卧龙湖大桥墩身裂缝原因分析及控制措施.doc

卧龙湖大桥墩身裂缝原因分析及控制措施中铁十四局集团三公司吴春朝【摘 要】本文根据施工中出现的问题和自己在施工中采取的措施详尽的论述了长大边 长混凝土结构裂缝出现的基本认识，指出长大边长混凝土结构裂缝出现主要由于混凝土的收 缩和温度变形受到约束后，结构构件内会产生较大的拉应力导致裂缝并结合施工中采取的 一些有益措施，对类似结构的设计与施工有很高的借鉴价值关键词】墩身 裂缝 长边约束控制措施—、工程概况卧龙湖大桥横穿卧龙湖水库，卧龙湖大桥中心桩号K1+370,左右幅分离设计，上部 构造采用现浇预应力殓V型支撑连续箱梁，跨径组合为30+12X40+30m,全长547.88m 全桥14孔一联，箱梁顶宽除右幅第1〜3孔宽度由23.055〜20.75m过渡外，其余箱梁单幅 顶宽均为20.75m,箱梁底宽不加宽段为15.75m,右幅1~3孔为加宽渐变段，横向设计为 单箱三室截面箱梁距路线中心线10.875m处梁高170 cm,墩顶处梁体总高为716. 9 cm,呈 空心”型,梁底设盆式支座桥梁下部构造为实体式墩和肋板式桥台，墩身 一般宽度为15.75米，最宽达17.45米，高度1.66-4.579=基础为直径1.50m和1.20m嵌岩 桩（群桩），钢筋殓承台。

二、 施工及监测情况本桥墩身于二OO五年八月三十一日开始浇筑墩身至十二月底已完成19个墩身，在墩 身钢筋施工时，对配筋我部已向监理和设计部门提出改善布筋方案，没引起各部门重视就不 了了之，墩身律配比选定时我部也对水化热和律收缩方面做了考虑，通过添加NOF-8型外 加剂延缓凝结时间，放缓水化热释放过程，浇筑前做了交底，过程中也做了检查总结，施工 后及时覆盖养护，墩身在拆模时都未发现裂缝，基本上在水化热高峰阶段没出现裂纹，降温 初期也未出现，由于洒水养护到位，基本也无龟裂现象对其中5#左墩通过埋入内置测温 计，内部最大温升达58°Co但大部分在浇筑20天以后陆续出现了于垂直于长边的方向出现 较长的裂纹，裂纹宽度在0.05~0.25mm,长度0.5~3.0m,基本是对称出现在墩身两侧三、 墩身裂缝分析我部根据现场检测、调查、分析并结合以往类似问题的经验认为此类裂缝的主要原因是 由于律的收缩和温度变形引起的，查阅文献资料易知，混凝土结构裂缝是混凝土材料释放内 部过大变形能的结果，裂缝削减了该处截面拉应力的峰值混凝土结构上出现可见裂缝几乎 是一种不可避免的现象通过裂缝减少变形能是混凝土材料的固有特性。

混凝土在成型过程 中，由于水泥的水化作用和拌合水蒸发必然产生失水收缩变形在施工阶段，尽管混凝土的养 护条件能够影响混凝土的收缩过程和收缩应力分布，良好的养护质量可以有效减少混凝土的 早期收缩裂缝，但对混凝土的最终收缩量影响很小混凝土的相对收缩量主要取决于水泥品 种、用量和水灰比,混凝土的绝对收缩量除与这些因素有关外，还与构件施工时的最大连续边 长大致成正比结构混凝土成型后，构件的体积（边长）随大气温度周期变化而波动，这种变形的绝对数量基本上与温差和构件成型后的最大连续边长成正比，最大变形发生在混凝土收缩 变形完成之后当温度降低时，构件产生的缩短变形会与混凝土的收缩变形相叠加，这也是在 降温容易发现结构裂缝的重要原因当混凝土的收缩和温度变形受到约束后,结构构件内会 产生较大的拉应力，并导致裂缝这类裂缝的形态有共同之处，即裂缝一般发生在有较大连续 边长且长向两端边界受到约束的构件上;裂缝的方向与混凝土内主拉应力方向相垂直，但裂 缝位置不确定;裂缝的中部宽度较大，易沿构件截面的较小边贯通;裂缝的开口宽度一般随构 件受拉边缘的配筋率增大而减小;裂缝出现后，裂缝处的钢筋应力才有明显增加，钢筋才开始 明显发挥约束裂缝开展的作用，这种作用与裂缝处钢筋的应力值及表面形状均有关。

