老庄河特大桥预应力混凝土裂缝的预防和施工控制

老庄河特大桥预应力混凝土裂缝的预防和施工控制

二○○五年六月十五日一、工程概况黄延高速公路老庄河特大桥位于陕北黄土高原南部洛川县境内，桥址处沟壑纵横，地形崎岖。该桥桥跨布置为95m+4×170m+95m，为预应力混凝土变截面连续刚构桥，最高墩身105m。老庄河特大桥由左右分离的两个单箱单室截面组成，主梁跟部高度9m，每个T形刚构由22个对称悬灌块段，块段长度从3.0m～4.0m逐渐调整，梁段高度从9m～3.2m逐渐变化。箱梁底板宽6.5m，顶板宽12m，翼缘板悬臂长2.75m；箱梁端部设内横隔板外，其余部位均不设内横隔板。箱梁分别设纵向、横向、竖向三向预应力，纵向预应力钢绞线束有22φj15.24和25φj15.24两种，最大长度将近170m。1、材料原因造成的裂缝⑴对原材料质量控制不严格，排除配合比因素外，混凝土用粗细集料含泥量过大，集料颗粒级配不良，使混凝土内部不均匀密实，存在微间隙，易造成混凝土收缩的增大，诱导裂纹甚至裂缝的产生。⑵骨料粒径越细、针片含量越大，水泥等级越高、细度越细、早强越高等均是导致结构砼产生裂纹的因素，但正常情况下，不会因为其中的一两项导致裂缝。⑶混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，选用早强型减水剂或矿渣硅酸盐水泥、快硬水泥，也会相应增加导致裂纹几率。二、高墩大跨连续刚构混凝土裂缝成因2、混凝土配合比设计原因产生的裂缝⑴设计中水泥等级或品种选用不当。⑵配合比中水灰比(水胶比)过大，单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。⑶配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离析、泌水、保水性不良，增加收缩值。⑷配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。3、施工及现场养护原因⑴混凝土浇筑的匀质性可减少裂缝的产生，特别是泵送工艺的应用，为保证特大桥梁部重点部位混凝土质量，一方面考虑施工速度等原因外，另一主要原因是尽量保证浇筑混凝土的匀质性。在现场浇筑混凝土时，如振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。⑵大体积混凝土浇注，对水化热计算误差、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。⑶高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。⑷对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。⑸现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。⑹现场模板拆除不当或拆模过早引起拆模裂缝。⑺现场预应力张拉不当(超张、偏心)，引起混凝土张拉裂缝。⑶高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。⑷对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。⑸现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。4、结构应力产生的裂缝⑴块段之间横向裂缝块段之间的横向裂纹，一般是由于块段接茬混凝土的联结强度偏低，或挂篮下沉量过大造成的，或块段接茬不平顺造成的，表现如下：①块段接茬混凝土的联结强度偏低，是由于混凝土表面凿毛不彻底，或新浇筑混凝土水分向老混凝土过多扩散水分，产生干裂裂缝。②在混凝土浇筑过程中，挂篮下沉量过大，对已初凝混凝土造成扰动，降低接茬混凝土强度，产生裂缝。③块段接茬不平顺，形成错台现象，形成应力集中部位，产生裂缝。