关于钢筋砼薄壁桥台裂缝的探究

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　　 摘要：公路通道桥台设计形式一般有两种：一种是钢筋混凝土薄壁桥台，另一种是重力式桥台，为降低工程成本、充分利用空间，通道结构常采用钢筋混凝土薄壁桥台形式，但薄壁桥台的裂缝通病一致没有得到有效的防治，为此本人把一些实践经验总结出来供同行借鉴。
　　
　　 关键词：公路薄壁桥台裂缝探究
　　 以下我们通过调查、验证试验的方法，对钢筋混凝土薄壁桥台裂缝原因及防止措施进行阐述：
　　 一、问题的提出：
　　 通过对我区已通车的和在建的高速公路项目进行的大量观察，发现薄壁桥台台身的常见裂缝施工期间很少出现，一般在工程完工投入使用后的三到五个月开始逐步出现，大约是先从墙身高度的1/4处开始，逐渐往下至承台或基础交界处止，往上至台帽处止，大致从下往上发展，裂缝呈竖向或斜向，严重的2-3米间距一道，裂缝宽也会虽时间的推移和环境影响逐渐增大，在墙体未沁水的条件下，它虽然在短期内不影响结构使用，但影响结构的耐久性，这势必会产生质量问题，最终导致带来行车安全隐患。
　　 二、产生裂缝原因
　　 产生裂缝的原因是多方面的，经过分析总结归纳为以下几个方面：
　　 1、与材料性质有关。
　　 1.1水泥单一材料的品种、安定性、细度、活性碱含量等相关指标不满足规范要求，导致混凝土出现了离析与泛浆现象。
　　 1.2集料中的技术指标不符合规范要求，如粗集料弹性模量、粗细集料的级配、含泥量、软弱颗粒含量、有害杂质等，混凝土干缩变形加大。
　　 1.3在混凝土拌合过程中使用了不合适的外加剂，引起混凝土有害的化学反应。
　　 2、与施工过程有关。
　　 2.1 混凝土配合比不合理，如砂率、水灰比、集料与水泥浆比等参数不超出允许值。
　　 2.2由于混凝土拌和不均匀或拌和时间过长。
　　 2.3水灰比过大，施工方法不当，干缩变形过大。
　　 2.4混凝土未进行连续浇筑，停滞时间过长，振捣不充分。
　　 2.5混凝土保护层厚度不够，硬化前受震动或荷载作用。
　　 2.6基础与墙身浇筑时间间隔太长，造成混凝土徐变收缩量差异较大等。
　　 3、与环境条件有关。
　　 3.1混凝土浇筑时的环境温度过低或过高，或养生期内昼夜温差过大，造成浇筑后内外的温差过大。
　　 3.2没有及时进行覆盖保湿养生，造成湿度的变化过大，养生的水温太低，养生时间不足等
　　 4、与结构受力有关。
　　 桩基础薄壁桥台结构，正常使用状态时，在活载和恒载土压力作用下墙体承受弯矩和剪力，且合成应力最大的部位约为墙高的1/4处，如果墙身截面尺寸与配筋量不够，刚度不足，不足以承受设计荷载，必然会出现桥台裂缝。
　　 5、与结构体积有关。
　　 薄壁桥台虽不算是大体积混凝土结构，但其属于大面积混凝土构件，混凝土受环境影响的外露面积较大，在凝结硬化过程中极易产生外露面与内部混凝土收缩应力不一致而造成混凝土早期的表面裂纹。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　 6、与施工荷载有关。
　　 如果施工荷载不合适，不注意保护混凝土，如未安装上部梁板就回填台背土方、安装了梁板但台背填土不是对称施工、安装或台背施工时机械设备撞击了墙体等，这些施工时的不利荷载也会造成墙体裂缝的早期发生。
　　 三、分析研究
　　 鉴于上述产生台身裂缝的分析，为了探究如何有效预防薄壁桥台的裂缝发生，我们专门成立了一个课题组，依托项目研究有针对性的选定了不同组合预防方案，如采用补偿收缩混凝土、增加支撑梁、改变承台尺寸、改变台帽尺寸、改变台身尺寸、表面挂网等，并确定了在同条件下施工的八种组合试验墙体。
　　 具体试验墙体组合形式：①采用常规C30混凝土、台身厚55厘米；②采用补偿收缩C30混凝土（掺加UEA-Ⅰ膨胀剂）、台身厚55厘米；③采用常规C30混凝土、台身厚55厘米、表面挂防裂钢丝或钢筋网片；④采用常规C30混凝土、台身厚55厘米、背面1/2处增加30×50厘米肋；⑤采用常规C30混凝土、台身厚55厘米、增加支撑梁；⑥采用常规C30混凝土、台身厚度增加到70厘米和80厘米；⑦采用常规C30混凝土、台身厚55厘米、降低台身高度、台帽高度增加到60厘米；⑧采用常规C30混凝土、台身厚55厘米、增大承台尺寸为150×190厘米
　　 四、方案措施
　　试验方案确定后，我们总结了以往施工工艺方面的不足，在本次试验方案实施中同时采取了严格控制材料质量、改进了施工工艺、改善了养生条件、改变混凝土配比、改变结构尺寸和配筋，具体措施如下：