混凝土 的最终收缩和温度变形（基本稳定值）主要与材料固有性能相关,设计上增加配筋率和施工上 保证混凝土良好的养护质量均不能从根本上改变材料的这种固有性能为减少这种变形对结 构的不利影响，除保证构件有适当的配筋率、良好养护质量（温度与湿度）外，设计上应尽量避 免设置或弱化构件长边方向两端的变形约束，通过设置施工缝减小构件成型时过大的连续边 长或掺加纤维材料等措施提高碇抗拉性能四、有关裂缝检算资料从以上分析资料可知，长大边长因混凝土的收缩和温度变形受到约束不可避免的会产生 裂缝，但对律连续边长极限长度应有一个数量观念，针对墙式墩身可以通过如下经验公式检 算得知：根据《简明施工计算手册》（汪正荣 朱国梁编著）P475有关公式计算如下：k KI-H式中Lmax一板允许最大仲缩缝间距H—板厚的计算厚度，当实际厚度H<0. 2L时，取H=H,即取实际厚度，当当实际厚度 HNO. 2L时，取H=0. 2L,其中四板全长Ec—板殓的弹性模量C—反映地基约束程度的系数，CIO以上殓取1. 0~l. 5N/mm3T—结构相对地基的综合温差，包括水化热、气温和收缩当量温差当厚度<0.5 时，不考虑水化热影响；T=TyIt,+T2+T3其中T,"—收缩当量温差，由收缩相对变形公式得Ty （t =-色①丁2—水化热温差Ts一大气温差a —殓和钢筋律的线膨胀系数1. 0X105&『一各龄期碇收缩变形量e y（t）= e ,o （l-e_0 01t）以1#墩为例，墩身基木数据：墩身宽度2米，高度3. 644米，宽度15. 75米；横桥向配 置e 10圆钢，配筋率0. 05%；殓强度等级为C30,基础为C25殓，墩身主筋锚入基础。

殓配合比 水泥：砂：石：水：外加剂 =440： 652： 1110： 185： 2.64考虑施工条件正常和配筋率、水灰比情况，取Ml、M2、M3、M4、M5、M9、M10为1. 0, 验算龄期15天取M6为0. 93,环境湿度按照70%取影响系数0. 77,几何尺寸影响系数M8 为 1. 4o于是有：墩身殓经15天龄期的收缩变形为e y( 15 > = e yo ( 1-f )*0. 93*0. 77*1. 4=3. 24*10「4 *0. 139*0. 93*0. 77*1. 4=0. 452X 10「4 收缩当量温差 Ty(i5)= e y(15)/ a =0. 452X 10^/1. 0 X 10 =4. 52°C 確上下面降温10 °C,殓水化热绝热温升值T=CQ/cp* (1-「) =71. 5°C 则水化热平均降温差T2=10°+2/3*71. 5°=57. 8nC由于气温较平稳，气温差忽略不计,则墩身碇遭受的总温差为：T= Ty(15>+ !>62. 3nC殓的极限拉伸 e pa(15)= e pa(15) lnl5/ln28=0. 5f”(1+p/d) *0. 813*10「4=0. 5*2. l*(l+0. 05/1) *0. 813*10「4=0. 896 X10-4考虑碇的抗拉徐变变形比抗压徐变变形大一倍 即 e p(15)= 2 e pa(15)=2X0. 896X 104=l. 79X 10「4 15d 碇的弹性模量 E(15)=3. OX 104(l-e_0 009t)=3. OX104(l-e_0 009X 15) =2 . 22X 104Mpa贝有碇边长极限长度 Lmax=l. 5 arcjl————r屁 KI-Id)3150x2.22xl04 , l.OxlO-5 x62.3=1. 5 J x arch V 1.0 1.0x10-5 X62.3-1.79x10-4=11219.3X0. 87=9752. 09mm=9. 8m可见桥墩本身的结构设计在既有施工条件下只能满足墩身宽度在10米左右。