⑵在1/4跨度附近斜向裂缝这种裂缝一般是由于剪应力过大，主拉应力超过混凝土的抗拉强度而造成的，有时也与构造钢筋的布置有关。当荷载增大时，裂缝会逐渐向受压区发展。在开裂严重的情况下，裂缝可能沿腹板贯通。⑶腹板下弯束位置贯通裂缝这种裂纹一般是由于预应力或截面尺寸设计不合理，导致混凝土压应力过大，腹板的抗剪强度偏低造成，有也与施工质量有关。⑷纵向预应力锚下位置纵向贯通裂缝这种裂纹一般是由于预应力设计吨位过大或截面尺寸不合理，锚下混凝土应力过于集中造成的，有时也与施工质量有关。⑸底板纵向预应力齿板位置的腹板斜向裂缝这种裂纹一般是由于设计不合理造成，底板纵向预应力与腹板预应力布置时，形成集中力后的混凝土受拉区应力叠加，形成斜向裂缝。⑹合拢段横向收缩裂缝这种裂缝一般是由于混凝土在边界混凝土约束条件下，混凝土在空气中水化收缩，形成沿块段接茬处的收缩裂纹。以下为几种常见裂纹图片：1/4跨主拉应力引起的裂缝腹板下弯束贯通放射裂缝

1、材料选择和混凝土配合比设计方面原因产生的裂缝的预防和施工控制

⑴根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高水化快的水泥。所选用秦岭牌P.O52.5R水泥物化数据为：C3S含量平均为48％～52％，C3A含量平均为6％～7％,C2S含量平均为21％～27％,其主要矿物成分含量适宜配制连续刚构梁部的混凝土。⑵选用级配优良的砂、石原材料，含泥量符合规范要求,所选用集料的碱活性检测试件膨胀率为0.08％，为非活性集料。三、老庄河特大桥裂纹预防与施工控制⑶积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用，但要坚决避免使用早强型外加剂。⑷配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。杜绝含泥量、风化石、山皮等含量超标的地材进场；为保证水泥活性稳定，在有限的场地中力争增加库房面积以增长水泥库存时间；尤其从生产源头加强外加剂的质量控制，保证外加剂的有效减水成分必须为萘系与氨基磺酸盐复合物、缓凝成分必须为三聚磷酸钠与聚乙烯醇、引气成分必须为松香热聚物，防止混入其它廉价替代品增加质量隐患。⑸正确掌握好昆凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。⑹对配合比试配完毕的混凝土进行抗裂性试验，如下图：⑺混凝土弹性模量的早期发展见下图：2、施工及现场养护原因产生的裂缝的预防和施工控制⑴浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。⑵混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护。养护时间为14—28天。⑶混凝土的降温和保温工作：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等)，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。老庄河特大桥箱梁0号块均属大体积混凝土，0号块部分施工主要集中在冬季，通过冬季施工措施保证混凝土浇筑温度及养护条件，养护期间外部温度控制在5℃以上，通过模拟0号块结构尺寸实测混凝土水化热产生的内部温度过高(达到75℃)，见图3所示。内外温差太大，易造成裂纹，需采取内部降温方法，在征得设计部门同意后增加4层循环水冷却系统，保证混凝土内外温差控制在23℃以内，7日后混凝土的强度及弹性模量达到设计标准后方可不再养护。⑶混凝土的降温和保温工作：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等)，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。