵，橋梁上嚴(yán)重?fù)p害的裂縫往往發(fā)生在氣候條件最差的時候。贛江泰和特大橋多數(shù)表現(xiàn)為橋的薄壁臺和耳墻部位中，發(fā)生的數(shù)量和位置均無明顯規(guī)律，與橋臺高度也沒有呈現(xiàn)量的關(guān)系，另外,由于橋臺橫向長度較長，高速公路單幅長度有的甚至達(dá)到20m,盡管預(yù)留了沉降縫，但是受溫度變化的影響依然存在，施工期間便產(chǎn)生了此類非結(jié)構(gòu)裂控制溫度裂縫的措施有以下幾點。通過減小混凝土內(nèi)外溫差、降低水泥水化熱來防止混凝土由于收縮和膨脹產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土強度，可以有效的防止產(chǎn)生溫度裂縫。提高骨料的級配，使用干硬性的混凝土或者添加混凝土添加劑等措施，可以降低水泥的使用量；使用冷水?dāng)嚢杌炷粒鋮s的碎石可以降低混凝土澆筑時的溫度；

7、若果在混凝土澆筑時環(huán)境溫度較高，可以降低澆筑厚度，通過澆筑表層散熱；可以將通過冷水的水管埋設(shè)在混凝土中來降低溫度；統(tǒng)一恰好的拆模時間，規(guī)定合理的拆模時間，為避免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化，在氣溫驟降時應(yīng)對表面保溫；遇寒冷季節(jié)，施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)采用保溫措施。保證合理地安排施工工序，防止高差超標(biāo)和側(cè)面長期暴露；為避免基礎(chǔ)過大起伏應(yīng)合理分縫分塊。另外，可以通過改善混凝土的性能,提高抗裂能力，防止表面收縮。這對防止裂縫的產(chǎn)生有十分重要的作用,由于出現(xiàn)貫穿裂縫后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿裂縫的發(fā)生為主。新澆筑混凝土早期拆模很容易導(dǎo)致溫度沖擊現(xiàn)象

8、。在混凝土澆筑初期，水化熱的散發(fā)會在表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時，表面溫度必定過高，如為了提高模版的周轉(zhuǎn)率而在此時拆除模板，混凝土表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加拉應(yīng)力，加上水化熱應(yīng)力，再加上混凝土干縮，表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，極易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)考慮拆模時間，避免溫度超標(biāo)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生早期裂縫。但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料(如塑料薄膜)，可以有效防止早期裂縫的產(chǎn)生。2.3混凝土收縮引起的裂縫及控制措施混凝土的收縮包括兩點：(1)水泥的水化產(chǎn)物在凝固反應(yīng)后體積變小。(2)混凝體的體積會隨著硬化過程中水分的蒸發(fā)而減小。因為混凝土由外到里逐層干燥

9、，內(nèi)部形成含水分布階梯，造成外表收縮程度大內(nèi)里收縮程度小的收縮不均勻。進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的外表承受拉力，內(nèi)部承受壓力的現(xiàn)象。如果外表拉力大過混凝土抗拉強度時，就容易出現(xiàn)收縮裂縫。贛江泰和特大橋多處在T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤游恢?，因硬化前沉實不均勻產(chǎn)生混凝土表面順腹板方向的裂縫。發(fā)生在施工過程中的收縮裂縫主要是塑性收縮裂縫，混凝土在澆注后的4h5h內(nèi)水泥水化反應(yīng)尤為激烈，水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水導(dǎo)致收縮，同時骨料下沉,在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫?？刂剖湛s裂縫的措施主要有以下幾種。統(tǒng)一規(guī)定水泥種類、標(biāo)號及用量。礦渣、快硬、低熱等水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、

10、磯土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。故應(yīng)根據(jù)構(gòu)件厚度選擇水泥品種。采用合適的骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑越大砂率越高收縮越小，而含水量越大，表現(xiàn)為水泥漿量越大坍落度越大收縮越大。減少用水量，從而減小水灰比。合理選用外加劑和摻合料。外摻劑保水性越好，混凝土收縮越小。養(yǎng)護措施正確。正確的早期養(yǎng)護尤為重要，可以促使混凝土的水花反應(yīng)加速，產(chǎn)生強度較高的混凝土。高濕度、低溫度的長時間養(yǎng)護過程，可以使混凝土的收縮減小。還有整齊

