橋梁薄壁墩臺裂縫成因與預(yù)防
2010-12-01
1、裂縫形成的一般規(guī)律
1.1溫度變形裂縫
混凝土在硬化過程中，拌合物中的水泥要產(chǎn)生大量的水化熱，而構(gòu)造物的表面由于受外界影響，溫度下降較快，出現(xiàn)內(nèi)外溫差產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫。環(huán)境溫差的影響也會產(chǎn)生裂縫，一般在冬期施工時，白天的溫度較高，而夜晚的溫度下降較快，外部的氣溫與砼內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫差而導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。
1.2收縮變形裂縫
砼的收縮是一個長期的過程，最終收縮完成大約要20a，但是砼在硬化初期3d～5d的收縮最大，對砼的損害也最嚴重。收縮變形裂縫從時間上可分為塑性收縮裂縫和干燥收縮裂縫。
?。?）塑性收縮裂縫?；炷翝仓?，未硬化仍處塑性狀態(tài)時就出現(xiàn)的裂縫。砼在澆筑成形后，表面的水被蒸發(fā)，而砼內(nèi)部的水分通過泌水和毛細管的作用上升到表面補充，砼隨著水分的蒸發(fā)而收縮。對含水量較大的砼（如泵送砼等）而言，表面水分較多，如果處在溫度高、風(fēng)速大和干燥的環(huán)境中，或者被模板及基礎(chǔ)吸收，表面的水迅速被揮發(fā)或吸干，而內(nèi)部的水分補充不及，造成表面體積收縮過大，而此時砼尚未有足夠的強度抵抗，因而產(chǎn)生塑性收縮紋。
（2）干燥收縮裂縫。砼在硬化后，一般在3d～5d的時間，如果養(yǎng)護不足或處于高溫干燥的環(huán)境，砼的收縮較大，而此時砼的水化熱已達到或經(jīng)過了最大值，砼的膨脹作用消失，砼開始整體地均勻收縮，受到外部約束時，砼會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，如果應(yīng)力超過砼自身的抗拉強度，則會產(chǎn)生干燥收縮裂縫。
2、裂縫形成的原因分析
2.1構(gòu)造
由于薄壁墩臺的結(jié)構(gòu)厚度較小，一般在60cm～100cm之間。厚度小，截面的抗拉能力低，大面積的表面由于溫度和收縮的作用，產(chǎn)生的收縮力很容易超過混凝土的抗拉力，因而導(dǎo)致出現(xiàn)貫通的裂縫。薄壁墩臺的底部設(shè)計一般與大體積的承臺固結(jié)，承臺與墩臺之間由大量的鋼筋聯(lián)結(jié)，約束的剛度極大，造成墩臺混凝土在變形時產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這也是形成裂縫的主要原因。
2.2材料
水泥質(zhì)量不符合要求，混凝土出現(xiàn)了離析與泛漿現(xiàn)象。骨料中含有泥土或使用了不符合要求的骨料，墩臺身較高，混凝土拌和料從上往下卸落時，容易離散，并由于振搗困難，混凝土的均勻性難以得到保證，造成表面或局部位置的砂漿較多，收縮大而不均勻，引起收縮裂縫。
2.3環(huán)境
薄壁墩臺表面積大，混凝土受外界環(huán)境的影響明顯，隨著溫度與濕度的變化，表面的水分容易蒸發(fā)，表面的溫度降低較快，內(nèi)外的溫度差過大，表面收縮大，導(dǎo)致裂縫的形成。
2.4施工
薄壁墩臺身較高，鋼筋稠密，混凝土攪拌不均或攪拌時間過長，水灰比過大，混凝土搗不充分，保護層厚度不夠，硬化前受震動或荷載作用等。由于壁薄、鋼筋密，為保證施工質(zhì)量，混凝土的施工坍落度一般較大，以便于流動，對施工地面條件較差的墩臺（如水中墩），常采用泵送混凝土，導(dǎo)致水泥、水和細集料的用量增大，增加了混凝土的收縮量。