　　1、在材料选择中，严格把好水泥质量关，水泥的安定性、细度、活性碱含量必须符合施工规范要求。碎石选择5--26.5毫米具有连续级配的碎石，且其压碎值、含泥量、杂质含量等应符合规范要求，砂选择质地坚硬、颗粒纯净的中粗砂。在补偿收缩混凝土中添加缓凝剂和微膨胀剂。
　　 2、在施工过程中，尽可能保证基础或承台强度达到后立即浇筑墙身，减少因承台（基础）与墙身混凝土龄期差过长而产生的收缩徐变裂缝，根据试验组合要求，强度分别采用C30普通混凝土和C30补偿收缩混凝土两种配比施工，分别为：C30混凝土配比：水泥：砂：碎石：水=1:1.55:3.3:0.48。
　　C30补偿收缩混凝土配比：水泥：砂：碎石：水：膨胀剂：缓凝剂
　　=1:1.56:3.32:0.1:0.008
　　 采用C30补偿收缩混凝土就是以等量取代的方法在混凝土中惨加膨胀剂，目的就是希望补偿收缩混凝土在凝结过程中产生的膨胀应力与混凝土硬化中产生的收缩应力相互抵消，并在混凝土中添加缓凝剂以防混凝土在运输、浇筑、高温天气下塌落度损失，保证混凝土浇筑过程的和易性、密实度，从而防止由于薄壁台混凝土面积大的缺陷引起的混凝土收缩裂纹。
　　 施工时严格按设计的配合比进行实施，考虑到集中拌和罐车运输坍落度采用5―7厘米为宜，控制好每一盘混凝土的坍落度，搅拌时间≥90s，水灰比=0.45，浇筑分层厚度控制在30-50厘米为宜，同时控制好每一层的浇筑时间，以免出现由于温差的变化或浇筑后混凝土的收缩不一致，使混凝土在凝结硬化过程中产生裂缝。
　　薄壁桥台本身通常在台背回填中，遵循薄壁桥台的施工顺序，即：①基础（承台）→②薄壁台身→③台帽→④支撑梁→⑤架设梁板，浇筑板缝→⑥两侧台背对称回填土。
　　3、掌握好薄壁桥台的环境温度十分重要。薄壁桥台砼浇筑施工时间保持夏季的5―8月间，环境温度在10℃-30℃较为适宜，尽量避开中午高温时间，夏季施工时还要对钢模板外侧进行遮盖或洒水降温，以免高温的钢模板灼伤混凝土表面，混凝土浇筑完应及时覆盖，并采用喷淋洒水保湿养护，对养生水进行温度控制，保证养生的水温与墙体混凝土的温度差小于10℃，防止混凝土表面首次养生遇冷收缩裂纹。
　　 4、为确保薄壁台身的刚度，改变以往设计标准，通道基础采用桩基础，150×190厘米承台，台身高度控制在4-6米的薄壁桥台，其主筋间距控制在15厘米以内，台身厚度分别采用55--80厘米的几个不同尺寸，目的是验验证薄壁台的裂缝是否由于结构设计不足而引起的。
　　 通过以上的分析研究，我们对选定的八种组合的试验薄壁台身于2009年在宁夏滚红高速公路YK6+000、YK7+372、K9+370、K10+480、K12+571、K13+472、K14+800七座通道桥进行了实施，施工时间选择在宁夏最有利施工的5月份，施工工艺完全按照上述方案进行，并对试验通道墙体从施工到通车后一年多进行观察记录，结果为：第①组合半幅墙体有轻微裂缝4道；第②组合半幅墙体有轻微裂缝1道；第③组合半幅墙体无微裂缝；第④组合半幅墙体有轻微裂缝1道；第⑤组合半幅墙体有轻微裂缝1道；第⑥组合半幅墙体有轻微裂缝2道；第⑦组合半幅墙体有轻微裂缝1道；第⑧组合半幅墙体无轻微裂缝。
　　 试验结论：薄壁桥台裂缝形成的原因是多方面的，通过上述试验证明，加厚薄壁墙身和承台尺寸并在墙体外挂钢筋网片，钢筋混凝土薄壁桥台台身裂缝问题可以得到有效控制，也充分说明薄壁台的结构设计不足是桥台裂缝发生的主要因素。
　　 结束语：通过对桩基础薄壁台正常使用状态的受力分析，最不利的受力状态是在完工通车后，在台背动载与台背填土压力的综合作用下，墙体受弯矩和水平剪力是自上而下，由小到大分布的，约在墙高1/4处复合应力最大，这与本文试验观测的裂缝首先在此位置出现的结果一致。因此，解决薄壁台裂缝问题首先在设计桥台时，既不能简单的加厚墙体尺寸，这样就改变了薄壁台轻巧、节约工程量的优点，又要根据薄壁台受力特点进行设计，应改变和加强最不利薄弱部位的结构尺寸和配筋，建议将薄壁台高1/2以下厚墙设计为梯形，并相应加大承台尺寸，增加配筋。
　　 其次从施工角度讲，要避免在不利季节的环境温度下施工，尽量缩短基础与台身的浇筑时间差、选择合理的配合比、严格控制原材料质量、改善现场混凝土的和易性、塌落度，改进施工工艺，加强保湿养生，这样就可以有效地防止薄壁桥台裂缝的发生。
　　 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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