从以上粗略的计算分析对比来看，可以看出如要保证墩身无收缩和温差变形裂缝，再不 能改变墩身和承台之间约束的情况下，现有施工条件下这种结构设计是不能满足的；当然影 响律开裂的原因很多，以上只是从几个主要影响因素进行的分析；所取参数也会与现场实际 情况有所差异五、裂缝控制措施经与设计部门、有关专家、业主有关部门探讨，采取如下措施进行控制： ㈠设计方面1、 采用较小直径(①12)的螺纹钢筋分散布置2、 适当布置构造钢筋，有必要采用双肢闭合箍筋3、 通过设计检算，在局部受拉超限处进行加筋补强4、 模拟施工工况，在绝热温升较高处布设外连通冷却管5、再设计同类结构时，墩身几何尺寸应设计成倒梯形，底边长度设计在10米以内㈡施工方面为防止裂缝开展，我们着重在控制温升，减小温度应力方面采取一系列技术措施1、水泥，在大体积殓施工中，水化热引起的温升较高，降温幅度大，容易引起温度裂 缝并尽量降低单位水泥的用量2、外加剂和掺合料为满足现场浇筑时殓的坍落度，如果 单纯增加单位用水量，不仅多用了水泥，加剧殓的干燥收缩，而且使水化热增大，容易引起开裂，可扌参加减水剂来解决以上通过优出匕配比进行调整，优化配比对照如下表：水泥砂子碎石水外加剂原配比32. 5中粗砂5-31. 5饮用水NOF-8144065211101852.64原配比42.5中粗砂5-31. 5饮用水NOF-8239873110971752. 388新配比42.5中粗砂5-31. 5饮用水NOF-837574311151723. 1875通过配比优化，降低了水泥用量，延缓了凝结时间。

3、 控制出机温度：对確出机温度影响最大的是石子和水的温度，砂的温度次之，水泥 的温度影响较小因此降低出机温度的最有效的办法是降低石子的温度在夏季气温较高时, 为防止太阳的直接照射，砂、石堆场宜设置遮阳棚，必要时部分拌合用水以碎冰形式加入， 为了律的均匀性，在搅拌终了前，应使殓拌合物中的冰全部溶化；冬季气温较低时，拌和过 程不加热4、 控制浇灌温度碇从搅拌机出料后，经运输、泵送，浇灌振捣，抹面等工序后的温度 为浇灌温度，在夏季气温较高时，为了降低殓的最高温升，减小基础温差和内外温差，尽量 减少冷量损失，可采取加大浇灌强度，缩短浇筑时间，及在泵车水平输送管上覆盖草袋等， 并在其上经常喷淋冷水，减少泵送过程中吸收太阳的辐射热；冬季气温较低时，浇筑空间不 封闭，终凝后及时覆盖封闭加温5、 殓的施工：确保殓均匀密实殓坍落度各车不要有大的差异，浇筑基础时坍落度可 控制在100—140mm,坍落度大时会使表面钢筋下部产生水分，或表层钢筋上部的殓产生细 小裂缝为防止这种裂缝，在殓初凝前和殓预沉后采取二次抹面压实措施殓浇灌时，搅拌 车在卸料前，要求高速运转一分钟，确保进入泵车受料斗的殓质量均匀浇筑合理分段，分 薄层进行，使殓高度均匀上升，殓浇筑应连续进行，间歇时间不能过长，在前层殓初凝前必 须把后层殓浇上。

浇筑应在室外气温较低时进行，殓浇筑气温不宜超过28°C,在炎热的气 候条件下应采取降温措施6、 水化热测定：殓浇筑时应设专人配合预埋测温计，埋设位置基本按照温度梯度进行埋设，测温工作应 连续进行，开始1-5天宜2小时测一次，以后可逐渐延长为每4小时，8小时，12小时测一 次应控制殓内部温度与外表温度差不大于25°C,否则要加大冷却水管水循环进行降温7、 殓养护：在尽量减小殓内部温升的前提下，大体积碇的养护是一项关键工作，必须切 实做好养护主要是保持适宜的温度和湿度条件，保温的目的有两个，一是减小殓表面的热 扩散，减小殓表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；二是延长散热时间，充分发挥殓强度的 潜力和材料松驰特性，使平均总温差对殓产生的拉应力小于殓的抗拉强度，防止产生贯穿性 裂缝潮湿养护的作用：一是刚浇筑不久。