3、裂縫的預(yù)防措施
3.1設(shè)計階段
薄壁墩臺由于自身屬容易開裂的結(jié)構(gòu)，預(yù)防裂縫如能在設(shè)計階予以詳細考慮，解決結(jié)構(gòu)本身的“先天不足”問題，將大大減少在施工階段預(yù)防裂縫的難度。
（1）在滿足受力條件的情況下，單幅薄壁墩臺的橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計寬度應(yīng)盡量減小。寬度較大的薄壁墩宜在中間增設(shè)永久的變形縫，減少橫向的收縮量。
（2）適當(dāng)增加水平鋼筋的配筋率，特別在薄壁墩臺的底部位置。在同等配筋率的情況下，建議采用小直徑鋼筋小間距布置，以增大薄壁墩臺的抗裂能力。雖然配筋率的增大對防止裂縫的產(chǎn)生作用有限，但能降低裂縫的寬度和減少出現(xiàn)貫通裂縫。
?。?）從預(yù)防裂縫的角度，在滿足強度要求的情況下，砼的設(shè)計標(biāo)號宜低不宜高。減少施工中的水泥用量和其它外加劑的摻量，并方便施工配合比的配制。
（4）在結(jié)構(gòu)型式上考慮減少基礎(chǔ)對墩（臺）身的約束度，或采用一些新型的抗拉性能好的砼。
3.2施工階段
從以上的工程實例和大量的事實表明，薄壁墩（臺）出現(xiàn)裂縫主要是由于施工中對裂縫的認識不足和對預(yù)防措施不重視所致，往往在施工配合比設(shè)計、砼的澆筑和養(yǎng)護時，只注重達到砼的強度指標(biāo)和其他設(shè)計的具體要求，忽略了對裂縫的控制考慮。根據(jù)裂縫形成的規(guī)律，結(jié)合以上實例分析結(jié)果，施工階段預(yù)防變形裂縫的主要措施有：
?。?）把裂縫控制作為一項重要的技術(shù)指標(biāo)，精心做好砼的施工配合比設(shè)計。這是預(yù)防變形裂縫首要和根本的措施。①嚴格減少單方砼的水泥和水的用量，一般情況下水泥用量最好不超過350kg/m3，可考慮采用摻加粉煤灰等活性材料，降低水泥用量和產(chǎn)生的水化熱，摻加收縮性小的高效減水劑減少用水量。盡量通過粗、細骨料的良好級配達到設(shè)計強度。②采用較低的水灰比、砂率和施工的坍落度，宜采用較大粒徑連續(xù)級配的粗骨料，盡量使用中粗砂。③外加劑（高效減水劑、緩凝劑等）的摻量不宜過大，更不能超過規(guī)定的合理范圍，特別對那些收縮性能指標(biāo)不明確的減水劑，更加要慎重使用。④考慮適當(dāng)摻加膨脹劑增加砼的抗收縮能力。
?。?）施工方案設(shè)計時，在施工場地條件允許的情況下，盡量采用普通砼澆筑，不宜采用泵送砼。雖然目前橋梁施工使用泵送砼已是發(fā)展趨勢，但從預(yù)防變形裂縫角度看，特別對高標(biāo)號或?qū)挾容^大的薄壁墩臺的砼施工，應(yīng)盡量使用普通砼澆筑。
（3）盡量縮短墩臺身砼和承臺砼澆筑的間隔時間，兩者齡期差異不宜過大。
（4）在晝夜溫差大的天氣盡量不安排施工，在炎熱天氣要注意保持模板的濕潤。
?。?）嚴格控制砼水平澆筑，砼不能從高處直接卸落，可采用串筒或流槽等措施保證均勻進倉，并且振搗要充分。
（6）加強養(yǎng)護，宜采用麻袋覆蓋淋水的方法養(yǎng)生，達到保溫和保濕的作用，不宜采用直接淋水養(yǎng)護。在溫差較大的天氣，要設(shè)置專門的保溫措施。建議采用在表面噴養(yǎng)護劑并覆蓋麻袋淋水養(yǎng)生雙重養(yǎng)護的辦法，保證養(yǎng)護的效果。
