20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治Word下载.docx

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（1）荷载裂缝：

混凝土在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

a、直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。

裂缝产生的原因有：

设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；

计算模型不合理；

结构受力假设与实际受力不符；

荷载少算或漏算；

内力与配筋计算错误；

结构安全系数不够。

结构设计时不考虑施工的可能性；

设计断面不足；

钢筋设置偏少或布置错误；

结构刚度不足；

构造处理不当；

设计图纸交代不清等。

施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；

不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；

不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；

不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；

受车辆、船舶的接触、撞击；

发生大风、大雪、地震、爆炸等。

分析：

箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，但受施工人员素质，责任心，及实际操作过程不规范等因素影响，不排除因次应力产生裂缝。

采取措施：

进一步规范施工程序，严格按照施工流程进行施工，杜绝不规范施工操作，控制钢筋安装尺寸误差，对施工人员进行责任，安全，素质教育。

b、次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。

桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。

研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。

在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。

因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，施工过程中，没有在箱梁上施加荷载，且设计采用的是较成熟的理论，故排除了次应力产生的裂缝。

（2）温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。

温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。

引起温度变化主要因素有：

年温差。

一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁构件的纵向位移，一般可通过伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝。

我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。

因预应力箱梁的裂缝是在短期内，产生的局部小裂缝，故予以排除

日照。

有一定面积的混凝土构件受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。

由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。

日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

这里昼夜气温变化相对较大，受天气及气温影响，中午温度上升，故不排除使之产生裂缝的原因。

混凝土施工后严格按规范进行覆盖洒水养护，中午加覆盖物，并增加洒水养护次数，以保持混凝土湿润为准。

另外骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当。

也易使混凝土构件产生裂缝。

施工过程中，没有骤然降温的情况发生，且混凝土最大厚度为25cm，不属于大体积混凝土构件，没进入冬季施工，排除其可能性。

（3）收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。

塑性收缩。

发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。

塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。

在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。

在构件竖向变截面处箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。

分析及采取措施：

为减小混凝土塑性收缩，施工时控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料控制速度，不宜太快，振捣密实，竖向变截面处宜分层浇筑。

缩水收缩（干缩）。

混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。

因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。

混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。

如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

a、水泥品种、标号及用量。

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。

另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。

例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。

b、骨料品种。

骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；

而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。

另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。

c、水灰比。

用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

d、外掺剂。

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

e、养护方法。

良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。

养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。

蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

f、外界环境。

大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。

g、振捣方式及时间。

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。

振捣时间应根据机械性能决定，一般以5~15s/次为宜。

时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；

时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

h、对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性。

根据以上研究及理论进行分析：

本箱梁预制采用的水泥、骨料等均符合设计及规范要求，故排除材料引起的裂纹的影响。

施工过程混凝土严格按配合比搅拌，根据机械性能控制振捣时间，防止出现因振捣时间短，振捣不密实，混凝土强度不足或不均匀的现象，防止出现因振捣时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝的现象。

（4）钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。

由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

分析研究：

根据箱梁顶板出现的裂缝情况，箱梁顶板有的裂缝和顶板钢筋走向一致，故，顶板裂缝的产生可能与顶板钢筋有很大的关系。

防止钢筋锈蚀，对于锈蚀的钢筋要严格按照规范要求除去，采用足够的保护层厚度；

施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入。

保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。

三、施工工艺的对产生裂缝的影响

施工工艺质量是引起裂缝的一个重要原因。

其成因主要包括以下几个方面：

（1）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

（2）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

（3）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。

（4）混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

（5）混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

（6）增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

（7）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；

采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。

（8）混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

（9）施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。

（10）施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

（11）施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。

（12）装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；

吊装时吊点位置不当，侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。

（13）钢筋加工与安装顺序不正确，对产生的后果认识不足。

（14）施工质量控制差。

任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。

3、综合以上各种原因，我预应力箱梁技术小组逐一排查，发现在施工过程中还存在以下问题：

（1）混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准。

（2）混凝土坍落度控制不准确，有时根据施工经验判断混凝土坍落度不准确。

（3）搅拌混凝土过程中，有时混凝土坍落度过大时，加入水泥浆重新搅拌，增大了水泥用量，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加。

（4）发现端隔板出现裂缝处钢筋布局不太合理。

结语

在混凝土施工过程中，混凝土的裂缝是工程施工中常见的问题，关键是在于设计时的合理以及施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。

预应力混凝土箱形结构产生裂缝裂纹很常见，但由于梁是桥梁结构中一个较重要的构件，因其特殊的受力结构及重要性，施工中要尽量避免或减少，以保障桥梁的正常运营。

混凝土从施工到建成进入实际使用阶段，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。

从混凝土可能出现裂缝的原因来看，可知设计疏漏、施工控制不力以及对突发事件的处理方法等，均可能使混凝土出现裂缝。

因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工，是保证结构安全耐用的前提和基础。