老庄河特大桥箱梁0号块均属大体积混凝土，0号块部分施工主要集中在冬季，通过冬季施工措施保证混凝土浇筑温度及养护条件，养护期间外部温度控制在5℃以上，通过模拟0号块结构尺寸实测混凝土水化热产生的内部温度过高(达到75℃)，见附图所示。内外温差太大，易造成裂纹，需采取内部降温方法，在征得设计部门同意后增加4层循环水冷却系统，保证混凝土内外温差控制在23℃以内，7日后混凝土的强度及弹性模量达到设计标准后方可不再养护。实测混凝土最高温升（体积为1.2*1.2*1.2m3）⑷避免在雨中或大风中浇灌混凝土⑸夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。尽量降低混凝土的入模温度，以期降低混凝土水化速率且使水化能够均匀进行。3、结构应力产生的裂缝的预防和施工控制⑴块段之间横向裂纹的预防和施工控制①对于块段接茬混凝土联结强度偏低造成的裂缝，首先，在混凝土达到规定强度后进行接茬混凝土表面凿毛，清除浮浆和松散层，增加联结性能；其次，在浇筑新混凝土前，向已浇筑混凝土洒水湿润，减少接茬面混凝土的干湿变化，使接茬处混凝土具有保持较好的保湿性。②对挂篮下沉量过大造成的裂缝，首先，在挂篮的设计阶段，提高挂篮刚度，减小下挠度，老庄河特大桥挂篮在175t的设计荷载下，最大下挠度为17mm，能够满足裂缝控制要求；其次，在挂篮的使用阶段，挂篮的节点和支撑部位要求受力简单、明确，不得在混凝土浇筑过程中发生突然的沉降。③块段接茬不平顺造成的裂缝，在混凝土表抹面时，确保接茬平顺。⑵在1/4跨度附近斜裂缝的预防和施工控制由于连续的混凝土结构存在次内力的再分配问题，施工过程中的影响因素很多，在裂缝出现后要准确找出原因比较困难。在设计时首先合理确定中、边跨比，加强1/4跨度处的剪应力和主拉应力检算，适当增加箍筋的配置，对连续结构的竖向预应力筋，要充分考虑有效预应力的作用效果。⑶片施工严时，孝在腹馒板的在下弯抹束端吨头增怪加闭海合箍典筋，理增加疗混凝旷土的脉抗剪垒能力窝；混墨凝土愧的张云拉强处度要逃求达稠到设袜计强少度，爽同时剪要求缘瑞混凝惯土在摔张拉速时，恳混凝全土的句弹性绕模量铅达到版设计担规范巡寿要求配；在咐确定仓下弯签束张篇拉顺漫序，贵由常丘规的及先纵丑向、仅后竖株向、渗最后见横向页的顺总序，烤变为乔先竖骆向、州后纵极向、鱼最后耍横向种的顺俘序，正张拉接下弯蚀束前羊，预授先提漠供部污分抗姜剪力宿。⑷羽纵向响预应宋力锚娃下位崭置纵咱向贯祥通裂坝纹的庸预防戚和施澡工控暑制设计味时，删在布奶置锚定下螺魂旋钢蝇筋的使同时啊，增胸加了皮锚下概钢筋讯网片付。施亡工时秩，准省确安型装锚怀下螺字旋钢富筋和拖锚下沈钢筋蠢网片泰，同堪时，朗锚下骨混凝号土要落求振棚捣密苍实。⑸熄底板催纵向旦预应闷力齿厅板位染置的静腹板怨斜向肯裂缝槐预防岛和施社工控败制在设浇计腹凯板下冈弯束层的锚垃固端似和底颤板纵栏向预欠应力蜂锚固模端布畏置时把，避例免集略中力杂后的禾混凝娘土受泪拉区尸应力怒叠加般，形啄成斜旨向裂棵缝，使同时坑，增止大了复齿板粘钢筋通的直度径，斯加强宗底板秀纵向荡预应雨力的陡锚固像性能胆。⑹叔合拢喷段横虽向收午缩裂精缝预绞防和驴施工仓控制合拢隙段横泄向裂哈缝是企一种洽收缩州裂缝窑，首狭先，胜在合搭拢段树混凝齿土的信浇筑嫂时段构选定驾时确便定在抄一天返的最悉低温阻度时畜段，嘴即夜闯晚的箩1：态00岁～3陶：0垄0，猎随着扶混凝送土的制凝固抓，混付凝土休出现善收缩蜂特性卫，空腐气温肚度升罩高，樱对混喊凝土溉的收庭缩进魄行部井分补浆偿；房诚其次东，在舞合拢小段混服凝土哀配置约时，织掺入迟适当盯的微安膨胀内剂，叮补偿向混凝联土硬柔化过遮程中戴的收灶缩。公路竖桥涵损施工锄规范方规定蹦，一因般环咱境下为的预膝应力拜梁体总的裂幻玉缝限贪值为于0.情1m骂m，固而实园际梁扇体一股旦出瓣现了者裂缝将，多暴数情大况下毛裂缝柿的宽场度往蜘往超售过了赶限值镇。即镜使目律前的擦裂缝竿对结肌构受担力不项会造寺成影却响，砍单从懂保证槽混凝轮土结距构耐贱