11、的養(yǎng)護方式同樣可以減少混凝土的收縮。養(yǎng)護過程中濕度和溫度是影響混凝土收縮最重要因素。澆注后立即覆蓋，澆水保濕，同時保溫、防風(fēng)，可較好地控制混凝土收縮裂縫。環(huán)境濕度越小收縮越大；早期養(yǎng)護時間越長，收縮越??；混凝土暴露面越大，收縮越大；風(fēng)速越大，收縮越大。振搗利用機械進(jìn)行操作。機械振機械振搗混凝土的收縮性比手工小。振搗最好在515秒/次,具體時間長短根據(jù)機械本身性能判斷。時間過短，容易造成振搗不夠密實，今兒混凝土凝固不均勻或者強度不夠;時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細(xì)骨料留在上層，強度不均勻，上層易產(chǎn)生收縮裂縫。2.4施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫及控制措施在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運輸、堆

12、放、拼裝及吊裝過程中，如果不按照規(guī)定的施工方法和質(zhì)量要求進(jìn)行施工，可能出現(xiàn)各種方向和不同程度的裂縫。裂縫的位置、寬度和方向手產(chǎn)生原因的影響。控制施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫的措施主要有以下幾點。嚴(yán)格控制混凝土震搗速度，過快容易使得流動性降低。如在混凝土硬化前沉實不足硬化后沉實過大，澆筑數(shù)小時后容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。正確恰當(dāng)?shù)囊?guī)定混凝土攪拌和運輸?shù)臅r間，水分的蒸發(fā)會隨著時間增長而增多，降低混凝土的塌落度，混凝土容易出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。嚴(yán)格控制混凝土保護層厚度，厚度過大或上層鋼筋被踩壓變位易使承受負(fù)彎矩的受力鋼筋保護層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減少，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。在混凝土分層或分段澆筑時

13、，按規(guī)范處理接頭部位，防止在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫施工時嚴(yán)格控制拆模時間，若拆模過早，混凝土強度不足，容易使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。施工前保證支架壓實充足，支架剛度滿足要求。2.5施工材料引起的裂縫及控制措施混凝土的主要成分有水泥、粗細(xì)骨料、水、礦物摻合料和外加劑。若其組成成分的出廠質(zhì)量不合格，混合時比例、順序發(fā)生錯誤，都會造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。例如水泥出廠強度不足或水泥受潮、過期，都會導(dǎo)致混凝土強度不足而產(chǎn)生裂縫。如下是幾種比較常見的裂縫形成原因。水泥安定性不合格。因水泥生產(chǎn)中原料未燒透，成品中殘留游離的氧化鈣、氧化鎂，若其含量超標(biāo)。由于氧化鈣、氧化鎂在凝結(jié)過程中水化速度很慢

14、，在水泥結(jié)硬后仍然繼續(xù)起水化作用，可引起已硬化的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生張力，嚴(yán)重者使混凝土開裂或崩潰。當(dāng)水泥中堿性氧化物含量較高(超過0.6%),同時又使用含有堿活性的砂、石骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)，引起混凝土開裂?；炷链旨?xì)骨料的粒徑大小、級配、雜質(zhì)含量、空隙率都會嚴(yán)重影響混凝土的強度，若級配不良孔隙率大都將導(dǎo)致水泥和拌和水用量過大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大。如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果更加嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度，特別是早期強度。保證混凝土材料合格，改進(jìn)現(xiàn)澆混凝土的施工工藝，根據(jù)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)及現(xiàn)場施工條件，選擇合適的水泥和集料，并嚴(yán)格控制水灰比,就可以有效地防止由于施工材料質(zhì)量問題引發(fā)的裂縫。3結(jié)語贛江泰和特大橋施工裂縫的原因復(fù)雜而繁多，涉及